專利名稱：一種低功耗的rfid溫度傳感標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及RFID (無(wú)線射頻識(shí)別)標(biāo)簽技術(shù)，特別是涉及具備RFID溫度傳感 功能標(biāo)簽的低功耗問(wèn)題，即RFID溫度傳感標(biāo)簽的使用壽命問(wèn)題。
背景技術(shù)：
伴隨著有源RFID (無(wú)線射頻識(shí)別)技術(shù)和應(yīng)用的迅猛發(fā)展，基于有源RFID技術(shù)的 溫度傳感系統(tǒng)在冷鏈物流中得到重要應(yīng)用，目前RFID應(yīng)用在許多的敏感或貴重商品領(lǐng)域， 如移植用器官、醫(yī)療用血液、骨髓、疫苗、藥品以及名貴酒品、貴重花卉、高價(jià)值海產(chǎn)品等。 除了在敏感領(lǐng)域和貴重領(lǐng)域的應(yīng)用，運(yùn)輸距離越長(zhǎng)和周轉(zhuǎn)次數(shù)越多的物流冷鏈監(jiān)視系統(tǒng)， RFID的應(yīng)用需求也在相應(yīng)增加。由于有源RFID溫度標(biāo)簽的供電電池容量有限，必須采取有 效的低功耗技術(shù)才能延長(zhǎng)其使用壽命，降低其使用成本。標(biāo)簽的功耗不但取決于所使用芯 片本身的功耗，更取決于系統(tǒng)級(jí)的低功耗設(shè)計(jì)方法，特別是利用標(biāo)簽低頻喚醒激活方法，控 制標(biāo)簽的有效工作狀態(tài)，可大大降低標(biāo)簽的動(dòng)態(tài)功耗，延長(zhǎng)其壽命。為了獲得更長(zhǎng)的溫度標(biāo)簽使用壽命，各無(wú)線通信芯片和設(shè)備廠商采用了多種降低 功耗的方法，例如精心設(shè)計(jì)低功耗的標(biāo)簽收發(fā)模塊，設(shè)置不同功率的標(biāo)簽工作模式和休眠 狀態(tài)，采用多個(gè)不同頻率和不同功耗的時(shí)鐘等等。毫無(wú)疑問(wèn)，這些技術(shù)極大的延長(zhǎng)了工作時(shí) 間。但是，這些低功耗技術(shù)都局限于對(duì)無(wú)線設(shè)備本身的性能開(kāi)發(fā)。采用無(wú)線喚醒的RFID溫 度傳感標(biāo)簽，不但能延長(zhǎng)設(shè)備工作時(shí)間，且能使得整個(gè)RFID溫度采集系統(tǒng)對(duì)于用戶顯得更 加可控，處于主控端的用戶可以自己決定任何時(shí)候進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，而不必等待遠(yuǎn)程無(wú) 線節(jié)點(diǎn)的自發(fā)喚醒。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種低功耗的RFID溫度傳感標(biāo)簽，該RFID溫度傳感標(biāo) 簽可大大延長(zhǎng)使用壽命。實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種低功耗的RFID溫度傳感標(biāo)簽，由無(wú)源喚 醒模塊和有源溫度傳感模塊組成，其中，無(wú)源喚醒模塊包括能量獲取電路、信號(hào)校驗(yàn)電路和 電源管理電路；有源溫度傳感模塊包括電池電源、電源開(kāi)關(guān)、微控制器、溫度數(shù)據(jù)采集和射 頻前端；所述能量獲取電路感應(yīng)外部信號(hào)，產(chǎn)生的感應(yīng)電源經(jīng)電源管理電路后作為信號(hào)校 驗(yàn)電路的工作電源，信號(hào)校驗(yàn)電路對(duì)獲取的外部信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)，產(chǎn)生的控制信號(hào)控制電源 開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，電池電源通過(guò)電源開(kāi)關(guān)加至微控制器和溫度數(shù)據(jù)采集，溫度數(shù)據(jù)采集獲取的 溫度信息返回至微控制器，微控制器通過(guò)射頻前端發(fā)射信號(hào)。所述無(wú)源喚醒模塊采用MLX90129芯片，信號(hào)校驗(yàn)電路包括解調(diào)電路和低功耗邏 輯電路，均內(nèi)置于MLX90129芯片中，能量獲取電路由線圈天線與MLX90129芯片的相應(yīng)管腳 連接，由線圈天線和MLX90129芯片內(nèi)的部分電路組成，接收低頻信號(hào)。所述信號(hào)校驗(yàn)電路包括解調(diào)電路和低功耗邏輯電路。所述電源管理電路包括濾波和穩(wěn)壓電路，由電阻、電容構(gòu)成，與MLX90129芯片指定管腳連接，穩(wěn)定天線線圈感應(yīng)產(chǎn)生的不穩(wěn)定電流，作為信號(hào)校驗(yàn)電路的工作電源。所述電源開(kāi)關(guān)采用MOS管，其柵極由無(wú)源喚醒模塊控制連接，源極、漏極連接于有源溫度傳感模塊。所述有源溫度傳感模塊采用基于ZIGBEE的CC2430芯片，內(nèi)含射頻前端和微控制 器，可收發(fā)超高頻信號(hào)。所述有源溫度傳感模塊中的溫度數(shù)據(jù)采集采用DS1820溫度傳感器，與CC2430芯 片的相應(yīng)管腳連接。所述的射頻前端還外接有線圈天線，用于信號(hào)收發(fā)。本實(shí)用新型工作時(shí)，通過(guò)讀寫(xiě)器發(fā)射低頻信號(hào)，通過(guò)無(wú)源模塊控制電源開(kāi)關(guān)，喚醒 有源溫度傳感模塊，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與傳輸；不工作時(shí)，切斷電源開(kāi)關(guān)，有源溫度 傳感模塊立即進(jìn)入深度睡眠狀態(tài)，即斷電狀態(tài)，標(biāo)簽功耗為0，大大延長(zhǎng)標(biāo)簽使用壽命。

圖1為本實(shí)用新型溫度傳感標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型溫度傳感標(biāo)簽的工作流程圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供的一種低功耗的RFID溫度傳感標(biāo)簽，讀寫(xiě)器通過(guò)發(fā)送喚醒信號(hào)， 激活無(wú)源喚醒模塊工作，通過(guò)控制電源開(kāi)關(guān)控制有源溫度傳感模塊工作。在有源溫度傳感 模塊在已完成溫度數(shù)據(jù)的傳輸?shù)那闆r下，若停止發(fā)送喚醒信號(hào)，標(biāo)簽立即進(jìn)入斷電狀態(tài)，轉(zhuǎn) 入深度睡眠；若喚醒信號(hào)不停止，則有源模塊進(jìn)入半休眠模式。實(shí)現(xiàn)功耗消耗最低，極大的 提高標(biāo)簽的使用壽命。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，為本實(shí)用新型溫度傳感標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)框圖。本實(shí)用新型RFID溫度傳感 標(biāo)簽，由無(wú)源喚醒模塊和有源溫度傳感模塊組成，其中，無(wú)源喚醒模塊包括能量獲取電路、 信號(hào)校驗(yàn)電路、電源管理電路。有源溫度傳感模塊包括電池電源、電源開(kāi)關(guān)、微控制器、溫 度數(shù)據(jù)采集、射頻前端。能量獲取電路感應(yīng)外部信號(hào)，產(chǎn)生的感應(yīng)電源經(jīng)電源管理電路后作 為信號(hào)校驗(yàn)電路的工作電源，信號(hào)校驗(yàn)電路對(duì)獲取的外部信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)，產(chǎn)生的控制信號(hào) 控制電源開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，電池電源通過(guò)電源開(kāi)關(guān)加至微控制器和溫度數(shù)據(jù)采集，溫度數(shù)據(jù)采 集獲取的溫度信息返回至微控制器，微控制器通過(guò)射頻前端發(fā)射信號(hào)。本實(shí)用新型無(wú)源喚醒模塊采用MLX90129芯片，信號(hào)校驗(yàn)電路包括解調(diào)電路和低 功耗邏輯電路，均內(nèi)置于MLX90129芯片中，能量獲取電路由線圈天線與MLX90129芯片的相 應(yīng)管腳連接，由線圈天線和MLX90129芯片內(nèi)的部分電路組成，接收低頻信號(hào)。本實(shí)用新型電源管理電路包括濾波和穩(wěn)壓電路，由電阻、電容構(gòu)成，與MLX90129 芯片指定管腳連接，穩(wěn)定天線線圈感應(yīng)產(chǎn)生的不穩(wěn)定電流，作為信號(hào)校驗(yàn)電路的工作電源。本實(shí)用新型電源開(kāi)關(guān)采用MOS管，其柵極由無(wú)源喚醒模塊控制連接，源極、漏極連 接于有源溫度傳感模塊。本實(shí)用新型有源溫度傳感模塊采用基于ZIGBEE的CC2430芯片，內(nèi)含射頻前端和 微控制器，可收發(fā)超高頻信號(hào)。[0023]本實(shí)用新型有源溫度傳感模塊中的溫度數(shù)據(jù)采集采用DS1820溫度傳感器，與芯 片CC2430的相應(yīng)管腳連接。本實(shí)用新型的射頻前端還外接有線圈天線，用于信號(hào)收發(fā)。本實(shí)用新型的工作原理為MLX90129芯片外設(shè)的線圈天線接收讀寫(xiě)器發(fā)送的喚 醒信號(hào)，感應(yīng)產(chǎn)生一定電壓的電源，電源經(jīng)電源管理電路濾波穩(wěn)壓作為芯片內(nèi)部信號(hào)校驗(yàn) 電路的工作電源，同時(shí)MLX90129芯片產(chǎn)生的控制信號(hào)使MOS管導(dǎo)通，電池電源通過(guò)MOS管 為溫度傳感器DS1820和CC2430芯片提供工作電壓，溫度傳感器DS1820工作，返回溫度信 息給CC2430芯片，通過(guò)CC2430芯片的射頻前端上的線圈天線進(jìn)行信號(hào)發(fā)送。若讀寫(xiě)器停止發(fā)送喚醒信號(hào)，MLX90129芯片因沒(méi)有感應(yīng)到信號(hào)，所以無(wú)法產(chǎn)生感 應(yīng)電源，MOS管關(guān)斷，有源溫度傳感模塊進(jìn)入斷電狀態(tài)，轉(zhuǎn)入深度睡眠；若喚醒信號(hào)不停止， 而讀寫(xiě)器已經(jīng)在信息獲取完畢 后向CC2430芯片發(fā)送通信結(jié)束信號(hào)，CC2430芯片在收到結(jié) 束信號(hào)后轉(zhuǎn)入半休眠模式。實(shí)現(xiàn)功耗消耗超低，可極大的提高標(biāo)簽的使用壽命。詳細(xì)的工作流程如圖2所示，步驟1 讀寫(xiě)器發(fā)送帶校驗(yàn)碼的13. 56M喚醒信號(hào)f，基于MLX910129芯片的標(biāo)簽無(wú) 源模塊天線接收到頻率為f的信號(hào)，并諧振。步驟2 諧振波則經(jīng)過(guò)整流電路整流和電壓調(diào)整，后輸出直流電壓供電。無(wú)源喚醒 模塊中的電源管理電路對(duì)供電的直流電壓進(jìn)行判斷，若強(qiáng)度不夠則返回步驟1中的天線諧 振，若強(qiáng)度滿足工作需求則提供直流電壓給無(wú)源喚醒模塊其它電路使用。步驟3 :MLX910129芯片內(nèi)部的時(shí)鐘產(chǎn)生電路抽取載波時(shí)鐘提供給其內(nèi)部的低功 耗邏輯電路、解調(diào)電路。解調(diào)電路對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)送入低功耗邏輯電路。步驟4:低功耗邏輯電路讀取存儲(chǔ)器中的數(shù)值與解調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，若校驗(yàn)為否 則返回步驟1，若校驗(yàn)通過(guò)則產(chǎn)生控制信號(hào)。步驟5 控制信號(hào)置為高電平，MOS開(kāi)關(guān)管柵極電壓達(dá)到開(kāi)啟電壓，MOS開(kāi)關(guān)管導(dǎo) 通，MOS開(kāi)關(guān)管漏極電壓跟隨電池電壓，基于CC2430芯片有源溫度傳感模塊上電，指示燈亮 燈。步驟6 有源溫度傳感模塊啟動(dòng)，有源模塊進(jìn)入上電初始化狀態(tài)，對(duì)溫度傳感器信 號(hào)進(jìn)行采集，標(biāo)簽處于收發(fā)狀態(tài)，在此期間待機(jī)信號(hào)置為高電平。讀寫(xiě)器與過(guò)收發(fā)信號(hào)進(jìn)行 通信，通信建立后讀寫(xiě)器停止發(fā)送喚醒信號(hào)f，控制信號(hào)為低電平，若通信建立失敗返回步 馬聚1 ο步驟7 有源模塊從CC2430芯片中的存儲(chǔ)器中讀出標(biāo)簽ID，通過(guò)射頻發(fā)射端及天 線發(fā)射F(2. 4G)頻率發(fā)送ID信號(hào)與讀寫(xiě)器通信。讀寫(xiě)器接收標(biāo)簽ID后，發(fā)回確認(rèn)信息。標(biāo) 簽與讀寫(xiě)器在F頻率建立通信，傳送采集的溫度數(shù)據(jù)T。Temperature = dl+d2 · SOT
"^oTdiMTTml (soTTiiWr^"
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5V -4Q.o￥" -40.0014bit 0,01= 0.0184V -35.75 -39.5512bit 0,04 0.072
3.5V3 ^39.66~ -39.39
ZV3 -39.60 -39.28 -39.55 -39. 9[0037]表8 溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)在極端工作條件下測(cè)量溫度時(shí)，可使用進(jìn)一步的補(bǔ)償算法以獲取高精度。步驟8 讀寫(xiě)器在信息獲取完畢后向標(biāo)簽發(fā)送通信結(jié)束信號(hào)end。步驟9 標(biāo)簽微控制器收到end后，轉(zhuǎn)入半休眠模式，微控制器將待機(jī)信號(hào)置為低電平，指示燈變暗。步驟10 =MOS開(kāi)關(guān)管柵極電壓為低，MOS開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，有源部分停止工作轉(zhuǎn)入深度 休眠模式，指示燈熄滅。如需再次進(jìn)行采集溫度數(shù)據(jù)，讀寫(xiě)器可以再次發(fā)送喚醒信號(hào)。
權(quán)利要求一種低功耗的RFID溫度傳感標(biāo)簽，其特征在于由無(wú)源喚醒模塊和有源溫度傳感模塊組成，其中，無(wú)源喚醒模塊包括能量獲取電路、信號(hào)校驗(yàn)電路和電源管理電路；有源溫度傳感模塊包括電池電源、電源開(kāi)關(guān)、微控制器、溫度數(shù)據(jù)采集和射頻前端；所述能量獲取電路感應(yīng)外部信號(hào)，產(chǎn)生的感應(yīng)電源經(jīng)電源管理電路后作為信號(hào)校驗(yàn)電路的工作電源，信號(hào)校驗(yàn)電路對(duì)獲取的外部信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)，產(chǎn)生的控制信號(hào)控制電源開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，電池電源通過(guò)電源開(kāi)關(guān)加至微控制器和溫度數(shù)據(jù)采集，溫度數(shù)據(jù)采集獲取的溫度信息返回至微控制器，微控制器通過(guò)射頻前端發(fā)射信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗的RFID溫度傳感標(biāo)簽，其特征在于所述無(wú)源喚 醒模塊采用MLX90129芯片，信號(hào)校驗(yàn)電路內(nèi)置于MLX90129芯片中，能量獲取電路由線圈天 線與MLX90129芯片的相應(yīng)管腳連接，由線圈天線和MLX90129芯片內(nèi)的部分電路組成，接收 低頻信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗的RFID溫度傳感標(biāo)簽，其特征在于所述信號(hào)校 驗(yàn)電路包括解調(diào)電路和低功耗邏輯電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗的RFID溫度傳感標(biāo)簽，其特征在于所述電源管 理電路包括濾波和穩(wěn)壓電路，由電阻、電容構(gòu)成，提供信號(hào)校驗(yàn)電路的工作電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗的RFID溫度傳感標(biāo)簽，其特征在于所述電源開(kāi) 關(guān)采用MOS管，其柵極由無(wú)源喚醒模塊控制連接，源極、漏極連接于有源溫度傳感模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗的RFID溫度傳感標(biāo)簽，其特征在于所述有源溫 度傳感模塊采用基于ZIGBEE的CC2430芯片，所述射頻前端和微控制器內(nèi)置于芯片中，可收 發(fā)超高頻信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗的RFID溫度傳感標(biāo)簽，其特征在于所述溫度數(shù) 據(jù)采集采用DS1820溫度傳感器，與CC2430芯片的相應(yīng)管腳連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低功耗的RFID溫度傳感標(biāo)簽，其特征在于所述的射頻 前端還外接有線圈天線，用于信號(hào)收發(fā)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種低功耗的RFID溫度傳感標(biāo)簽，由無(wú)源喚醒模塊和有源溫度傳感模塊組成，其中，無(wú)源喚醒模塊包括能量獲取電路、信號(hào)校驗(yàn)電路和電源管理電路；有源溫度傳感模塊包括電池電源、電源開(kāi)關(guān)、微控制器、溫度數(shù)據(jù)采集和射頻前端；所述能量獲取電路感應(yīng)外部信號(hào)，產(chǎn)生的感應(yīng)電源經(jīng)電源管理電路后作為信號(hào)校驗(yàn)電路的工作電源，信號(hào)校驗(yàn)電路對(duì)獲取的外部信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)，產(chǎn)生的控制信號(hào)控制電源開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，電池電源通過(guò)電源開(kāi)關(guān)加至微控制器和溫度數(shù)據(jù)采集，溫度數(shù)據(jù)采集獲取的溫度信息返回至微控制器，微控制器通過(guò)射頻前端發(fā)射信號(hào)。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)RFID溫度傳感標(biāo)簽功耗消耗超低，極大的提高標(biāo)簽的使用壽命。
文檔編號(hào)G06K19/07GK201570054SQ201020026830
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者唐承佩, 楊遠(yuǎn)宏, 詹宜巨 申請(qǐng)人:詹宜巨