集成温度传感器的有源电子标签设计

集成温度传感器的有源电子标签设计

集成温度传感器的有源电子标签设计

张欣露，吴勇，任健，刘智键

（中国矿业大学（北京）机电学院，北京１０００８３）

摘

要：针对矿井下环境温度在线检测的要求，设计了一种集成了有源ＲＦＩＤ射频识别芯片与温

度传感器的在线温度检测装置．简要论述了该有源电子标签的硬件结构和软件设计。该装置能够定时采集并无线传输井下工作面的温度值。测试结果表明，该装置携带方便、工作稳定可靠。

关键词：ＲＦＩＤ；温度传感器；ＤＳｌ８８２０；无线传输

中图分类号：ＴＮ９８

文献标识码：Ａ

Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｃｔｉｖｅ

ＺＨＡＮＧ

（Ｓｃｈｏｏｌ

ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ

Ｘｉｎ

ＲＦＩＤ

Ｌｕ，ＷＵ

ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

Ｙｏｎｇ，ＲＥＮ

ｓｅｎｓｏｒ

Ｊｉａｎ，ＬＩＵＺｈｉＪｉａｎ

ｏｆ

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｍｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）

ｄｅｃｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ

ａｒｅ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｒｅｑｕｅｓｔｏｆｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎ－ｌｉｎｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅｍｉｎｅ，ａｏｎ－ｌｉｎｅｔｈａｔｉｎｔｅｇｒａｔｅｔｈｅａｃｔｉｖｅＲＦＩＤａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

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ｆａｃｅ．Ｔｅｓｔｓｓｈｏｗｔｈｅ

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ｐｅｒｆｏｒｍ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＲＦＩＤ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒ；ＤＳｌ８８２０；ｗｉｒｅｌｅｓｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ

射频识别ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ

Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ

Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技术

１系统的硬件结构及工作过程

在硬件结构上，集成温度传感器的有源电子标签主要由无线射频模块、天线、微控制器（ＭＣＵ）、传感器、电源模块组成。其硬件结构图如图ｌ所示。

是近年来开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术。该技术以非接触式、存储容量大、识别速度快、距离远、可多卡识别等优点而得到了越来越广泛的应用【１１。随着ＲＦＩＤ技术成熟与ＲＦＩＤ标签成本的下降。逐步呈现一些具有实际应用价值的发展趋势．其中之一是ＲＦＩＤ与温度传感器相结合１２１。目前在矿井生产安全监测监控系统中，普遍是用电缆线传输采集到的温度值，而电缆线很容易被拉脱、拉断、擦破，从而引起电火花触发瓦斯而引发矿难。把温度传感器与ＲＦＩＤ技术结合起来，不仅可以进行自动识别，而且可以形成一种串行数据采集无线传输的方式，使得整个检测装置体积很小．并且省去了大量的布线工作。该装置可以安装在矿工的头盔上。利于实时监测，减少了实际测温中的干扰，使其可靠性及精度有了很大的提高１３１。

本文从硬件结构和软件结构两方面阐述了集成温度传感器有源电子标签的研发设计，该有源电子标签通过调试，能够稳定可靠地检测到温度值，并且进行无线通信。

图ｌ有源电子标签硬件组成

当电子标签上电后，首先对无线射频模块及传感器进行初始化，完成射频芯片中的射频收发器的收发地址、收发频率、发射功率、无线传输速率、无线收发模式以及ＣＲＣ校验的长度和有效数据长度等信息的设置。然后微控制器把传感器定时采集到的数据通过通信接

《微型机与应用》２０１０年第３期欢迎网上投稿ＷＷＷ．ｐｃａｃｈｉｎａ．ｃｏｍ

２９

集成温度传感器的有源电子标签设计

ＩＳ．２１

口发送给射频芯片，射频芯片再通过发射模式发送出去ｆ４１。１．１片上芯片ＣＣ２４３０

ＣＣ２４３０包含了１个高性能２．４ＧＨ２的直接序列扩频（ＤＳｓｓ）射频收发器核心和１个工业级小巧高效的８０５１控制器，在单个芯片上整合了射频ｆＲＦ）前端、内存和微控制器。它具有以下特点：（１）使用１个８位ＭＣＵ（８０５１），具有３２／６４／１２８ＫＢ可编程Ｆｌａｓｈ和８ＫＢ的ＲＡＭ；（２）极高的接收灵敏度和抗干扰性能；（３）具备在各种供电方式下的数据保持能力；（４）只需极少的外接元件；（５）电流消耗小（当微控制器内核运行在

３２ＭＨｚ时，Ｒｘ为２７ｍＡ．Ｔｘ为２５

ｖＤＤ

ｍＡ），特别适合要求电池寿命非常长的应用ＬｓＩ场合。

１．２温度传感器ＤＳｌ８８２０简介

ＤＳｌ８８２０是ＤＡＬＬＡＳ公司生产

的单线式数字温度传感器，它具有３引脚ＴＯ一９２小封装体积，其不锈钢外壳封装形式可以防水防潮，适合恶劣的现场温度检测。其温度测量范围为一５５。Ｃ～＋１２５。Ｃ，可编程为９位，１２位Ａ／Ｄ转换精度，测温分辨率可达

０．０６２５℃…。其内部结构图如图２所示。

存储器和控制器

一

，

图３

７

ＤＳｌ８８２０与ＣＣ２４３０的硬件接口连接图

２．２

ＤＳｌ８８２０的工作时序及软件流程

ＤＳｌ８８２０单线通信功能是分时完成的，它有严格的

时隙概念，因此，系统对ＤＳｌ８８２０的各种操作必须按协议进行。其采集程序流程图如图５所示。２．３测温结果

）标签的ＩＤ号，ＩＤ号由６４

一漏席灵敏元件匕Ｊ循｛舅斛悖照啊Ｊ埔雠ＭⅨ自ｔ

１

ＣＣ＇２４３ｆｆｌ刃始化

初始化ＤＳｌ８８２０

，

一一

弋７

６４位ＲＯＭ

Ｉ

★。Ⅷ。

上

专

ｌ∑

电

源检测

和

两述ｊ爱存存储器

上

７ｌ

ＩＬ

０

发跳过ＲＯＭ命令ＣＯｔ

单线接口

８位ＣＲＣ

＝一高温触发器ＴＨ

一配置寄存器ｌ

设置主时钟晶振、射频能鼍、输入输｛ｆ｛口、初始化串ｕ、初始化简单的数据包装协议

０

发温度转换命令４４Ｈ

生成器

１．

温度传感器

件连接非常简单，如图

ＤＳｌ与Ｂ蒜２接Ｃ的设计０

玄，＾，●ｒ如一

ｊ

等待转换

１

８＜／划断是发送模式？、—＿］与芯片的硬

所示。由于它将地址

进入发送模式

＼／

“

』－

进入接收模式

线、数据线和控制线合为一根双向串行传输

号到‘

』

三：＝易３ｉ磊ｊ芸孑毛。襄：“…¨““一”。“…

２系统的软件结构

＾Ｊ

的信号线．可以单独辐制．因此只需占用

发跳过ＲＯＭ命令ＣＣＨ

ｌ

调用测温函数

ｉ

调用接收函数

０

发数据读取命令ＢＥＨ

■

色１柔萎霉蓑罴主要由主程序、初始化－Ｔ－程

序、数据采集子程序、无线通信子程序、串口通信子程序５部分组成。其中的无线通信子程序分为发送模式和接收模式，系统工作流程图如图４所示。

３０

ｉ

Ｊｒ

按协议将标签ＩＤ号、测温值打包发送

图４

ｌＪｒ

调用串口甬数发送

到ＰＣ机显尔

读存储器将数据存入

缓冲区

上

数据处理

系统工作流程图图５温度采集程序流程图

（下转第３４页）

《微型机与应用》２０１０年第３期

集成温度传感器的有源电子标签设计

系统整体效率较高。

本文将压缩支付和批处理支付的思想融入到压缩型电子现金系统中，给出了运用这种思想的可靠电子现金方案，基于ＣＬ签名构建了一种安全高效的可分电子现金系统。但是，ＣＬ签名不支持并发签名，所以，提款协议必须按序进行。目前，在安全的压缩型电子现金系统中，设计并行取款的新型系统是下一步研究方向。参考文献【１】

ＮＡＫＡＮＩＳＨＩａｂｌｅ

Ｔ，ＳＨｌ０ＴＡ

Ｍ，ＳＵＧＩＹＡＭＡ

ｗｉｔｈ

ｕｓｅｒ’ｓ

ｏｎ

ｇｒｏｕｐｓｉｇｎａｔｕｒｅｓｃｈｅｍｅｓ．ＩｎＡＣＩＳＰ，２００３：２３７—２４８．Ｍ

【８】ＡＵ

ｆｒｏｍ

Ｈ，ＷＵ

Ｑ，ＳＵＳＩＬＯＷ，ｅｔａ１．Ｃｏｍｐａｃｔｅ－ｃａｓｈ

ｂｏｕｎｄｅｄ

ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ．ＩｎＣ’ｒ－ＲＡＳ．２００７．

【９】ＴＥＲＡＮＩＳＨＩ

诵ｔｌｌ

２００６．

ａ

Ｉ，ＳＡＫＯＫ．Ｋ－ｔｉｍｅｓ

ｐｒｏｖｉｎｇｃｏｓｔ．Ｉｎ

ａｎｏｎｙｍｏｕｓ

Ｐｕｂｌｉｃ

Ｋｅｙ

ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ

ｃｏｎｓｔａｎｔ

Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ．

【１０】ＣＡＭＥＮＩＳＣＨＡＮＤＪ，Ｉ．ＹＳＹＡＮＳＫＡＹＡ九Ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓｃｈｅｍｅ－

ｓａｎｄ

ｕｎｌｉｎｋ－

ａｎｏｎｙｍｏｕｓ

ｃｒｅｄｅｎｔｉａｌｓ

ｆｒｏｍ

ｂｉｌｉｎｅａｒ

ｍａｐｓ

ｔＪ］．Ｉｎ

Ｙ．Ａｎ

ＣＲＹＰｌＤ．２００４（３１５２）：５６－－７２．【ｌｌ】ＡＵ

Ｍ

Ｈ，ＳＵＳＩＬＯＷ，ＭＵＹ．Ｃｏｎｓｔａｎｔ－ｓｉｚｅＤｙｎａｍｉｃｋ－

ＳＣＮ２００６，ｖｏｌｕｍｅ４１１６

ｏｆＬＮＣＳ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ－

ｄｉｖｉｓｉｂｌｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃａｓｈｌｅｓｓ

ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ

ＴＡＡ【Ｃ】．Ｉｎ

ｕｓｉｎｇａｃｔｉｖｅｔｒｕｓｔｅｅｓ［Ｃ］．ＩＳＩＴＡ

Ｓ，ＧＯＵＧＥＴ

２００２，２００２．

Ｖｅｒｌａｇ，２００６．

Ｅ．Ａａｎｄ

【２】ＣＡＮＡＲＤ

Ａ，ＨＵＦＳＣＨＭＩＴｒ

Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ

ｈａｎｄｙ

Ｎｅｔｗｏｒｋ

【１２】ＢＯＮＥＨ

Ｄ，ＢＯＹＥＮＸ．Ｓｈｏｒｔ

ＥＵＲＯＣＲＹＰＴ

ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓｗｉｔｈｏｕｔｒａｎｄｏｍ２００４，Ｂｅｒｌｉｎ，１．２ｑＣＳ

ｏ－

ｍｕｌｔｉ—ｃｏｕｐｏｎ

ｓｙｓｔｅｍ叨．Ａｐｐｌｉｅｄ

ｒａｃｌｅｓ【Ｃ】．Ｉｎ

３０２７，

Ｓｅｃｕｒｉｔｙ－ＡＣＮＳ

２００６，ＬＮＣＳ，２００６（３９８９）：６６－８１．

Ｓｐｒｉｎｇｅｒ－Ｖｅｒｌａｇ，２００４．

［３】李梦东，杨义先．无可信第三方的离线电子现金匿名性

控制【Ｊ】．电子学报，２００５，３３（３）：４５６—４５８．

［４】费雄伟，李乔良．一个新的安全且高效的电子现金系统

【Ｊ】．计算机应用研究，２００８，２５（５）：１５４３－１５４５．【５】

ＢＲＩＣＫＥＩ工Ｅ，ＧＥＭＭＥＩ工Ｐ，ＫＲＡＶＩ－ＩＺｔｒａｃｉｎｇｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ

ｔｏ

【１３】ＤＯＤＩＳ

Ｙ，ＹＡＭＰＯＬｓＫＩＹＡ．Ａ

ｖｅｒｉｆｉａｂｌｅｒａｎｄｏｍｆｕｎｃｔｉｏｎ

ｗｉｔｈｓｈｏｒｔｐｒｏｏｆｓａｎｄｋｅｙｓ［Ｊ１．ＩｎＰＫＣ２００５，ｖｏｌｕｍｅ３３８６

ｏｆＬＮＣＳ．２００５：４１６—４３１．

【１４】ＩＪＹＳＹＡＮＳＫＡＹＡ

Ｐｓｅｕｄｏｎｙｍ

Ａ，

ＲＷＥＳＴ

Ｒ

Ｌ，ＳＡＨＡＩ

ｉｎ

Ａ，ｅｔ

ａ１．

Ｄ．Ｔｒｕｓｔｅｅ－ｂａｓｅｄ

ｔｈｅ

ｍａｋｉｎｇ

ｏｆｔｈｅ

ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎ

ＳｅｌｅｃｔｅｄＡｒｅａｓ

Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ［Ｊ】，

ａｎｏｎｙｍｏｕｓ

ｃａｓｈａｎｄ

ＬｅｃｔｕｒｅＮｏｔｅｓｉｎ

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ

Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９９（１７５８）：１８４－１９９．（收稿日期：２００９一０９一０６）

ａｎｏｎｙｍｏｕｓｃｈａｎｇｅ【Ｃ】．Ｉｎ

Ｓｉｘｔｈ

Ａｎｎｕａｌ

ＡＣＭ－ＳＩＡＭｆｏｒ

ＳＯＤＡ’９５，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ

Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ

ａｎｄ

ｏｎ

Ｄｉｓｃｒｅｔｅ

Ａｌｇｏ－

作者简介：

岳璐，女，１９８５年生，硕士研究生，主要研究方向：信息安全。

ｒｉｔｈｍｓ．Ｓｏｃｉｅｔｙ１９９５：４５７—４６６．

Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ

Ａｐｐｌｉｅｄ

Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，

【６】

ＣＡＭＥＮＩＳＣＨＣｏｍｐａｃｔ３０２－３２１．

Ｊ，ＨＯＨＥＮＢＥＲＧＥＲＳ，Ｉ。ＹＳＹＡＮＳＫＡＹＡ

Ａ

贾小珠，男，１９６３年生，教授，主要研究方向：信息安全．计算机辅助教育。

茹俊丽，女，１９７０年生，讲师，主要研究方向：计算机及

ｅ－ｃａｇｈ［Ｊ１．ＩｎＥＵＲＯＣＲＹＰｒ，ＬＮＣＳ，２００５（３４９４）：

【７】ＣＡＮＡＲＤ

Ｓ，ＴＲＡＯＲ’Ｅ

Ｊ．Ｏｎｆａｉｒｅ－ｃａｓｈｓｙｓｔｅｍｓｂａｓｅｄ其应用。

（上接第３０页）

位十六进制组成，可以通过软件ＳｍａｒｔＲＦ０４Ｐｒｏｇ进行改写；（２－）实时采集到的温度信息。这两部分通过串口发送到上位机进行实时显示。

本系统软件编程采用单片机Ｃ５１语言，在ＩＡＲ

ｂｅｄｄｅｄ

Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ

Ｅｍ．

ＵＨＦＲＦＩＤ

ｔａｇｓ

ｆｏｒｓｕｐｐｌｙｃｈａｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ叨．ＩＥＥＥＪ．

Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ

Ｍａｇａｚｉｎｅ，２００４，４（８）：ｌ扯１５１．

【２】沈红伟，李力南，陈国华．集成温度传感器的超高频无

源电子标签芯片设计【Ｊ】．微电子学与计算机，２００８，２５（４）：１９２－１９５．

【３】娄朴根，宋文爱．矿井下实时温度监测和无线传输系统

的设计与实现【Ｊ】．仪表技术与传感器，２００７（３）：４４—４６．【４】付炜，马建国．２．４ＧＨｚ射频识别中标签电路设计与实

现【Ｊ】．集成电路应用，２００７（１１）：６１—６４．【５】美国德州仪器．Ｓｍａｒｔ【６】Ｍａｘｉｍ．Ｄａｔａｓｈｅｅｔ

ｍａｘｉｍ２ｉｃ．ｃｏｒｎ．

ＲＦＣＣ２４３０

ＩＤＥ编译环境下进行在线实时调试。

经过调试。本设计达到了预期的结果，发送端每隔

１０ｍｉｎ发送１次标签的ＩＤ号和温度采集数据。接收端

能够正确接收到数据并且通过串口通信发送到上位机进行实时显示。把温度传感器与ＲＦＩＤ芯片结合起来只占很小的空间，满足了小型化、无线传输、实时监测的要求，其可靠性和精度也有了很大的提高，可应用于矿井生产安全监测监控系统中，也可以为易腐坏食品、药品和物流中任何其他对温度敏感的物品采集温度信息。为许多医药诊断试验和程序提供及时的数据。参考文献【ｌ】ＧＬＩＤＤＥＮ

３４

Ｒ，ＢＯＣＫＯＲＩＣＫ

Ｃ．Ｄｅｓｉｇｎ

ｏｆ

ｕｌｔｒａ．１０ｗ

ｃｏｓｔ

Ｐｅｌｉｍｉｎａｒｙ（ｒｅｖ．Ｉ．０１）．２００５．

ｆｏｒ

ＤＳｌ８８２０．［２００９－０８—２７１．ｈｔｔｐ：Ｈｗｗｗ．

（收稿日期：２００９—０９一０４）

作者简介：

张欣露，女，１９８５年生，硕士研究生，研究方向：测试技术与智能化仪器。

《微型机与应用》２０１０年第３期

集成温度传感器的有源电子标签设计

集成温度传感器的有源电子标签设计

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

张欣露， 吴勇， 任健， 刘智键， ZHANG Xin Lu， WU Yong， REN Jian， LIU Zhi Jian中国矿业大学(北京)机电学院,北京,100083微型机与应用

MICROCOMPUTER & ITS APPLICATIONS2010,29(3)

参考文献(6条)

1.GLIDDEN R.BOCKORICK C Design of ultra-low cost UHF RFID tags for supply chain applications 2004(8)2.沈红伟.李力南.陈国华 集成温度传感器的超高频无源电子标签芯片设计[期刊论文]-微电子学与计算机 2008(4)3.娄朴根.宋文爱 矿井下实时温度监测和无线传输系统的设计与实现[期刊论文]-仪表技术与传感器 2007(3)4.付炜.马建国 2.4 GHz射频识别中标签电路设计与实现 2007(11)5.美国德州仪器.Smart RF CC2430 Peliminary(rev.1.01).20056.Maxim Datasheet for DS18B20 2009

本文链接：/Periodical_wxjyyy201003010.aspx

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f2i4.html