專利名稱：一種基于rfid的超低功耗無線測溫節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線溫度數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于RFID的超 低功耗無線測溫節(jié)點。
背景技術(shù)：
溫度是工業(yè)控制和倉庫物品儲備等領(lǐng)域中主要的被控參數(shù)。隨著當(dāng)今科技的不斷進步，各個領(lǐng)域?qū)囟葴y量精確度要求的提高，簡單、便捷、成本低的測溫系統(tǒng)越來越受到 關(guān)注?，F(xiàn)有的無線測溫技術(shù)已近突破了傳統(tǒng)的由測溫傳感器，分線器、測溫分機和控制主機 等部件，并由有線電纜、電線進行數(shù)據(jù)傳送的結(jié)構(gòu)局限。傳統(tǒng)的RFID(Radio Frequency Identification)系統(tǒng)只是具備定位被識別的目 標，同時獲取被識別對象相關(guān)數(shù)據(jù)的功能。當(dāng)電子標簽具有感知能力后，它就不再是傳統(tǒng)意 義上的標簽了，而是RFID技術(shù)和無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。雖然這些節(jié)點不具備無 線傳感網(wǎng)絡(luò)自動組網(wǎng)進行無線通信的功能，但是可以使RFID標簽具有無線傳感的功能。近 年來隨著RFID技術(shù)的迅猛發(fā)展，通過射頻識別技術(shù)將無線傳輸與傳感技術(shù)相結(jié)合的方式 來實現(xiàn)無線測溫已經(jīng)實現(xiàn)。當(dāng)前無線測溫系統(tǒng)基本都選用單片機作為主控芯片，另外與射頻收發(fā)芯片和傳感 器共同構(gòu)成無線測溫節(jié)點。由于一般無線測溫節(jié)點都分布放置在倉庫內(nèi)，或是隨著物品移 動，所以都采用主動式標簽作為載體。因此在這種無線測溫系統(tǒng)中，節(jié)點都采用電池供電方 式，以此來減少電源線路的布置，以及更好的消除電信號干擾?，F(xiàn)有技術(shù)中，無線測溫節(jié)點在實際運行過程中，能耗主要來源于無線傳輸，傳感和 數(shù)據(jù)處理這三部分，所以大多數(shù)無線測溫節(jié)點的低功耗設(shè)計都是采用選取硬件低功耗方 式，如低功耗芯片和芯片低功耗的工作模式等來的降低無線測溫節(jié)點整體的功率消耗?，F(xiàn) 有大多數(shù)射頻芯片都有休眠模式、掉電模式等低功耗的工作方式，應(yīng)用中可以設(shè)置這些工 作方式以此來降低功耗，但是傳感器的功耗卻是相對固定的。以已有的無線測溫節(jié)點為例， 采集溫度數(shù)據(jù)最常選用的傳感器是美國DALLAS公司生產(chǎn)的低功耗單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，但是其功耗相對于射頻收發(fā)系統(tǒng)級芯片riRF9E5，傳感器的靜態(tài)功耗占了整個系統(tǒng) 功耗的70%以上，所以研究進一步降低無線測溫節(jié)點功耗，延長電池的使用壽命，減少更換 電池頻率，是一個高效的低功耗無線測溫系統(tǒng)首要考慮的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前無線測溫節(jié)點中低功耗設(shè)計的問題和不足，提供一種 更為高效的基于RFID的超低功耗無線測溫節(jié)點。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的基于RFID的超低功耗無線測溫節(jié)點，包括電池；一溫度傳感器模塊，由超低功耗數(shù)字式溫度傳感器芯片以及其外圍電路構(gòu)成，用 于采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)；
一射頻控制模塊，包括嵌入式微處理器和RFID射頻收發(fā)器，嵌入式微處理器控制和讀取溫度傳感器模塊采集的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，同時進行打包數(shù)據(jù)處理，RFID射頻收發(fā)器將 打包數(shù)據(jù)以射頻信號形式主動發(fā)送給無線測溫系統(tǒng)的閱讀器；其特征在于，還包括一電源管理控制模塊，其電源供電與電池連接，用于根據(jù)用戶定義的溫度采集頻 率和采集時間，控制溫度傳感器模塊以及射頻控制模塊的電源端按照用戶定義的溫度采集 頻率和采集時間與電池接通和斷開。本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的從本發(fā)明的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的基于RFID的超低功耗無線測溫節(jié) 點，充分利用了 RFID技術(shù)在短距離通信方面的優(yōu)勢，設(shè)備構(gòu)成簡單，在具有射頻識別功能 的基礎(chǔ)上還具有溫度測量的功能。本發(fā)明的基于RFID的超低溫?zé)o線溫度測量節(jié)點尤其適 用于部署在倉庫等室內(nèi)場合，可以作為RFID標簽的形式放置在需監(jiān)測的區(qū)域的各監(jiān)測點 或需監(jiān)測的物體表面，由溫度傳感器芯片采集到的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)或物體表面溫度信息能以 數(shù)據(jù)包的形式通過無線射頻傳輸方式立即傳送給閱讀器。閱讀器中包含與無線測溫節(jié)點相 同的射頻接收器，以便更好地接收各個節(jié)點的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)在閱讀器中經(jīng)過簡單處理后通 過串口上傳到上位計算機中。上位機根據(jù)各節(jié)點不同的ID確定相應(yīng)位置的溫度信息，存儲 數(shù)據(jù)并判斷該節(jié)點處溫度是否異常，同時可供后續(xù)數(shù)據(jù)分析處理及相應(yīng)操作。相對于已有的技術(shù)，本發(fā)明的基于RFID的超低功耗無線測溫節(jié)點具有以下特點采用低功耗電源管理控制設(shè)計，根據(jù)具體情況的需要，無線測溫節(jié)點中的溫度傳 感器模塊、射頻控制模塊的電源供電按照用戶定義的溫度采集頻率和采集時間進行接通和 斷開，即控制溫度傳感器模塊、射頻控制模塊工作頻率及工作時間，在非工作時間段內(nèi)完全 關(guān)斷這兩個模塊的電源，以此來進一步地降低無線測溫節(jié)點的能量消耗，有效降低整個系 統(tǒng)的功耗，從而延長了電池的使用周期，使無線測溫節(jié)點的使用壽命更長，能量使用更為高 效。同時，本發(fā)明采用超低功耗數(shù)字傳感器芯片，從硬件方面著手，在元器件本身有效 控制單次采集數(shù)據(jù)的能量消耗。采用無線傳輸方式進行數(shù)據(jù)傳輸，測溫系統(tǒng)中無需布線，節(jié) 省安裝費用，不會監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要可隨意移動，使用壽命長；此外，本發(fā)明為模塊化設(shè)計，裝置簡單，節(jié)點整體尺寸小，安裝方便。


圖1是本發(fā)明基于RFID的超低功耗無線測溫節(jié)點的一種具體實施方式
原理框 圖；圖2是圖1所示的溫度傳感器模塊與射頻控制模塊一種具體實施方式
電路原理 圖；圖3是圖1所示的電源管理控制模塊的電路原理圖；圖4是圖1所示的無線測溫節(jié)點在無線測溫系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計的詳細描述也許會淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時，這些描述在這里將被忽略。
實施例圖1是本發(fā)明基于RFID的超低功耗無線測溫節(jié)點的一種具體實施方式
原理框圖在本實施例中，如圖1所示，基于RFID的超低功耗無線測溫節(jié)點，包括溫度傳感器 模塊1、射頻控制模塊2、電源管理控制模塊3以及電池4。溫度傳感器模塊1由超低功耗數(shù)字式溫度傳感器芯片以及其外圍電路構(gòu)成，用于 采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)；射頻控制模塊2包括嵌入式微處理器201和RFID射頻收發(fā)器202，嵌 入式微處理器201控制和讀取溫度傳感器模塊采集的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，同時進行打包數(shù)據(jù)處 理，然后，RFID射頻收發(fā)器202將打包數(shù)據(jù)以射頻信號形式主動發(fā)送給無線測溫系統(tǒng)的閱 讀器。電源管理控制模塊3的電源VCC與電池4連接，用于根據(jù)用戶定義的溫度采集頻 率和采集時間，控制溫度傳感器模塊1以及射頻控制模塊2的電源V+按照用戶定義的溫度 采集頻率和采集時間與電池接通和斷開，即控制溫度傳感器模塊1、射頻控制模塊2工作頻 率及工作時間，在非工作時間段內(nèi)完全關(guān)斷這兩個模塊的電源，以此來進一步地降低無線 測溫節(jié)點的能量消耗，有效降低整個系統(tǒng)的功耗，從而延長了電池4的使用周期，使無線測 溫節(jié)點的使用壽命更長，能量使用更為高效。圖2是圖1所示的溫度傳感器模塊與射頻控制模塊一種具體實施方式
電路原理圖在本實施例中，如圖2所示，溫度傳感器模塊1采用的超低功耗數(shù)字式溫度傳感 器芯片為TMP102，其封裝體積小，是TI公司推出的業(yè)界最小的低功耗數(shù)字溫度傳感器。 TMP102具備SMBus/雙線串行接口，同時封裝采用了 S0T563 (1. 7 X 1. 7mm)的形式，其包含引 線的高度僅有0. 6毫米，比目前市場上帶引線的其它器件小30%，并且該傳感器還具備SMB 報警功能。TMP102采用“單觸發(fā)”模式，即傳感器在上電時間剛好完成測量，接著隨即回復(fù)斷 電模式，其在關(guān)斷模式下的最大電流僅為luA，工作模式下的最大靜態(tài)電流也僅為10uA，電 源電壓范圍為1.4V 3. 6V。TMP102有一個地址引腳ADD0，它與SDA、SCL、V+和接地引腳配 合使用可生成四個不同的總線地址，這樣就在一條SMBus上最多可以同時支持四個TMP102 溫度傳感芯片。在本實施例中，地址引腳ADD0，即4腳接地，其總線地址為1001000。TMP102 溫度傳感芯片TMP102的SCL、SDA,即1、6腳，并通過上拉電阻與溫度傳感器模塊的供電V+ 相連；電源端，即5腳通過一小于5ΚΩ電阻與溫度傳感器模塊的供電V+，通過一大于IOnF 電容與地GND連接，這種連接構(gòu)成RC濾波，減小電源噪聲干擾；地端，即2腳與地GND連接； ALERT端即3腳，報警功能不使用。在本實施例中，本發(fā)明的基于RFID的超低功耗無線測溫節(jié)點的射頻通信工作 于433MHz頻段，射頻控制模塊2采用nRF9E5射頻芯片。nRF9E5是挪威Nordic VLSI公 司的射頻片上系統(tǒng)級芯片，其內(nèi)置nRF905433/868/915MHz收發(fā)器、8051兼容微控制器和 4輸入10位SOksps A/D轉(zhuǎn)換器，是真正的系統(tǒng)級芯片。內(nèi)置riRF905收發(fā)器可以工作于 ShockBurst (自動處理前綴、地址和CRC)方式；內(nèi)置電壓調(diào)整模塊，最大限度地抑制噪音， 為系統(tǒng)提供1. 9 3. 6V的工作電壓；QFN5X5mm封裝，具有載波檢測，只需要極少的外部元 件。另外，其輸出功率、頻道和其它射頻參數(shù)可通過對射頻配置寄存器編程進行控制。發(fā)射模式下射頻電流消耗為11mA，接收模式下為12. 5mA，也可通過程序控制收發(fā)器的開/關(guān)，以 達到低功耗的目的。HRF9E5符合美國通信委員會和歐洲電信標準學(xué)會的相關(guān)標準的要求， 其功耗低、工作可靠，因此很適用于低功耗要求的短距離無線通信。由于射頻芯片nRF9E5上沒有專門的SMBus/雙線串行接口，所以將溫度傳感器芯 片TMP102的串行接口，即時鐘線SCK和數(shù)據(jù)線SDA引腳分別連接射頻芯片nRF9E5的兩個 I/O引腳，即P0. 3、P0. 4上，用軟件編程來模擬SMBus/雙線串行接口通信協(xié)議。由射頻芯 片nRF9E5內(nèi)部的微處理器通過時鐘線SCK和數(shù)據(jù)線SDA提供溫度傳感器芯片TMP102的溫 度測量控制信號和數(shù)據(jù)讀取信號。圖3是圖1所示的電源管理控制模塊的電路原理圖在本實施例中，電源管理控制模塊3包括
一時鐘芯片301，其時鐘線SCK引腳和數(shù)據(jù)線SDA引腳分別連接到射頻控制模塊 2的兩個I/O引腳，即P0. 5、P0. 6上，用軟件編程來模擬I2C總線的串行接口通信協(xié)議；在 本實施例中，由于射頻控制模塊2采用riRF9E5射頻芯片，而nRF9E5射頻芯片上沒有專門的 I2C總線串行接口，因此，將riRF9E5射頻芯片的兩個I/O引腳，即P0. 5、P0. 6用軟件編程來 模擬I2C總線串行接口通信協(xié)議；時鐘芯片301的電源供電與電池4連接，即電源供電引腳 VCC與電池4正極連接，電池負極與地連接；一低功耗的P溝道場效應(yīng)管302，其G極與時鐘芯片301的中斷輸出引腳INT相 連，S極與電池4正極相連，D極與所述射頻控制模塊2、溫度傳感器模塊1的電源端V+相 連；一觸點開關(guān)K，其一端連接到中斷輸出引腳/INT，另一端連接到地；無線測溫節(jié)點首次啟動時，按動觸點開關(guān)K，此時P溝道增強型場效應(yīng)管302G極得 到一個低電平，S極與D極導(dǎo)通，D極輸出正電壓給射頻控制模塊2和溫度傳感器模塊1，射 頻控制模塊2和溫度傳感器模塊1上電啟動；射頻控制模塊2和溫度傳感器模塊1上電啟動后，射頻控制模塊2中的嵌入式微 處理器將程序數(shù)據(jù)通過與時鐘芯片301的時鐘線SCK引腳和數(shù)據(jù)線SDA加載到時鐘芯片 301上，完成對時鐘芯片301的初始化配置，并將定時時間以倒計數(shù)數(shù)值的形式存入倒計數(shù) 數(shù)值寄存器中，中斷標志位TF置為0。觸點開關(guān)K斷開后，定時器啟動，倒計數(shù)數(shù)值寄存器開始倒計數(shù)，P溝道增強型場 效應(yīng)管302G極變?yōu)楦唠娖?，S極與D極斷開，射頻控制模塊2和溫度傳感器模塊1同時掉 電停止；當(dāng)?shù)褂嫈?shù)結(jié)束時，中斷標志位TF置1，產(chǎn)生低電平中斷信號輸出，該低電平輸出到 P溝道增強型場效應(yīng)管302的G極，同時S極與D極導(dǎo)通，D極輸出正電壓給射頻控制模塊 2和溫度傳感器模塊1，射頻控制模塊2和溫度傳感器模塊1上電開始工作；當(dāng)射頻控制模塊2將數(shù)據(jù)包成功發(fā)送給閱讀器并且收到閱讀器成功接收返回信 號，即無線測溫節(jié)點與閱讀器成功完成一次通信后，射頻控制模塊2中的嵌入式微處理器 給時鐘芯片的倒計數(shù)數(shù)值寄存器重新裝載倒計數(shù)數(shù)值，將時鐘芯片301的中斷標志位TF置 零，時鐘芯片的中斷輸出引腳/INT電平被拉高，P溝道增強型場效應(yīng)管302S極與D極斷開， 射頻控制模塊2和溫度傳感器模塊1停止工作，時鐘芯片301開始進入下一個工作周期。根據(jù)實際需要自定義無線測溫節(jié)點節(jié)點工作頻率，即中斷時間間隔，由存入倒計數(shù)數(shù)值寄存器的倒計數(shù)數(shù)值決定，因此，在本實施例中，中斷時間間隔也就是定時時間。無 線測溫節(jié)點中斷時間間隔內(nèi)不工作，完全處于關(guān)斷狀態(tài)，更大程度上的降低節(jié)點功耗。如圖3所示，在本實施例中，選用低功耗由P溝道增強型場效應(yīng)管BSH205構(gòu)成模 擬開關(guān)，其開啟電壓只有-0. 68V，其漏電流也只有不到1A，功耗不到1W，采用ST023貼片小 封裝。場效應(yīng)管功耗低、動態(tài)范圍大、安全工作區(qū)域?qū)?、熱穩(wěn)定性好、沒有二次擊穿現(xiàn)象，這 些特點尤其適用于做本實施例中的開關(guān)器件。本實施例中，時鐘芯片為飛利浦公司PCF8563，P溝道增強型場效應(yīng)管采用 BSH205。時鐘芯片PCF8563是低功耗的CMOS實時時鐘/日歷芯片，它提供一個可編程時鐘 輸出，一個中斷輸出和掉電檢測器，所有的地址和數(shù)據(jù)通過I2C總線接口串行傳遞，典型工 作電流值為0. 25 u A，工作電壓范圍1. 0 5. 5V，低休眠電流典型值為0. 25 u A。最大I2C 總線速度為400Kbits/s，每次讀寫數(shù)據(jù)后，內(nèi)嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生增量。PCF8563 內(nèi)嵌掉點檢測器可用來實現(xiàn)電池電壓檢測功能，當(dāng)節(jié)點電池電壓慢速降低，達到系統(tǒng)工作 電壓最低值時，秒寄存器中的標志位VL被置1，同時產(chǎn)生中斷，標志位VL只可以用軟件 清除。本實施中，所述場效應(yīng)管的G極與時鐘芯片PCF8563的中斷輸出引腳相連，S極與 電源電池正極相連，D極與所述射頻控制模塊2、溫度傳感器模塊1的V+相連。場效應(yīng)管的 D極做輸出，S極電位固定，控制信號加在G極上，只要G極與S極之間的電壓差滿足要求 了，就能固定D極的輸出電壓，與負載無關(guān)。當(dāng)G極得到由時鐘芯片PCF8563中斷輸出的一 個低電平信號時，S極始終為高，這跟控制信號即G極信號的絕對電位無關(guān)，只要控制信號 與S極的電源電壓之間的差值大于M0S管的門限電壓值，S極與D極導(dǎo)通，D極輸出正電壓 給負載供電。在本實施例中，電源管理控制模塊3的工作過程如下無線測溫節(jié)點首次啟動時， 按動觸點開關(guān)K，此時P溝道增強型場效應(yīng)管G極得到一個低電平，S極與D極導(dǎo)通，D極輸 出正電壓給射頻控制模塊2和溫度傳感器模塊1 ；射頻控制模塊2和溫度傳感器模塊1上 電開始工作；射頻控制模塊2和溫度傳感器模塊1開始工作后，射頻控制模塊2中的嵌入式微 處理器將程序數(shù)據(jù)通過與時鐘芯片PCF8563時鐘線SCK引腳和數(shù)據(jù)線SDA加載到時鐘芯片 PCF8563上，對時鐘芯片PCF8563中控制/狀態(tài)寄存器1、控制/狀態(tài)寄存器2、定時器控制 寄存器以及定時器倒計數(shù)數(shù)值寄存器的配置，完成對芯片PCF8563的初始化設(shè)置。初始化 時將0x00寫入控制/狀態(tài)寄存器1，即時鐘芯片PCF8563工作在普通模式，并且時鐘芯片時 鐘運行，電源復(fù)位功能失效。向控制/狀態(tài)寄存器2寫入0x01，即芯片TF和/INT同時有 效，關(guān)閉報警功能，并且定時器中斷有效，中斷標志位TF為0，當(dāng)定時器標志位TF為1時便 產(chǎn)生一個中斷。定時器倒計數(shù)數(shù)值寄存器由定時器控制寄存器控制，定時器控制寄存器用 于設(shè)定定時器有效或無效，以及設(shè)定定時器的頻率，在本實施例中，因為定時時間較長所以 選用l/60Hz頻率，寫入值為0x83。在定時器倒計數(shù)數(shù)值寄存器中寫入中斷間隔時間，即產(chǎn) 生兩次中斷輸出的間隔時間，每次定時器倒計數(shù)結(jié)束時標志位TF被置邏輯1，定時器標志 位TF只可以用軟件清除，標志位TF用于產(chǎn)生一個中斷信號。每次無線測溫節(jié)點工作時，嵌入式微處理器都讀取秒寄存器中標志位VL，一旦電 池電壓降低到無線測溫節(jié)點工作電壓最低值時，時鐘芯片PCF8563的秒寄存器中的標志位VL被置1，標志位VL只能用軟件清除，同時也產(chǎn)生一個中斷輸出信號。每次采集溫度 數(shù)據(jù)時，嵌入式微處理器讀取標志位VL，當(dāng)其為1時，則將該值寫入數(shù)據(jù)包中，隨采集到的 溫度數(shù)據(jù)一起發(fā)送給閱讀器，以通知后方控制人員更換電池，避免應(yīng)電量不足產(chǎn)生錯誤數(shù) 據(jù)。若讀取到的標志位VL為0時，電池電壓正常，則無線測溫節(jié)點可以正常進行工作。圖4是圖1所示的無線測溫節(jié)點在無線測溫系統(tǒng)中的應(yīng)用示意圖在本實施中，如圖4所示，本發(fā)明的基于RFID的超低功耗無線測溫節(jié)點具體應(yīng)用 在無線溫度測量系統(tǒng)時，在各測量區(qū)域內(nèi)需要測量的測點或被測物體上放置無線測溫節(jié) 點，每個節(jié)點都有自己的ID，同時每個閱讀器也有自己的ID。無線測溫系統(tǒng)設(shè)置還包括閱 讀器和上位計算機，這里所述的節(jié)點即超低功耗無線測溫節(jié)點，實現(xiàn)對其周圍環(huán)境溫度的 自動測量、溫度數(shù)據(jù)的無線傳輸和節(jié)點電池電量檢測，測量時間間隔可以預(yù)先設(shè)置。無線測 溫節(jié)點將得到的溫度數(shù)據(jù)進行簡單處理后打包，以主動工作方式傳輸給指定的閱讀器，閱 讀器將接收到的數(shù)據(jù)進一步處理后再上傳給上位計算機。測量區(qū)域內(nèi)的各閱讀器是連接無線測溫節(jié)點和上位計算機之間的橋梁，一方面閱 讀器的射頻發(fā)射器和無線測溫節(jié)點的射頻發(fā)射器之間構(gòu)成無線射頻通訊連接。另一方面閱 讀器利用串行接口通訊協(xié)議通過串口，將測溫節(jié)點測量到的溫度數(shù)據(jù)傳輸給上位計算機做 進一步的處理。上位計算機上運用相應(yīng)的后臺處理軟件，將上傳的溫度數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進行處理， 利用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)判斷溫度變化趨勢，經(jīng)過分析運算得出是否需要調(diào)整溫控系統(tǒng)的預(yù)警。 一旦判斷出需要調(diào)整溫控系統(tǒng)，后臺軟件還可以通過上傳數(shù)據(jù)中的無線測溫節(jié)點ID信息 給出需要調(diào)整的區(qū)域定位。本發(fā)明實施例中的結(jié)構(gòu)設(shè)置可以使系統(tǒng)技術(shù)指標達到室內(nèi)無線通訊距離最遠達 到80米，并且能夠有效的降低系統(tǒng)功耗，同時在更大程度上減小了電路板的尺寸，使得測 溫節(jié)點在不損失其功能效果的基礎(chǔ)上體積更加小巧。盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式
進行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人 員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式
的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變 化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。
權(quán)利要求
一種基于RFID的超低功耗無線測溫節(jié)點，包括電池；一溫度傳感器模塊，由超低功耗數(shù)字式溫度傳感器芯片以及其外圍電路構(gòu)成，用于采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)；一射頻控制模塊，包括嵌入式微處理器和RFID射頻收發(fā)器，嵌入式微處理器控制和讀取溫度傳感器模塊采集的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，同時進行打包數(shù)據(jù)處理，RFID射頻收發(fā)器將打包數(shù)據(jù)以射頻信號形式主動發(fā)送給無線測溫系統(tǒng)的閱讀器；其特征在于，還包括一電源管理控制模塊，其電源供電與電池連接，用于根據(jù)用戶定義的溫度采集頻率和采集時間，控制溫度傳感器模塊以及射頻控制模塊的電源端按照用戶定義的溫度采集頻率和采集時間與電池接通和斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID的超低功耗無線測溫節(jié)點，其特征在于，所述的電源管 理控制模塊包括電源管理控制模塊包括一時鐘芯片，其時鐘線SCK引腳和數(shù)據(jù)線SDA引腳分別連接到射頻控制模塊的兩個1/ 0引腳，用軟件編程來模擬射頻控制模塊的兩個I/O引腳的I2C總線的串行接口通信協(xié)議； 時鐘芯片的電源供電與電池連接；一低功耗的P溝道場效應(yīng)管，其G極與時鐘芯片的中斷輸出引腳相連，S極與電池正極 相連，D極與所述射頻控制模塊、溫度傳感器模塊的電源端相連； 一觸點開關(guān)，其一端連接到中斷輸出引腳，另一端連接到地；無線測溫節(jié)點首次啟動時，按動觸點開關(guān)，此時P溝道增強型場效應(yīng)管G極得到一個低 電平，S極與D極導(dǎo)通，D極輸出正電壓給射頻控制模塊和溫度傳感器模塊，射頻控制模塊和 溫度傳感器模塊開始工作；射頻控制模塊和溫度傳感器模塊開始工作后，射頻控制模塊中的嵌入式微處理器將程 序數(shù)據(jù)通過與時鐘芯片時鐘線SCK引腳和數(shù)據(jù)線SDA加載到時鐘芯片上，完成對時鐘芯片 的初始化配置，并將定時時間以倒計數(shù)數(shù)值的形式存入倒計數(shù)數(shù)值寄存器中，中斷標志位 TF置為0。觸點開關(guān)斷開后，定時器啟動，倒計數(shù)數(shù)值寄存器開始倒計數(shù)，P溝道增強型場效應(yīng)管 G極變?yōu)楦唠娖?，S極與D極斷開，射頻控制模塊和溫度傳感器模塊同時掉電停止；當(dāng)?shù)褂嫈?shù)結(jié)束時，中斷標志位TF置1，產(chǎn)生低電平中斷信號輸出，該低電平輸出到P溝 道增強型場效應(yīng)管的G極，同時S極與D極導(dǎo)通，D極輸出正電壓給射頻控制模塊和溫度傳 感器模塊，射頻控制模塊和溫度傳感器模塊上電開始工作；當(dāng)射頻控制模塊將數(shù)據(jù)包成功發(fā)送給閱讀器并且收到閱讀器成功接收返回信號，射頻 控制模塊中的嵌入式微處理器給時鐘芯片的倒計數(shù)數(shù)值寄存器重新裝載倒計數(shù)數(shù)值，將時 鐘芯片的中斷標志位置零，時鐘芯片的中斷輸出引腳電平被拉高，P溝道增強型場效應(yīng)管S 極與D極斷開，射頻控制模塊和溫度傳感器模塊停止工作，時鐘芯片開始進入下一個工作 周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于RFID的超低功耗無線測溫節(jié)點，其特征在于，時鐘芯片 內(nèi)嵌有掉點檢測器，用來實現(xiàn)電池電壓檢測功能，當(dāng)電池電壓慢速降低，達到系統(tǒng)工作電壓最低值時，時鐘芯片的秒寄存器中的標志位VL被置1，同時產(chǎn)生中斷； 每次采集溫度數(shù)據(jù)時，嵌入式微處理器讀取標志位VL，當(dāng)其為1時，則將該值寫入數(shù)據(jù) 包中，隨采集到的溫度數(shù)據(jù)一起發(fā)送給閱讀器，以通知后方控制人員更換電池，避免應(yīng)電量 不足產(chǎn)生錯誤數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于RFID的超低功耗無線測溫節(jié)點，根據(jù)具體情況的需要，可以控制無線測溫節(jié)點中的溫度傳感器模塊、射頻控制模塊按照用戶定義的溫度采集頻率和采集時間進行接通和斷開，在非工作時間段內(nèi)完全關(guān)斷這兩個模塊的電源，以此來進一步地降低無線測溫節(jié)點的能量消耗，有效降低整個系統(tǒng)的功耗，從而延長了電池的使用周期，使無線測溫節(jié)點的使用壽命更長，能量使用更為高效。采用無線傳輸方式進行數(shù)據(jù)傳輸，測溫系統(tǒng)中無需布線，節(jié)省安裝費用，不會破壞監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要可隨意移動，使用壽命長；此外，本發(fā)明為模塊化設(shè)計，裝置簡單，節(jié)點整體尺寸小，安裝方便。
文檔編號G08C17/02GK101853565SQ20101017605
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者劉震, 滿翔, 田書林, 龍兵 申請人:電子科技大學(xué)