专利名称：半有源rfid温度传感器电子标签的制作方法
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(BUSl)相连的控制器，与所述控制器通过命令及数据总线(BUS》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。
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
以下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GO)、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O0)的射频端口通过馈线(101)相连；RFID标签芯 片O0)与控制器(30)之间通过BUSl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00)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GO)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00)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O0)并存储；RFID标签芯片Q0)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O0)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O0)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O0)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Q0)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G0)与RFID 标签芯片O0)之间的数据通信的桥梁，它能把温度传感器G0)产生温度数据转换成RFID 标签芯片O0)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O0)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00)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Rl的一端，电阻Rl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00)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GO)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GO)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、洸、27、沘脚由系 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GO)的第4、5、6、7脚接地；电容Cl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ADClO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Cl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00)供电，由控制器(30)的第9 脚为温度传感器芯片GO)供电。通过对控制器(30)进行编程，使它与温度传感器G0)之 间的接口满足I2C总线的时序要求，从温度传感器00)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00)供电，并断开与温度传感器 芯片^))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00)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00)，当完成 RFID标签芯片00)之间的SPI数据通信后，控制器(30)断开与RFID标签芯片Q0)之间 的SPI通信总线，并且其第17脚停止对RFID标签芯片00)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。
权利要求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(BUSl) 相连的控制器，与所述控制器通过命令及数据总线(BUS》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。
专利摘要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。
文档编号G06K19/077GK201927070SQ201020680148
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者孔令荣, 武岳山, 熊立志, 王振华 申请人:深圳市远望谷信息技术股份有限公司