CN202002168U - 一种具有射频识别功能的电磁炉控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种具有射频识别功能的电磁炉控制器。包括有中央处理单元，其特征在于中央处理单元还连接有射频识别系统，其中射频识别系统包括有电子标签、阅读器,电子标签和阅读器之间通过无线电波或微波实现非接触式通讯。本实用新型能对电磁炉生产、流通、销售、使用、维修、回收等各环节的相关信息进行全程跟踪记录，实现电磁炉的可追溯性和可回收性以及相关单位对质量状况进行查询和全生命周期跟踪管理。本实用新型是一种设计合理，方便实用的具有射频识别功能的电磁炉控制器。

Description

一种具有射频识别功能的电磁炉控制器

技术领域

本实用新型是一种具有射频识别功能的电磁炉控制器，属于具有射频识别功能的电磁炉控制器的改造技术。

背景技术

家电产业作为我国电子产品的支柱产业之一，在为国家创造了巨大财富的同时，对环境造成的污染问题也越来越严重。从环保角度讲，每生产一件新的电子产品，就意味着将有一件废弃物要被回收、利用和处置。如果处理不当，将形成电子垃圾，对环境污染非常严重。电子垃圾的污染问题一直困扰着环保部门，为防止这些电子垃圾在民间自由流转，我们有必要对电子垃圾进行监控回收。

另外，随着家电产业的发展，以及经济全球化和一体化进程的加快，中国家电市场已经无可避免地成为全球关注研究的对象。如何在日趋激烈的市场竞争中，保持竞争优势，不断提高产品质量、完善服务体系是企业一直孜孜追求的目标。具有物联网功能的家电产品的全生命周期监控是提高产品竞争力的一个重要手段，它实现了对家电产品生产、流通、销售、使用、售后等各环节的相关信息进行全程记录，并将该数据进行收集、处理，组建专业的家电产品数据库，实现家电产品的可追溯性及相关单位对质量状况进行查询和跟踪。生产商可以通过售后服务与客户建立更加紧密、融洽的关系，从而树立企业的形象，提高产品的信誉，扩大产品的影响，培养客户的信任度。用户可以通过互联网等手段实时查询产品相关信息，保障自己合法权益。

最近从中国消费者协会反应的消息看到，目前我国在家电领域接到消费者投诉的事件中有很大一部分是由于家电控制器问题，这些问题的产生很大程序上是由于消费者买到的是伪劣仿造的产品，质量上没有保证。另外资料还显示，近几年在家电产品行业中，伪造产品比率呈不断上升的情况。质量问题关系消费者的权益，甚至生命安全，不容忽视消费者反应，家电控制器出现问题之后常常不能得到很好的解决，维修人员要通过比较复杂程序才能清楚了解消费者的信息，不能立即确保产品是真品还是伪造的，维修的记录一般也是手写，很难传送到生产商数据库和物联网中，家电生产商对产品信息及消费者的反映的重要性还没有形成充分的认识。与此同时，由于信息化重视和建设的程度不够，致使来自生产、销售、客户服务和回收等信息分散，使管理决策层及各部门无法对客户和市场有全面的了解，各部门也难以在统一的信息基础上面对客户，致使家电企业的生产、销售和客户服务部门难以获得准确的信息。

发明内容

本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种对电磁炉生产、流通、销售、使用、维修、回收等各环节的相关信息进行全程跟踪记录，实现电磁炉的可追溯性和可回收性以及相关单位对质量状况进行查询和全生命周期跟踪管理的具有射频识别功能的电磁炉控制器。本实用新型设计合理，方便实用。

本实用新型的技术方案是：本实用新型具有射频识别功能的电磁炉控制器，包括有中央处理单元，其中中央处理单元还连接有射频识别系统，其中射频识别系统包括有电子标签、阅读器, 电子标签和阅读器之间通过无线电波或微波实现非接触式通讯。

上述电子标签和阅读器之间通过射频天线实现射频信号的空间耦合。

上述电子标签和阅读器之间在射频天线的耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。

上述中央处理单元为单片机。

上述单片机为具有8位高性能精简指令集的单片机HT48R50。

上述阅读器为固定式读写器、或OEM模块、或工业读写器、或手持读写器、或读卡器，或红外读写器。

上述阅读器为QR4410C阅读器。

本实用新型由于采用在电磁炉控制器的单片机上嵌入电子标签（RFID 芯片），以电子标签作为电磁炉控制器的信息载体的结构，故其与现有技术相比，具有如下特点：

（1）本实用新型根据客户信息量的需求选择最合适的电子标签（RFID芯片），并选择最经济的封装——绑定芯片。在家电控制器设计开发过程中将RFID 芯片嵌入在家电控制器PCB 板上，将客户和控制器开发商数据利用专有数据按照标准格式写入RFID芯片中，并对数据进行加密，在产品出厂后将剩下信息上传到专用数据库中；

（2）本实用新型基于电子标签的家电产品管理信息服务平台运行模式；建立具有公信力的数据平台，通过各种便捷的途径对家电产品的设计、生产、流通、销售、使用、回收等环节提供信息采集、处理等服务，保障数据库的安全和数据完整性，并承担数据库的运行及维护；

（3）本实用新型实现家电控制器与RFID 芯片的通信技术及家电控制器运行关键参数的数据记录格式。通过家电控制器的主控CPU 与RFID 芯片通讯，利用RFID 芯片的数据记录功能，将家电工作的关键数据记录下来，该数据可供产品质量追溯和售后维修使用；

（4）本实用新型实现家电产品专用RFID 数据结构标准；针对家电产品的特殊应用，研究相关家电产品RFID 数据结构标准，以合理、够用、兼容多标准、可扩展为出发点，解决家电整机厂家相互竞争带来的数据兼容问题。

本实用新型是一种能对电磁炉生产、流通、销售、使用、维修、回收等各环节的相关信息进行全程跟踪记录，实现电磁炉的可追溯性和可回收性以及相关单位对质量状况进行查询和全生命周期跟踪管理的具有射频识别功能的电磁炉控制器。本实用新型设计合理，方便实用。

附图说明

图1为本实用新型射频识别系统的原理图；

图2为本实用新型电磁炉控制器的原理框图；

图3为本实用新型电磁炉控制器中单片机与电子标签的部分通信原理图。

具体实施方式

实施例：

本实用新型的原理图如图1、2、3所示，本实用新型具有射频识别功能的电磁炉控制器，包括有中央处理单元，其中中央处理单元还连接有射频识别系统，其中射频识别系统包括有电子标签、阅读器, 电子标签和阅读器之间通过无线电波或微波实现非接触式通讯。

上述电子标签和阅读器之间通过射频天线实现射频信号的空间耦合。

上述电子标签和阅读器之间在射频天线的耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。

上述中央处理单元为单片机。

上述单片机为具有8位高性能精简指令集的单片机HT48R50。

上述阅读器为固定式读写器、或OEM模块、或工业读写器、或手持读写器、或读卡器，或红外读写器。

本实施例中，上述阅读器为QR4410C阅读器。

上述电子标签又称应答器或射频标签（RFID标签），是系统的真正数据载体。一般情况下，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。每个电子标签都具有唯一的电子编码(UID)附在所要标识的物体上。电子标签相当于条形码技术中的条形码符号，用来存储需要识别和传输的信息。与条形码不同的是，电子标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。电子标签可以像纸一样薄，可编程，电子标签内存储的信息可按特殊的应用随意进行读取和改写。依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签和无源电子标签。从功能方面可分为只读标签、可读写标签、带微处理器标签和配有传感器的标签。

上述阅读器又称读出装置或读头，是负责读取或写入射频标签信息的设备。阅读器可以是单独的个体，也可以作为部件嵌入到其他系统中。它可以单独实现数据读写、显示和处理等功能，也可以与计算机或其他系统进行联合，完成对射频标签的操作。其主要组成有射频模块、控制模块、接口电路以及天线部分。

管理系统系统主要完成数据信息的存储、管理以及对射频标签进行读写控制。数据管理系统可以是市面上现有的各种大小不一的数据库系统，也可以是面向特定行业的高度专业化的管理数据库。

射频天线是用于在电子标签和阅读器之间建立数据通信的通道，天线的设计和位置对于系统的覆盖范围、识读距离和操作通信的准确性起着重要作用。虽然RFID系统传输的是数字信号，但天线的传输却是模拟方式。因此它的传输质量很容易受到各种因素的影响而下降。同时，通信还会受到各种强噪声源和环境条件的干扰。所以天线的合理设计对RFID系统处理干扰的能力起着重要作用。在天线设计中，不仅要从物理上克服这些不利的影响和限制，同时，还要尽量采用软件的方法实现纠错、容错，以有效提高识读的精确性和系统的可靠性。

电磁炉有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪需求。因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为“绿色炉具”。“电磁炉产品是目前家电行业最容易装配的产品，但也是电路最复杂、最难控制的产品”。电磁炉综合多种烹饪功能，并有清洁、安全、环保、节能等优势，属于高科技产品。家用电磁炉能效标准早于2008年9月1日正式实施，从2009年3月1日起，家用电磁炉被强制执行《家用电磁灶能源效率标志实施规则》，每台电磁炉上都要贴上能效标识，未贴有能效标识的家用电磁炉将不允许销售。

电磁炉利用电磁感应加热原理，首先在电路回路中产生交变电流，并通过电磁线圈产生交变的磁场，再利用交变磁场作用于被加热的导体锅具底部来产生涡流加热的效果。目前电磁炉产生这种交变电磁场的电路主要采用单端准谐振变换器，当其负载功率比较低时，功率半导体器件需要实施硬开关，由此会造成很大的功率损耗及电磁干扰。本实用新型设计了基于软开关的一种新型高效节能电磁炉控制器高频变换器，从而克服传统电磁炉存在的缺点，大大降低功耗，并扩大负载调节范围。

传统电磁炉控制器的MCU一般是选用性能优异的单片机。本实用新型电磁炉控制器选用HT48R50做为MCU控制核心。HT48R50是8位高性能精简指令集的单片机，专门为需要A/D转换的产品而设计，例如传感器信号输入，其具有低功耗、高可靠性、I/O使用灵活、可编程分频器、计数器、振荡类型选择、多通道A/D转换、脉冲测量功能、暂停和唤醒功能等。电磁炉工作流程如图2所示。由下图可以看出：市电在经过EMC抑制、桥堆(俗称扁桥)整流滤波后供给逆变谐振变换电路，接着将谐振变换电路的同步信号输送给同步电路，根据功率大小调节同步电路输出送给IGBT的驱动电路，由开关器件IGBT的开关频率和频率的占空比，从而控制整个系统的工作。

本实用新型将在传统家用电磁炉控制器的基础上，作出一些修改，研制出具有RFID物联网功能的电磁炉控制器，它不仅能减小电磁炉假冒可能性，而且能实现电磁炉全生命周期监控、增强人们购买的信心和稳定性，杜绝假冒伪劣产品。因而具有极大的社会和经济效益和良好的应用价值。

本实用新型电子标签选用的是上海坤锐电子科技有限公司生产一款具有与控制器直接通信的标签(PVC封装)，提供用户可读写2048bits存储空间。

该标签采用先进的芯片制造工艺制作，内有高速的CMOS EEPROM。卡片上除了IC微晶片及一副高效率天线外，无任何其他元件。卡片上无源（无任何电池）。卡放在读写设备的有效天线场内，高速RF通讯接口能达到的数据传输速率高达106k bit/s。该型号芯片还具有防冲突功能：能在同一时间处理在读写器天线有效工作距离内的多张卡片。该防冲突算法确保只选中一张卡，并保证在与选中的卡进行数据交换过程中，不受其他卡进入或离开射频区域的影响。

电子标签的RF接口符合非接触智能卡EPC C1GE协议。 读卡设备发出的载波场始终存在（在传输信息时可能会暂时终止），因为卡的电源能量由读卡设备的载波提供。 对双边的数据通信，每个信息帧都只有一个起始位。每个字节传输时，后面带一个奇偶校验位（奇校验）。选中数据存储块的最低字节的最低位先传。信息帧的最大长度为163位（16字节的数据+2个CRC字节信息+1个起始位=16*9+2*9+1）。

电子标签的存储器结构共有8192比特EEPROM，8192比特EEPROM被划分成16扇区，每扇区4块，每个块包含16Bytes。EEPROM单元状态定义为擦除后为‘0’，写入后为‘1’。

电磁炉控制器中单片机与电子标签的通信情况如下：

电子标签为20引脚的SOC封装， 根据上海坤锐电子公司提供的芯片资料可知其引脚功能如下：

1：GND                      2： EN

3： IN                        4： Float

5： Float                      6：OUT

7：VDD(1.8V )                 8：VDD(1.8V)

9-14： Float                   15：RF

16-20：Float

该电子标签支持两种功能接法，第一种是通过第三和第六引脚实现与电磁炉控制器的直接通信，电磁炉控制器CPU可以从电子标签读出简单里面信息，或者向电子标签写入简单信息，各引脚接法如下所示：

PIN2： EN=1.8V

PIN3： IN=Data in (1.8v CMOS logic)

PIN6：OUT= Data out (1.8v CMOS logic)

PIN7，PIN8： VDD=1.8V

另一种接法是电子标签通过天线向阅读器发送信号，阅读器读到电子标签的信号后，再上传到后台数据库中。使用此接法时各引脚如下所示：

PIN15，PIN1： Connect to two port antenna

PIN2： EN=0V

PIN3： IN=Float

PIN6：OUT=Float

PIN7，PIN8： Float

本实用新型把两种接法综合起来，部分电路原理图如图3所示。通过开关KEY3-7，可以根据实际需要，选择合适的接法，当需要电子标签与单片机直接通信时，把开关KEY5、KEY3连接到单片机的第6、7引脚，开关KEY4连接到地，KEY6、KEY7连接到1.8V电源处即可，这个时候，可以通过CPU的其它按键，实现对电子标签的读写功能，当要把电子标签设置为与阅读器通信时，只需把图4中开关拨到相应位置就可以了。

电子标签同一时间只能使用其中一种通讯方式；在通过天线端同Reader通讯时，数字直通通道的所有端口必须断开物理连接或者接高阻（highz）；在通过数字直通通道同相关设备通讯时，天线应该离开Reader的场区或者将ANT1&ANT2同天线断开；在使用数字直通通道时，IN端输入为Base band指令，不需要通过超高频载波进行调制，同样OUT端输出的也是不通过超高频载波调制的Base band信号；在使用数字直通通道时，标签的电源（Vdd）为1.8V，最高不可超过2.2V。其余输入端口的高电平同Vdd保持一致；在使用数字直通通道时，在Power On（Vdd由低变高）和Power down（Vdd由高变低）时，IN必须同Vdd保持一致，在整个power down和power on的过程中，IN同Vdd都保持一致，直到发送第一条指令时；数字直通通道的其余使用方法（通讯协议，指令，返回格式等）同普通标签与阅读器的协议是一致，详见Gen2等阅读器与标签的协议；

阅读器的选择：目前阅读器主要有固定式读写器、OEM模块、工业读写器、手持读写器、读卡器和红外读写器等形式。根据本方案的应用情况，阅读器应能用于临时或者关键部件标签的读写工作，且需要能够稳定的读写RFID标签，并要求有携带方便的特点，因此本系统选用上海坤锐公司的QR4410C阅读器。上海坤锐公司生产的QR4410C阅读器是该公司拥有完全自主知识产权并符合ISO18000-6C协议标准的UHF频段固定读写器，它首创将天线和读卡器集成一体化，减少企业硬件成本投入，信号好，方便读写，且支持多协议ISO18000-6B、EPC Class 1 GEN 2标准，针对广泛使用的标签操作进行了性能优化，提高系统应用的性价比，可读取符合ISO和EPC等相关国际标准的电子标签，具有识别距离远、快速识别、识别率高等特点，其技术指标处于国内领先水平。特别适用于仓储物流、生产线自动化、交通、医疗卫生等行业。具体技术指标如下：

（a）工作频率：902MHz～928MHz(可根据用户需要或使用地区规定定制）；

（b）支持协议标准：SZAI-6601A ，ISO18000-6B SZAI-6601B ，EPC C1 GEN 2；

（c）工作方式：广谱跳频（FHSS）或定频，可由软件设置；

（d）天 线：1根天线；

（e）发射功率：19－30dBm（软件可调）；

（f）天线参数：驻波比：＜1.3；极化方向：垂直；

（g）防冲突性：可同时读取100个以上的标签；

（h）读卡方式：命令触发；定时触发；外部触发；

（k）读/写卡时间：读每8字节约2ms，写每4字节小于42ms；

（l）读/写卡距离：读卡距离大于8米；写卡距离4米；

（m）通信接口：RS-232、RS-485；

（n）输入输出接口：1路触发输入；

（p）工作电压 DC +5V；

（q）工作电流 小于1500mA。

本实用新型应用于工业上的工艺流程如下：

1.家电整机厂商将要生产的产品订单数量、订单信息、机器型号、制造信息等数据发到控制器制造商（如：瑞德电子）。供制造商录入数据；

2.控制器制造商根据客户信息量的需求订购RFID 芯片，在家电控制器制造过程中将RFID 芯片集成在家电控制器PCB 板上，并将客户数据及瑞德专有数据按照标准格式写入RFID 芯片中，并对数据进行加密。在产品出厂后将剩下信息上传到具有国家公信力的数据库中（如：物联网及其下属子网）；

3.控制器制造商将具有RFID 功能的控制器交付家电整机厂商，整机厂商在生产过程中录入整机生产信息和出货信息。在产品出厂后将生产信息上传到具有国家公信力的数据库中（如：物联网及其下属子网）；

4.家电销售可以根据RFID 的信息实时记录销售情况和库存情况，并在销售产品是写入销售日期等信息。在产品销售后将销售信息上传到具有国家公信力的数据库中（如：物联网及其下属子网）；

5.客户维修时可对生产信息、销售信息进行查询。并记录维修信息。在产品维修后将维修信息上传到具有国家公信力的数据库中（如：物联网及其下属子网）；

6.用户在产品的购买、使用过程中可以通过具有RFID 读取功能的手机，读卡器等设备读取产品信息。确认产品的真伪、售后标准、售保期限等。并且，用户可以通过各种途径将产品的使用情况、使用感受反馈给具有国家公信力的数据库中或者12315 等政府职能部门等；

7.通过以上的过程构建一套完整的覆盖全国的家电产品信息网络数据库，可供多方查询使用。

本实用新型的技术指标如下：

1）具有通用家用电磁炉控制器的功能；

2）RFID 芯片工作频率13.56MHz；

3）存储容量1－32KB 可选，读写距离0.2－1m，数据传输速率≥100kbps，可同时读取<10个标签，读写功率≤4W；

4）擦写次数>100,000 次，数据保存>10 年；

5）家电控制器与RFID 芯片之间通过SPI 或IIC 接口通讯；

6）系统功能参数：

（A）具有RJ45 或USB 标准接口；

（B) 建立具有RFID 的家电控制器企业标准。

项目服务指标：

1） 家电管理信息服务平台采用 C/S 架构；

2） 至少 5 级用户权限分配；

3） 数据上传 API 专用接口，可连接RJ45 或USB 端口；

4） 图形化数据查询界面，可实现 WEB 和WAP 两种方式访问。

Claims (7)

1.一种具有射频识别功能的电磁炉控制器，包括有中央处理单元，其特征在于中央处理单元还连接有射频识别系统，其中射频识别系统包括有电子标签、阅读器, 电子标签和阅读器之间通过无线电波或微波实现非接触式通讯。

2.根据权利要求1所述的具有射频识别功能的电磁炉控制器，其特征在于上述电子标签和阅读器之间通过射频天线实现射频信号的空间耦合。

3.根据权利要求1所述的具有射频识别功能的电磁炉控制器，其特征在于上述电子标签和阅读器之间在射频天线的耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。

4.根据权利要求1所述的具有射频识别功能的电磁炉控制器，其特征在于上述中央处理单元为单片机。

5.根据权利要求4所述的具有射频识别功能的电磁炉控制器，其特征在于上述单片机为具有8位高性能精简指令集的单片机HT48R50。

6.根据权利要求1所述的具有射频识别功能的电磁炉控制器，其特征在于上述阅读器为固定式读写器、或OEM模块、或工业读写器、或手持读写器、或读卡器，或红外读写器。

7.根据权利要求6所述的具有射频识别功能的电磁炉控制器，其特征在于上述阅读器为QR4410C阅读器。

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