一种可埋植于牲畜皮下的RFID体温传感器的制作方法

本实用新型属于农牧业物联网传感技术领域，具体来说，是涉及一种可埋植于牲畜皮下的RFID体温传感器。

背景技术：

现有的牲畜体温检测方法有人工检测、红外检测两种方法。

人工检测方法基本是牲畜直肠体温测量。将体温计的水银柱甩至牲畜标准体温以下温度值，用消毒棉擦拭并涂以润滑剂，然后把体温计缓慢插入牲畜肛门内，保持3-5分钟后取出，查看读数，根据读数和牲畜体温范围值比较，判断是否发热。其采集过程复杂、费时、费力，同时也可能产生人畜直接接触导致的疫病传播。

红外检测基本是在牲畜经过的通道安装红外测温模块和RFID(Radio Frequency Identification)读卡器来实现牲畜的体温检测。即牲畜在通过通道时，读取牲畜RFID耳标信息，同时红外测温模块对牲畜体温进行测量，其采集温度受到外界温度、牲畜移动速度、牲畜毛长短、采集部位等因素影响，出现误差较大，不准确的现象。

微纳米技术(MEMS,nano technology)是材料与结构在微纳米尺度展现了许多不同于宏观尺度的新特性，而且已经成为当前研究和工作开发的热门领域之一。1947年12月美国贝尔实验室的科学家实用新型了世界上第一只晶体管，到今天微纳米技术已深入到现代生活的所有领域。如计算机的集成电路、直径只有1mm的微马达，指甲大小的微摄像头，豌豆大小的气相色谱分析装置等等，微纳米技术以成为今后现代化发展的必然趋势。

RFID技术是一种自动识别技术，由于RFID技术具有非视距、非接触、成本低、技术成熟和定位精度高等优点，已经被广泛应用到物流和供应管理、生产制造和装配、邮件快递以及门禁控制等各个方面。目前，RFID技术已应用到畜牧养殖系统，可实现畜产品的追溯。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可埋植于牲畜皮下的RFID体温传感器，体温传感器将微纳米技术、印刷电路技术和射频识别技术(RFID)有效地结合，将体温传感器埋植于牲畜皮下能够避免外界环境温度对测量精度的影响，有效提高测量的精确度。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种可埋植于牲畜皮下的RFID体温传感器，包括感温元件、中央处理印刷电路及RFID天线，所述感温元件与所述中央处理印刷电路的体温采集接头相连接，所述RFID天线与所述中央处理印刷电路的RFID天线接头相连接。

本实用新型的有益效果是：1、由于体温传感器采用氮掺杂碳纳米管温度传感材料制成的感温元件，因此体积小、灵敏度高，检测误差在±0.1℃；2、体温传感器利用射频识别技术RFID进行非接触双向通讯，体积小，米粒式注射牲畜体内，能有效地避免牲畜体温受环境的影响，且不影响牲畜健康；3、体温传感器RFID天线接收的射频能量转换为电能，为体温传感器提供工作电压，因此无需额外提供电源。

进一步地，所述中央处理印刷电路包括A/D转换模块、存储模块、中央处理模块、电源模块及信号发送模块，所述电源模块、A/D转换模块、存储模块及信号发送模块均与中央处理模块连接，所述体温采集接头与所述A/D转换模块连接，所述信号发送模块与所述电源模块均与所述RFID天线接头连接，所述电源模块将RFID天线接收的射频能量转换为电能，为所述RFID体温传感器提供工作电压；所述A/D转换模块将所述体温采集接头采集的温度模拟信号转换为温度数字信号并传输给所述中央处理模块；所述中央处理模块将所接收的温度数字信号和所读取的存储模块中的传感器编号按照数据格式规则，组合成信息数据并传输给所述信号发送模块；所述信号发送模块将所述信息数据通过所述RFID天线以无线电波的形式发送出去。

采用上述进一步方案的有益效果：体温传感器RFID天线接收的射频能量转换为电能，为体温传感器提供工作电压，因此无需额外提供电源。

进一步地，所述感温元件由氮掺杂碳纳米管温度传感材料接出两根引线制成，这种新型温度传感材料拥有很高的灵敏度，检测误差在±0.1℃，温度测试范围20-40℃。

进一步地，所述电源模块由整流电路和稳压电路组成，所述整流电路将天线传递的射频能量转换为直流电压；所述稳压电路将整流电路输出的直流电压转变成性能稳定，不随温度、负载变化的工作电压。

进一步地，所述存储模块采用EEPROM存储器，用于存储体温传感器编号。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型的中央处理印刷电路原理框图；

图3是本实用新型的应用系统原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步详细介绍，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1至图3所示，图1中本实用新型提供一种可埋植于牲畜皮下的RFID体温传感器，包括感温元件、中央处理印刷电路及RFID天线，所述感温元件由氮掺杂碳纳米管温度传感材料接出两根引线制成，所述感温元件与所述中央处理印刷电路的体温采集接头相连接，所述RFID天线与所述中央处理印刷电路的RFID天线接头相连接。

如图2所示，本实用新型中，中央处理印刷电路包括A/D转换模块、存储模块、中央处理模块、电源模块及信号发送模块，所述电源模块、A/D转换模块、存储模块及信号发送模块均与中央处理模块连接，所述体温采集接头与所述A/D转换模块连接，所述信号发送模块与所述电源模块均与所述RFID天线接头连接。电源模块由整流电路和稳压电路组成，整流电路将天线接收的射频能量转换为直流电压，稳压电路将整流电路输出的直流电压转变成性能稳定，不随温度、负载变化的电压，为RFID体温传感器提供工作电压；A/D转换模块根据氮掺杂碳纳米管温度传感材料的特性，选择10位A/D转换电路，将体温采集接头采集的温度模拟信号转换为温度数字信号，并传输给中央处理模块；中央处理模块将所接收的温度数字信号和所读取的存储模块中的体温传感器编号按照信息数据格式规则，组合成信息数据并传输给信号发送模块；信号发送模块将信息数据通过第RFID天线以无线波的形式发送出去。

本实用新型中，信息数据格式为：

开始编码(2位)+RFID编号(10位)+体温数据(4位)+结束编码(2位)+校验码(1位)

例如：FA1000A3C0011103CEB

开始编码：FA (规定值)

RFID编号：1000A3C001 (传感器编码)

体温数据：3510 (温度为35.10℃)

结束编码：CE (规定值)

校验码：B

校验方法：第一位与第二位异或得到的值，与第三位异或得到到的值，与第四位异或，一直循环异或到第十九位异或值为0，RFID超高频读写器得到值为正确值，若校验值不为0，说明接收数据为非法值，对该数据不处理，读写器重新接收数据。

本实用新型中，所述感温元件采用氮掺杂碳纳米管体温传感材料，这种新型温度传感材料拥有很高的灵敏度，检测误差在±0.1℃，温度测试范围20-40℃，虽然氮掺杂碳纳米管的价格非常高(约20000元每克)，但是每个体温传感器用到的含量极小(每个传感器只需约0.1毫克)，因此单个体温传感器具有极其低廉的价格优势，传感器体积约10mm*2mm芯片胶囊装，用探针埋植，埋植后看到一个米粒大小的鼓包。

原始的碳材料拥有良好的导电性，因此在微电路中可以作为导线使用。氮掺杂的碳纳米管，导电性和掺杂量和掺杂方式有关。并且在不同的温度下，导电性会有较大的变化。因此，利用其不同温度下的导电性能，可以反推具体的环境温度。

氮掺杂碳纳米管经过水浴超声可以较好地分散于水、乙醇等溶液中；然后将分散好的溶液，使用旋转涂膜机均匀地涂于微米级别的微电路中，形成氮掺杂碳纳米管薄膜，并接出引线。测试时接通电路，随着环境温度的变化，氮掺杂碳纳米管薄膜的电阻发生变化，经过校准，即可根据电阻的变化来探测温度。

中央处理印刷电路采用完全柔性的电路设计，可以方便地作为可穿戴微纳米传感器应用。

存储模块采用EEPROM存储器，意法半导体(ST Microelectronics)生产出史上最小系列的EEPROM封装UFDFPN5，尺寸1.4毫米X1.7毫米；重量7毫克；I2C-bus模式，5毫秒页面输入，读写模式所需电流非常低仅1毫安，待机时仅需1微安电流。

本实用新型中，感温元件、中央处理印刷电路与RFID天线，经过合理的布局，统一封装在一起，形成拥有不同功能的小型器件，既可以探测温度，又可以将温度信号自动回传到RFID读写器，将信息采集到数据处理中心进行大量的存储以及后续的大数据分析，体温传感器材质为硅材料封装或陶瓷封装。

本实用新型工作原理：如图3所示，在牲畜舍内及出入通道安装RFID读写器，当传感器进入到RFID读写器天线范围时，传感器的天线接收射频能量并存储于电源模块中，当电源能量达到整个电路的供电值时，启动中央处理模块工作，中央处理模块启动后，采集氮掺杂碳纳米管温度传感材料的温度模拟信号，A/D转换模块将温度模拟信号转换成温度数字信号并传输给中央处理模块，同时，中央处理模块读取存储模块中的传感器编号，并将传感器编号和温度数字信号按照据数据格式规则，组合成信息数据传输给RFID读写器，并最终写入数据存储中心。

本实用新型的有益效果：1、由于体温传感器采用氮掺杂碳纳米管温度传感材料制成的感温元件，因此体积小、灵敏度高，检测误差在±0.1℃；2、体温传感器利用射频识别技术RFID进行非接触双向通讯，体积小，米粒式注射牲畜体内，能有效地避免牲畜体温受环境的影响，且不影响牲畜健康；3、体温传感器RFID天线接收的射频能量转换为电能，为体温传感器提供工作电压，因此无需额外提供电源。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。