CN201570054U - 一种低功耗的rfid温度传感标签 - Google Patents

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詹宜巨
唐承佩
杨远宏
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詹宜巨
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Abstract

本实用新型公开了一种低功耗的RFID温度传感标签,由无源唤醒模块和有源温度传感模块组成,其中,无源唤醒模块包括能量获取电路、信号校验电路和电源管理电路;有源温度传感模块包括电池电源、电源开关、微控制器、温度数据采集和射频前端;所述能量获取电路感应外部信号,产生的感应电源经电源管理电路后作为信号校验电路的工作电源,信号校验电路对获取的外部信号进行校验,产生的控制信号控制电源开关的状态,电池电源通过电源开关加至微控制器和温度数据采集,温度数据采集获取的温度信息返回至微控制器,微控制器通过射频前端发射信号。本实用新型可以实现RFID温度传感标签功耗消耗超低,极大的提高标签的使用寿命。

Description

一种低功耗的RFID温度传感标签
技术领域
[0001 ] 本实用新型涉及RFID (无线射频识别)标签技术,特别是涉及具备RFID温度传感 功能标签的低功耗问题,即RFID温度传感标签的使用寿命问题。
背景技术
[0002] 伴随着有源RFID (无线射频识别)技术和应用的迅猛发展,基于有源RFID技术的 温度传感系统在冷链物流中得到重要应用,目前RFID应用在许多的敏感或贵重商品领域, 如移植用器官、医疗用血液、骨髓、疫苗、药品以及名贵酒品、贵重花卉、高价值海产品等。 除了在敏感领域和贵重领域的应用,运输距离越长和周转次数越多的物流冷链监视系统, RFID的应用需求也在相应增加。由于有源RFID温度标签的供电电池容量有限,必须采取有 效的低功耗技术才能延长其使用寿命,降低其使用成本。标签的功耗不但取决于所使用芯 片本身的功耗,更取决于系统级的低功耗设计方法,特别是利用标签低频唤醒激活方法,控 制标签的有效工作状态,可大大降低标签的动态功耗,延长其寿命。
[0003] 为了获得更长的温度标签使用寿命,各无线通信芯片和设备厂商采用了多种降低 功耗的方法,例如精心设计低功耗的标签收发模块,设置不同功率的标签工作模式和休眠 状态,采用多个不同频率和不同功耗的时钟等等。毫无疑问,这些技术极大的延长了工作时 间。但是,这些低功耗技术都局限于对无线设备本身的性能开发。采用无线唤醒的RFID温 度传感标签,不但能延长设备工作时间,且能使得整个RFID温度采集系统对于用户显得更 加可控,处于主控端的用户可以自己决定任何时候进行远程数据采集,而不必等待远程无 线节点的自发唤醒。
实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的是提供一种低功耗的RFID温度传感标签,该RFID温度传感标 签可大大延长使用寿命。
[0005] 实现上述目的所采用的技术方案是:一种低功耗的RFID温度传感标签,由无源唤 醒模块和有源温度传感模块组成,其中,无源唤醒模块包括能量获取电路、信号校验电路和 电源管理电路;有源温度传感模块包括电池电源、电源开关、微控制器、温度数据采集和射 频前端;所述能量获取电路感应外部信号,产生的感应电源经电源管理电路后作为信号校 验电路的工作电源,信号校验电路对获取的外部信号进行校验,产生的控制信号控制电源 开关的状态,电池电源通过电源开关加至微控制器和温度数据采集,温度数据采集获取的 温度信息返回至微控制器,微控制器通过射频前端发射信号。
[0006] 所述无源唤醒模块采用MLX90129芯片,信号校验电路包括解调电路和低功耗逻 辑电路,均内置于MLX90129芯片中,能量获取电路由线圈天线与MLX90129芯片的相应管脚 连接,由线圈天线和MLX90129芯片内的部分电路组成,接收低频信号。
[0007] 所述信号校验电路包括解调电路和低功耗逻辑电路。
[0008] 所述电源管理电路包括滤波和稳压电路,由电阻、电容构成,与MLX90129芯片指定管脚连接,稳定天线线圈感应产生的不稳定电流,作为信号校验电路的工作电源。
[0009] 所述电源开关采用MOS管,其栅极由无源唤醒模块控制连接,源极、漏极连接于有源温度传感模块。
[0010] 所述有源温度传感模块采用基于ZIGBEE的CC2430芯片,内含射频前端和微控制 器,可收发超高频信号。
[0011] 所述有源温度传感模块中的温度数据采集采用DS1820温度传感器,与CC2430芯 片的相应管脚连接。
[0012] 所述的射频前端还外接有线圈天线,用于信号收发。
[0013] 本实用新型工作时,通过读写器发射低频信号,通过无源模块控制电源开关,唤醒 有源温度传感模块,进行温度数据的实时采集与传输;不工作时,切断电源开关,有源温度 传感模块立即进入深度睡眠状态,即断电状态,标签功耗为0,大大延长标签使用寿命。
附图说明
[0014] 图1为本实用新型温度传感标签的结构框图;
[0015] 图2为本实用新型温度传感标签的工作流程图。
具体实施方式
[0016] 本实用新型提供的一种低功耗的RFID温度传感标签,读写器通过发送唤醒信号, 激活无源唤醒模块工作,通过控制电源开关控制有源温度传感模块工作。在有源温度传感 模块在已完成温度数据的传输的情况下,若停止发送唤醒信号,标签立即进入断电状态,转 入深度睡眠;若唤醒信号不停止,则有源模块进入半休眠模式。实现功耗消耗最低,极大的 提高标签的使用寿命。
[0017] 下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
[0018] 如图1所示,为本实用新型温度传感标签的结构框图。本实用新型RFID温度传感 标签,由无源唤醒模块和有源温度传感模块组成,其中,无源唤醒模块包括:能量获取电路、 信号校验电路、电源管理电路。有源温度传感模块包括:电池电源、电源开关、微控制器、温 度数据采集、射频前端。能量获取电路感应外部信号,产生的感应电源经电源管理电路后作 为信号校验电路的工作电源,信号校验电路对获取的外部信号进行校验,产生的控制信号 控制电源开关的状态,电池电源通过电源开关加至微控制器和温度数据采集,温度数据采 集获取的温度信息返回至微控制器,微控制器通过射频前端发射信号。
[0019] 本实用新型无源唤醒模块采用MLX90129芯片,信号校验电路包括解调电路和低 功耗逻辑电路,均内置于MLX90129芯片中,能量获取电路由线圈天线与MLX90129芯片的相 应管脚连接,由线圈天线和MLX90129芯片内的部分电路组成,接收低频信号。
[0020] 本实用新型电源管理电路包括滤波和稳压电路,由电阻、电容构成,与MLX90129 芯片指定管脚连接,稳定天线线圈感应产生的不稳定电流,作为信号校验电路的工作电源。
[0021] 本实用新型电源开关采用MOS管,其栅极由无源唤醒模块控制连接,源极、漏极连 接于有源温度传感模块。
[0022] 本实用新型有源温度传感模块采用基于ZIGBEE的CC2430芯片,内含射频前端和 微控制器,可收发超高频信号。[0023] 本实用新型有源温度传感模块中的温度数据采集采用DS1820温度传感器,与芯 片CC2430的相应管脚连接。
[0024] 本实用新型的射频前端还外接有线圈天线,用于信号收发。
[0025] 本实用新型的工作原理为:MLX90129芯片外设的线圈天线接收读写器发送的唤 醒信号,感应产生一定电压的电源,电源经电源管理电路滤波稳压作为芯片内部信号校验 电路的工作电源,同时MLX90129芯片产生的控制信号使MOS管导通,电池电源通过MOS管 为温度传感器DS1820和CC2430芯片提供工作电压,温度传感器DS1820工作,返回温度信 息给CC2430芯片,通过CC2430芯片的射频前端上的线圈天线进行信号发送。
[0026] 若读写器停止发送唤醒信号,MLX90129芯片因没有感应到信号,所以无法产生感 应电源,MOS管关断,有源温度传感模块进入断电状态,转入深度睡眠;若唤醒信号不停止, 而读写器已经在信息获取完毕 后向CC2430芯片发送通信结束信号,CC2430芯片在收到结 束信号后转入半休眠模式。实现功耗消耗超低,可极大的提高标签的使用寿命。
[0027] 详细的工作流程如图2所示,
[0028] 步骤1 :读写器发送带校验码的13. 56M唤醒信号f,基于MLX910129芯片的标签无 源模块天线接收到频率为f的信号,并谐振。
[0029] 步骤2 :谐振波则经过整流电路整流和电压调整,后输出直流电压供电。无源唤醒 模块中的电源管理电路对供电的直流电压进行判断,若强度不够则返回步骤1中的天线谐 振,若强度满足工作需求则提供直流电压给无源唤醒模块其它电路使用。
[0030] 步骤3 :MLX910129芯片内部的时钟产生电路抽取载波时钟提供给其内部的低功 耗逻辑电路、解调电路。解调电路对接收信号进行解调送入低功耗逻辑电路。
[0031] 步骤4:低功耗逻辑电路读取存储器中的数值与解调数据进行校验,若校验为否 则返回步骤1,若校验通过则产生控制信号。
[0032] 步骤5 :控制信号置为高电平,MOS开关管栅极电压达到开启电压,MOS开关管导 通,MOS开关管漏极电压跟随电池电压,基于CC2430芯片有源温度传感模块上电,指示灯亮 灯。
[0033] 步骤6 :有源温度传感模块启动,有源模块进入上电初始化状态,对温度传感器信 号进行采集,标签处于收发状态,在此期间待机信号置为高电平。读写器与过收发信号进行 通信,通信建立后读写器停止发送唤醒信号f,控制信号为低电平,若通信建立失败返回步 马聚1 ο
[0034] 步骤7 :有源模块从CC2430芯片中的存储器中读出标签ID,通过射频发射端及天 线发射F(2. 4G)频率发送ID信号与读写器通信。读写器接收标签ID后,发回确认信息。标 签与读写器在F频率建立通信,传送采集的温度数据T。
[0035] Temperature = dl+d2 · SOT
"^oTdiMTTml (soTTiiWr^"
—=_=_= Pl
5V -4Q.o¥" -40.00 14bit 0,01= 0.018
[0036] 4V -35.75 -39.55 12bit 0,04 0.072
3.5V3 ^39.66~ -39.39
ZV3 -39.60 -39.28 -39.55 -39. ί 9[0037] 表8 温度转换系数
[0038] 在极端工作条件下测量温度时,可使用进一步的补偿算法以获取高精度。
[0039] 步骤8 :读写器在信息获取完毕后向标签发送通信结束信号end。
[0040] 步骤9 :标签微控制器收到end后,转入半休眠模式,微控制器将待机信号置为低电平,指示灯变暗。
[0041] 步骤10 =MOS开关管栅极电压为低,MOS开关管关断,有源部分停止工作转入深度 休眠模式,指示灯熄灭。如需再次进行采集温度数据,读写器可以再次发送唤醒信号。

Claims (8)

  1. 一种低功耗的RFID温度传感标签,其特征在于:由无源唤醒模块和有源温度传感模块组成,其中,无源唤醒模块包括能量获取电路、信号校验电路和电源管理电路;有源温度传感模块包括电池电源、电源开关、微控制器、温度数据采集和射频前端;所述能量获取电路感应外部信号,产生的感应电源经电源管理电路后作为信号校验电路的工作电源,信号校验电路对获取的外部信号进行校验,产生的控制信号控制电源开关的状态,电池电源通过电源开关加至微控制器和温度数据采集,温度数据采集获取的温度信息返回至微控制器,微控制器通过射频前端发射信号。
  2. 2.根据权利要求1所述的一种低功耗的RFID温度传感标签,其特征在于:所述无源唤 醒模块采用MLX90129芯片,信号校验电路内置于MLX90129芯片中,能量获取电路由线圈天 线与MLX90129芯片的相应管脚连接,由线圈天线和MLX90129芯片内的部分电路组成,接收 低频信号。
  3. 3.根据权利要求1所述的一种低功耗的RFID温度传感标签,其特征在于:所述信号校 验电路包括解调电路和低功耗逻辑电路。
  4. 4.根据权利要求1所述的一种低功耗的RFID温度传感标签,其特征在于:所述电源管 理电路包括滤波和稳压电路,由电阻、电容构成,提供信号校验电路的工作电源。
  5. 5.根据权利要求1所述的一种低功耗的RFID温度传感标签,其特征在于:所述电源开 关采用MOS管,其栅极由无源唤醒模块控制连接,源极、漏极连接于有源温度传感模块。
  6. 6.根据权利要求1所述的一种低功耗的RFID温度传感标签,其特征在于:所述有源温 度传感模块采用基于ZIGBEE的CC2430芯片,所述射频前端和微控制器内置于芯片中,可收 发超高频信号。
  7. 7.根据权利要求1所述的一种低功耗的RFID温度传感标签,其特征在于:所述温度数 据采集采用DS1820温度传感器,与CC2430芯片的相应管脚连接。
  8. 8.根据权利要求6所述的一种低功耗的RFID温度传感标签,其特征在于:所述的射频 前端还外接有线圈天线,用于信号收发。
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