一种低功耗的RFID温度传感标签

1.一种低功耗的RFID温度传感标签，其特征在于：由无源唤醒模块和有源温度传感模块组成，其中，无源唤醒模块包括能量获取电路、信号校验电路和电源管理电路；有源温度传感模块包括电池电源、电源开关、微控制器、温度数据采集和射频前端；所述能量获取电路感应外部信号，产生的感应电源经电源管理电路后作为信号校验电路的工作电源，信号校验电路对获取的外部信号进行校验，产生的控制信号控制电源开关的状态，电池电源通过电源开关加至微控制器和温度数据采集，温度数据采集获取的温度信息返回至微控制器，微控制器通过射频前端发射信号。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗的RFID温度传感标签，其特征在于：所述无源唤醒模块采用MLX90129芯片，信号校验电路内置于MLX90129芯片中，能量获取电路由线圈天线与MLX90129芯片的相应管脚连接，由线圈天线和MLX90129芯片内的部分电路组成，接收低频信号。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗的RFID温度传感标签，其特征在于：所述信号校验电路包括解调电路和低功耗逻辑电路。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗的RFID温度传感标签，其特征在于：所述电源管理电路包括滤波和稳压电路，由电阻、电容构成，提供信号校验电路的工作电源。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗的RFID温度传感标签，其特征在于：所述电源开关采用MOS管，其栅极由无源唤醒模块控制连接，源极、漏极连接于有源温度传感模块。
6.根据权利要求1所述的一种低功耗的RFID温度传感标签，其特征在于：所述有源温度传感模块采用基于ZIGBEE的CC2430芯片，所述射频前端和微控制器内置于芯片中，可收发超高频信号。
7.根据权利要求1所述的一种低功耗的RFID温度传感标签，其特征在于：所述温度数据采集采用DS1820温度传感器，与CC2430芯片的相应管脚连接。
8.根据权利要求6所述的一种低功耗的RFID温度传感标签，其特征在于：所述的射频前端还外接有线圈天线，用于信号收发。

一种低功耗的RFID温度传感标签\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及RFID(无线射频识别)标签技术，特别是涉及具备RFID温度传感功能标签的低功耗问题，即RFID温度传感标签的使用寿命问题。\n背景技术\n[0002] 伴随着有源RFID(无线射频识别)技术和应用的迅猛发展，基于有源RFID技术的温度传感系统在冷链物流中得到重要应用，目前RFID应用在许多的敏感或贵重商品领域，如移植用器官、医疗用血液、骨髓、疫苗、药品以及名贵酒品、贵重花卉、高价值海产品等。\n除了在敏感领域和贵重领域的应用，运输距离越长和周转次数越多的物流冷链监视系统，RFID的应用需求也在相应增加。由于有源RFID温度标签的供电电池容量有限，必须采取有效的低功耗技术才能延长其使用寿命，降低其使用成本。标签的功耗不但取决于所使用芯片本身的功耗，更取决于系统级的低功耗设计方法，特别是利用标签低频唤醒激活方法，控制标签的有效工作状态，可大大降低标签的动态功耗，延长其寿命。\n[0003] 为了获得更长的温度标签使用寿命，各无线通信芯片和设备厂商采用了多种降低功耗的方法，例如精心设计低功耗的标签收发模块，设置不同功率的标签工作模式和休眠状态，采用多个不同频率和不同功耗的时钟等等。毫无疑问，这些技术极大的延长了工作时间。但是，这些低功耗技术都局限于对无线设备本身的性能开发。采用无线唤醒的RFID温度传感标签，不但能延长设备工作时间，且能使得整个RFID温度采集系统对于用户显得更加可控，处于主控端的用户可以自己决定任何时候进行远程数据采集，而不必等待远程无线节点的自发唤醒。\n实用新型内容\n[0004] 本实用新型的目的是提供一种低功耗的RFID温度传感标签，该RFID温度传感标签可大大延长使用寿命。\n[0005] 实现上述目的所采用的技术方案是：一种低功耗的RFID温度传感标签，由无源唤醒模块和有源温度传感模块组成，其中，无源唤醒模块包括能量获取电路、信号校验电路和电源管理电路；有源温度传感模块包括电池电源、电源开关、微控制器、温度数据采集和射频前端；所述能量获取电路感应外部信号，产生的感应电源经电源管理电路后作为信号校验电路的工作电源，信号校验电路对获取的外部信号进行校验，产生的控制信号控制电源开关的状态，电池电源通过电源开关加至微控制器和温度数据采集，温度数据采集获取的温度信息返回至微控制器，微控制器通过射频前端发射信号。\n[0006] 所述无源唤醒模块采用MLX90129芯片，信号校验电路包括解调电路和低功耗逻辑电路，均内置于MLX90129芯片中，能量获取电路由线圈天线与MLX90129芯片的相应管脚连接，由线圈天线和MLX90129芯片内的部分电路组成，接收低频信号。\n[0007] 所述信号校验电路包括解调电路和低功耗逻辑电路。\n[0008] 所述电源管理电路包括滤波和稳压电路，由电阻、电容构成，与MLX90129芯片指定管脚连接，稳定天线线圈感应产生的不稳定电流，作为信号校验电路的工作电源。\n[0009] 所述电源开关采用MOS管，其栅极由无源唤醒模块控制连接，源极、漏极连接于有源温度传感模块。\n[0010] 所述有源温度传感模块采用基于ZIGBEE的CC2430芯片，内含射频前端和微控制器，可收发超高频信号。\n[0011] 所述有源温度传感模块中的温度数据采集采用DS1820温度传感器，与CC2430芯片的相应管脚连接。\n[0012] 所述的射频前端还外接有线圈天线，用于信号收发。\n[0013] 本实用新型工作时，通过读写器发射低频信号，通过无源模块控制电源开关，唤醒有源温度传感模块，进行温度数据的实时采集与传输；不工作时，切断电源开关，有源温度传感模块立即进入深度睡眠状态，即断电状态，标签功耗为0，大大延长标签使用寿命。\n附图说明\n[0014] 图1为本实用新型温度传感标签的结构框图；\n[0015] 图2为本实用新型温度传感标签的工作流程图。\n具体实施方式\n[0016] 本实用新型提供的一种低功耗的RFID温度传感标签，读写器通过发送唤醒信号，激活无源唤醒模块工作，通过控制电源开关控制有源温度传感模块工作。在有源温度传感模块在已完成温度数据的传输的情况下，若停止发送唤醒信号，标签立即进入断电状态，转入深度睡眠；若唤醒信号不停止，则有源模块进入半休眠模式。实现功耗消耗最低，极大的提高标签的使用寿命。\n[0017] 下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。\n[0018] 如图1所示，为本实用新型温度传感标签的结构框图。本实用新型RFID温度传感标签，由无源唤醒模块和有源温度传感模块组成，其中，无源唤醒模块包括：能量获取电路、信号校验电路、电源管理电路。有源温度传感模块包括：电池电源、电源开关、微控制器、温度数据采集、射频前端。能量获取电路感应外部信号，产生的感应电源经电源管理电路后作为信号校验电路的工作电源，信号校验电路对获取的外部信号进行校验，产生的控制信号控制电源开关的状态，电池电源通过电源开关加至微控制器和温度数据采集，温度数据采集获取的温度信息返回至微控制器，微控制器通过射频前端发射信号。\n[0019] 本实用新型无源唤醒模块采用MLX90129芯片，信号校验电路包括解调电路和低功耗逻辑电路，均内置于MLX90129芯片中，能量获取电路由线圈天线与MLX90129芯片的相应管脚连接，由线圈天线和MLX90129芯片内的部分电路组成，接收低频信号。\n[0020] 本实用新型电源管理电路包括滤波和稳压电路，由电阻、电容构成，与MLX90129芯片指定管脚连接，稳定天线线圈感应产生的不稳定电流，作为信号校验电路的工作电源。\n[0021] 本实用新型电源开关采用MOS管，其栅极由无源唤醒模块控制连接，源极、漏极连接于有源温度传感模块。\n[0022] 本实用新型有源温度传感模块采用基于ZIGBEE的CC2430芯片，内含射频前端和微控制器，可收发超高频信号。\n[0023] 本实用新型有源温度传感模块中的温度数据采集采用DS1820温度传感器，与芯片CC2430的相应管脚连接。\n[0024] 本实用新型的射频前端还外接有线圈天线，用于信号收发。\n[0025] 本实用新型的工作原理为：MLX90129芯片外设的线圈天线接收读写器发送的唤醒信号，感应产生一定电压的电源，电源经电源管理电路滤波稳压作为芯片内部信号校验电路的工作电源，同时MLX90129芯片产生的控制信号使MOS管导通，电池电源通过MOS管为温度传感器DS1820和CC2430芯片提供工作电压，温度传感器DS1820工作，返回温度信息给CC2430芯片，通过CC2430芯片的射频前端上的线圈天线进行信号发送。\n[0026] 若读写器停止发送唤醒信号，MLX90129芯片因没有感应到信号，所以无法产生感应电源，MOS管关断，有源温度传感模块进入断电状态，转入深度睡眠；若唤醒信号不停止，而读写器已经在信息获取完毕后向CC2430芯片发送通信结束信号，CC2430芯片在收到结束信号后转入半休眠模式。实现功耗消耗超低，可极大的提高标签的使用寿命。\n[0027] 详细的工作流程如图2所示，\n[0028] 步骤1：读写器发送带校验码的13.56M唤醒信号f，基于MLX910129芯片的标签无源模块天线接收到频率为f的信号，并谐振。\n[0029] 步骤2：谐振波则经过整流电路整流和电压调整，后输出直流电压供电。无源唤醒模块中的电源管理电路对供电的直流电压进行判断，若强度不够则返回步骤1中的天线谐振，若强度满足工作需求则提供直流电压给无源唤醒模块其它电路使用。\n[0030] 步骤3：MLX910129芯片内部的时钟产生电路抽取载波时钟提供给其内部的低功耗逻辑电路、解调电路。解调电路对接收信号进行解调送入低功耗逻辑电路。\n[0031] 步骤4：低功耗逻辑电路读取存储器中的数值与解调数据进行校验，若校验为否则返回步骤1，若校验通过则产生控制信号。\n[0032] 步骤5：控制信号置为高电平，MOS开关管栅极电压达到开启电压，MOS开关管导通，MOS开关管漏极电压跟随电池电压，基于CC2430芯片有源温度传感模块上电，指示灯亮灯。\n[0033] 步骤6：有源温度传感模块启动，有源模块进入上电初始化状态，对温度传感器信号进行采集，标签处于收发状态，在此期间待机信号置为高电平。读写器与过收发信号进行通信，通信建立后读写器停止发送唤醒信号f，控制信号为低电平，若通信建立失败返回步骤1。\n[0034] 步骤7：有源模块从CC2430芯片中的存储器中读出标签ID，通过射频发射端及天线发射F(2.4G)频率发送ID信号与读写器通信。读写器接收标签ID后，发回确认信息。标签与读写器在F频率建立通信，传送采集的温度数据T。\n[0035] Temperature＝d1+d2·SOT\n[0036] \n[0037] 表8 温度转换系数\n[0038] 在极端工作条件下测量温度时，可使用进一步的补偿算法以获取高精度。\n[0039] 步骤8：读写器在信息获取完毕后向标签发送通信结束信号end。\n[0040] 步骤9：标签微控制器收到end后，转入半休眠模式，微控制器将待机信号置为低电平，指示灯变暗。\n[0041] 步骤10：MOS开关管栅极电压为低，MOS开关管关断，有源部分停止工作转入深度休眠模式，指示灯熄灭。如需再次进行采集温度数据，读写器可以再次发送唤醒信号。