CN201927070U - 半有源rfid温度传感器电子标签 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种半有源RFID温度传感器电子标签，所述半有源RFID温度传感器电子标签包括天线，与所述天线通过馈线相连的RFID标签芯片，与所述RFID标签芯片通过命令及数据总线(BUS1)相连的控制器，与所述控制器通过命令及数据总线(BUS2)相连的温度传感器，所述控制器还与晶体振荡器、电源电压监测模块和电源相连。本实用新型与现有技术相比，能够测量和记录工作环境的温度变化，并且能读出存储在标签内的标签数据，还能对标签数据内容进行改写。本实用新型采用工作频率为860MHz～960MHz的超高频无源RFID标签芯片，结合低功耗的控制器和数字温度传感器，只需要很少的元器件就能实现半有源RFID温度传感器电子标签，标签的功耗更低，使用寿命更长，标签可靠性得到提高，同时标签的成本进一步降低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种RFID电子标签，特别是一种带有温度传感器并进行无线射频识别的半有源RFID温度传感器电子标签。
背景技术
食品、药品如果在生产运输过程中缺乏有效的冷链物流管理，将有可能造成重大的人身事故、经济损失，我国政府为此出台了相关的食品安全监管法律法规来规范冷链供应链的管理。在冷链物流应用中，温度敏感性产品在生产、贮藏运输、销售，到消费前的各个环节中，始终处于规定的低温环境下，以保证物品质量，减少物流损耗。这对温度实现端到端的实时监控和记录，同时对温度监控技术手段提出了新的要求。
随着RFID应用领域日益宽广，RFID标签不仅能应用于液体、金属等环境，甚至可以集成到温度传感器中。RFID温度传感器电子标签，除了具有识别和定位功能以外，还可通过感温装置获取实时温度数据，通过这种方法，对监控过程中温度变化及时预警，从而提高物品温度控制，科学辨别温度变化引发的质量变化及具体发生时间，并有助于质量事故的责任认定。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种半有源RFI D温度传感器电子标签，要解决的技术问题是把RFID电子标签技术与温度传感器技术相结合，除了能利用RFID技术对物体进行RFID识别外，还能测量物体的温度和电源电压并记录测温和测电源电压的时间，实现在特定条件下物体温度的实时监测；另外还能通过RFID标签读写器设备对标签的系统时钟进行时间校正和设定标签的每次测量温度及测量电源电压的时间间隔。
本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：构造一种半有源RFID电子标签，包括天线，与所述天线通过馈线相连的RFID标签芯片，与所述RFID标签芯片通过命令及数据总线(BUS1)相连的控制器，与所述控制器通过命令及数据总线(BUS2)相连的温度传感器，所述控制器还与晶体振荡器、电源电压监测模块和电源相连。
本实用新型与现有技术相比，能够测量和记录工作环境的温度变化，并且能读出存储在标签内的标签数据，还能对标签数据内容进行改写。采用工作频率为860MHz～960MHz的超高频无源RFID标签芯片，结合低功耗的控制器和数字温度传感器，只需要很少的元器件就能实现半有源RFID温度传感器电子标签，标签的功耗更低，使用寿命更长，标签可靠性得到提高，同时标签的成本进一步降低。
附图说明
图1为本实用新型的电路框图。
图2为本实用新型实施例的半有源RFID温度传感器电子标签原理图。
图3为由本实用新型实施例组成的温度监测系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1所示，本实用新型的半有源RFID温度传感器电子标签，具有天线(10)和带SPI接口的RFID标签芯片(20)、控制器芯片(30)、温度传感器芯片(40)、电源(50)、电压监测模块(60)以及晶体振荡器(70)。天线(10)与RFID标签芯片(20)的射频端口通过馈线(101)相连；RFID标签芯片(20)与控制器(30)之间通过BUS1总线(102)相连，实现它们之间的数据通信；控制器(30)与温度传感器(40)之间通过BUS2总线(103)相连，实现它们之间的数据传输；电压监测模块(60)的输出端接控制器(30)的信号输入端；晶体振荡器(70)接控制器(30)的时钟信号输入端；电源(50)接控制器(30)的电源输入端。
电源(50)为控制器(30)提供电能，系统的其它部分所需的电能由控制器(30)输出；晶体振荡器(70)为控制器提供高精度的时钟信号；温度传感器(40)检测温度信息，并把温度信息转化成温度数据；电压监测模块(60)检测电源电压的变化，它能把电源电压的大小转换成二进制格式的电压数据；通过对控制器(30)编程，使控制器(30)按设计的程序控制电子标签的各部分有序地工作，另外它还产生一个系统时钟，能根据设定的时间间隔发出控制指令进行温度和电源电压测试，并记录当时的时间；测温和测电源电压的时间间隔可以由RFID读写器控制，还可以通过RFID读写器对电子标签发送时钟校正指令对电子标签的系统时钟进行时间校正；控制器(30)从温度传感器(40)读取温度数据，从电压监测模块(60)读取电压数据，并从控制器中读取当前的时间数据，然后把时间数据、温度数据和电压数据传送给RFID标签芯片(20)并存储；RFID标签芯片(20)与天线(10)构成射频通信电路，当电子标签进入RFID读写器的电磁场中，就与读写器进行射频通信，RFID标签芯片(20)接收从读写器发出的控制指令，并把温度数据、时间数据、电源电压数据以及电子标签的识别码等数据通过天线返回到读写器，从而实现读写器对所识别的物体的温度监测，另外，在进行射频通信时，RFID标签芯片(20)利用天线从电磁场中吸收能量并转换电能为自身供电，此时RFID标签芯片(20)处于无源工作状态。
电子标签采用半有源工作方式，当电子标签进行温度测试和电源电压监测时，采用的是有电源供电的有源工作方式，当电子标签与读写器设备进行射频通信时，RFID标签芯片从放置于电磁场中的天线获取电能，使芯片工作，这时电源不给RFID标签芯片供电，因此是属于无源工作方式；RFID标签芯片与RFID读写器设备之间的无线射频通信，工作频率为860MHz～960MHz。
如图2所示，天线(10)是高增益的天线，RFID标签芯片(20)是一个工作频率为860MHz～960MHz的超高频RFID标签芯片，另外还带有一个外部SPI通信总线，可以与外部进行数据交换；控制器(30)是一个超低功耗的微处理器芯片，是温度传感器(40)与RFID标签芯片(20)之间的数据通信的桥梁，它能把温度传感器(40)产生温度数据转换成RFID标签芯片(20)能识别的数据格式，并记录温度传感器检测温度时的时间，然后把温度数据和对应的时间数据通过SPI总线存储到RFID标签芯片(20)的存储器中；温度传感器芯片(40)是一个低压低功耗的精密数字温度传感器，它检测温度信息并把温度信息转换成数字电路能识别的二进制的温度数据；晶体振荡器(70)的工作频率为32.768KHz的陶瓷晶体振荡器，它能提供很稳定的时钟源，并且功耗很低，与微处理器搭配时，可以省去两个负载电容；电源(50)采用超容量纽扣电池，该电池的体积很小，在RFID测温电子标签PCB板上占用的面积很小，因此可以减小电子标签的体积，从而使电子标签的体积更小。由于温度传感器的数据输出端的接口是I2C形式，而RFID标签芯片的IO端的接口是SPI形式，它们的数据接口方式不匹配，不能进行直接的数据通信，因此，在它们之间需要一个数据格式转换器作为通信的桥梁，微处理器就担任了这个角色。
天线(10)的两电极分别接RFID标签芯片(20)的第12脚和第13脚；RFID标签芯片(20)的第1、2、6、7、8、9、10、11脚分别接控制器芯片(30)的第18、17、16、15、11、23、24、14脚；RFID标签芯片(20)的第5脚接地；RFID标签芯片(20)的第3、4、14、15、16脚浮空或接地均可；控制器芯片(30)的第4脚接地；控制器芯片(30)的第5、6脚分别接晶体振荡器(70)的第1、2脚；控制器芯片(30)的第3脚接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接控制器芯片(30)的第10脚，还连接到电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地；控制器芯片(30)的第2脚接电源(50)的正极；控制器芯片(30)的第7脚接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电源(50)的正极；控制器芯片(30)的第8脚接温度传感器芯片(40)的第3脚，并连接到电阻R5的一端；电阻R5的另一端接控制器芯片(30)的第9脚，还连接到温度传感器芯片(40)的第8脚以及电阻R4的一端；电阻R4的另一端接温度传感器芯片(40)的第1脚以及电阻R6的一端；电阻R6的另一端接控制器芯片(30)的第12脚；控制器芯片(30)的第13脚接温度传感器芯片(40)的第2脚；控制器芯片(30)的第1、25、26、27、28脚由系统预留，可用作编程端口；控制器芯片(30)的第19、20、21、22脚由系统预留，可用作测试端口或其它扩展功能；温度传感器芯片(40)的第4、5、6、7脚接地；电容C1和C2并连，它们的一端连接到电源(50)的正极，另一端接地；电源(50)的负极接地。
电阻R2、R3构成电阻分压网络，当需要进行电压检测时，控制器芯片(30)的第3脚向电阻分压网络供电，由控制器芯片(30)的第10脚检测经分压后的电源电压，控制器芯片(30)内的模数转换器ADC10对检测的电源电压进行模-数转换，从而得到电源电压的数据；当电压检测完成后，控制器芯片(30)的第3脚输出低电平，关闭电压检测功能，降低功耗。电阻R1、R5、R4是上拉电阻，电阻R6是镇流电阻；电容C1和C2是去耦电容，消除电源的纹波及干扰；由控制器(30)的第17脚为RFID标签芯片(20)供电，由控制器(30)的第9脚为温度传感器芯片(40)供电。通过对控制器(30)进行编程，使它与温度传感器(40)之间的接口满足I2C总线的时序要求，从温度传感器(40)读取温度数据，当完成温度检测后，控制器(30)的第9脚变为低电平，停止对温度传感器芯片(40)供电，并断开与温度传感器芯片(40)之间的I2C总线，以降低功耗；通过对控制器(30)进行编程，可以在控制器内产生一个电子时钟，由它来控制每次测量温度和电源电压的时间间隔并记录当时的时间；通过对控制器(30)进行编程，使它与RFID标签芯片(20)之间的接口满足SPI通信总线的时序要求，并把记录的温度数据、源电压数据及时间数据传输给RFID标签芯片(20)，当完成RFID标签芯片(20)之间的SPI数据通信后，控制器(30)断开与RFID标签芯片(20)之间的SPI通信总线，并且其第17脚停止对RFID标签芯片(20)供电，并以降低功耗。
如图3所示，电子标签与读写器相配合，共同组成RFID电子标签温度监测系统。读写器与电子标签之间的通信方式是无线非接触的电磁耦合方式，工作频率为860MHz～960MHz。当读写器要读取或改写电子标签的数据时，读写器通过天线发送经过调制的无线电磁波，向电子标签发出指令和数据；电子标签通过天线接收电磁波，经过解调得到读写发出的指令和数据，并根据接收的指令做出相应的响应：当读写器要改写电子标签中的数据时，读写器向电子标签发出写指令及数据时，电子标签接收到指令和数据，并把数据存储到指定的存储单元中；当读写器要读取电子标签中的数据时，读写器向标签发出读指令，标签接收到指令，读取指定的存储单元中的数据并把该数据以天线反射的方式发送给读写器。
已经商品化的晶体振荡器、温度传感器、控制器元件众多，根据实际应用情况，可以灵活选取适当的元件构成RFI D测温标签，图2实施例的电路结构仅是图1的众多实施方法的其中的一种，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限定。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的额保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种半有源RFID温度传感器电子标签，其特征在于：所述电子标签包括天线，与所述天线通过馈线相连的RFID标签芯片，与所述RFID标签芯片通过命令及数据总线(BUS1)相连的控制器，与所述控制器通过命令及数据总线(BUS2)相连的温度传感器，所述控制器还与晶体振荡器、电源电压监测模块和电源相连。
2.根据权利要求1所述的半有源RFID温度传感器电子标签，其特征在于：所述电源连接所述控制器的电源输入端，为所述控制器提供电能，系统的其它部分所需的电能由所述控制器输出；所述电子标签采用有源和无源相结合的半有源工作方式，当所述电子标签进行温度和电源电压测量时，采用的是由电源供电的有源工作方式，当所述电子标签与读写器设备进行射频通信时，所述RFID标签芯片从放置于电磁场中的天线获取电能，使系统工作，这时电源不给所述RFID标签芯片供电，此时是属于无源工作方式。
3.根据权利要求2所述的半有源RFID温度传感器电子标签，其特征在于：所述晶体振荡器接所述控制器的时钟输入端，为所述控制器提供精确的时钟信号源。
4.根据权利要求3所述的半有源RFID温度传感器电子标签，其特征在于：所述电源电压监测模块连接所述控制器，接收所述控制器发出的测量电源电压的指令，检测电源电压并把电压大小转换成二进制格式的电压数据，并将该电压数据传输给所述控制器。
5.根据权利要求4所述的半有源RFID温度传感器电子标签，其特征在于：所述温度传感器通过命令及数据总线接收由所述控制器发出的测温指令，检测被测物体的温度，把温度信息转换成二进制格式的温度数据，并将该温度数据传输给所述控制器。
6.根据权利要求5所述的半有源RFID温度传感器电子标签，其特征在于：所述控制器从所述RFID标签芯片接收指令和数据，或将温度数据、电源电压数据及时间数据传输给所述RFID标签芯片。
7.根据权利要求6所述的半有源RFID温度传感器电子标签，其特征在于：所述RFID标签芯片通过所述天线接收由RFID读写器发出的指令和数据，获取标签在无源状态工作时所需的电能，或通过天线把温度数据、时间数据、电源电压数据、标签识别码数据发送到所述RFID读写器。
8.根据权利要求7所述的半有源RFID温度传感器电子标签，其特征在于：所述控制器产生一个系统时钟，根据设定的时间间隔发出控制指令进行温度和电源电压测试，并记录当时的时间；所述的时间间隔可以由所述RFID读写器控制，另外还可以通过所述RFID读写器对电子标签发送时钟校正指令对所述控制器的系统时钟进行时间校正。
9.根据权利要求8所述的半有源RFID温度传感器电子标签，其特征在于：所述RFID标签芯片带有SPI接口。
10.根据权利要求9所述的半有源RFID温度传感器电子标签，其特征在于：所述电源采用纽扣电池，使电子标签体积变小。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: INVENGO INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Document name: Notification to Pay the Fees |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Xing Chunshuang Document name: Notice of termination of patent |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110810 Termination date: 20191224 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |