CN104899638A - 无源射频识别温度标签 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无源射频识别温度标签。所述无源射频识别温度标签包括：温差发电片，其具有冷端和热端；无源射频识别温度子标签，其与所述冷端连接，用于测量所述冷端的温度；子标签外温度传感芯片，其与所述发热设备接触，用于测量所述发热设备的温度；以及电源管理芯片，所述电源管理芯片用于将所述温差发电片产生的不稳定电压转换成稳定电压，以对无源射频识别温度子标签和所述子标签外温度传感芯片供电。本发明的无源射频识别温度标签可利用温差发电片所提供的能量进行工作，因此获取能源的成本较低且可靠性较高。此外，可靠性较高，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别及无源无线温度传感技术领域，特别是涉及一种无源射频识别温度标签，更具体地，涉及一种具备温差发电功能的无源射频识别温度标签。
背景技术
射频识别是一种非接触式的自动识别技术，具有低功耗的数据传输功能，可以应用于物流管理、身份识别、交通运输、食品医疗和动物管理等多种领域。若将具有温度测量功能的芯片内置于射频识别标签中，则可以获得具有温度测量功能的射频识别标签，即射频识别温度标签。
当前，射频识别温度标签广泛地应用在工业控制、医疗和测量领域，例如：利用射频识别标签可以对具有潜在安全隐患的发热设备(例如高压开关柜、大型计算机服务器等)进行在线实时温度监测。但是，由于传统的有源射频识别温度标签需要使用电池供电，因此使用寿命有限，这一方面提高了成本，另一方面降低了测量的可靠性。另外，由于这些射频识别温度标签通常需要长时间在较高的温度环境下工作，因此其对电池及元器件的可靠性要求非常高，从而导致成本大大增加。
因此希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的一个或多个。
发明内容
本发明的目的在于提供一种来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的一个或多个的无源射频识别温度标签，其可靠性较高，有利于降低成本。
为实现上述目的，本发明提供一种无源射频识别温度标签，所述无源射频识别温度标签包括：
温差发电片，其具有冷端和热端，所述热端用于与发热设备接触；
无源射频识别温度子标签，其与所述冷端连接，用于测量所述冷端的温度；
子标签外温度传感芯片，其与所述发热设备接触，用于测量所述发热设备的温度；以及
电源管理芯片，其输入端连接所述温差发电片的电压输出端，电源管理芯片的输出端连接所述无源射频识别温度子标签和所述子标签外温度传感芯片，所述电源管理芯片用于将所述温差发电片产生的不稳定电压转换成稳定电压，以对无源射频识别温度子标签和所述子标签外温度传感芯片供电。
优选地，当所述发热设备的温度与其所处的环境温度之差大于设定阈值时，基于所述子标签外温度传感芯片测得的温度确定所述发热设备的温度。
优选地，当所述发热设备的温度与其所处的环境温度之差小于设定阈值时，基于所述无源射频识别温度子标签测得的温度确定所述发热设备的温度。
优选地，所述设定阈值设置为使得：当所述发热设备的温度与其所处的环境温度之差大于设定阈时，所述温差发电片和电源管理芯片能够对无源射频识别温度子标签和所述子标签外温度传感芯片充分供电。
优选地，所述无源射频识别温度子标签与传感数据无线采集设备信息交互，所述无源射频识别温度子标签能够将信息交互过程中所述传感数据无线采集设备所发射的电磁波能量转换为供所述无源射频识别温度子标签正常工作的直流能量。
优选地，所述无源射频识别温度子标签包括片外天线和子标签芯片，其中：所述片外天线与所述子标签芯片连接，所述子标签芯片通过所述片外天线与所述传感数据无线采集设备信息交互。
优选地，所述子标签芯片包括：
射频模拟前端电路，其用于收发所述片外天线的信号，并将信息交互过程中所述传感数据无线采集设备所发射的电磁波能量转换为供所述无源射频识别温度子标签正常工作的直流能量；
片上温度传感器，其与所述冷端连接，用于测量所述冷端的温度，并将测得的温度信号输送给所述数字协议处理电路；
片外传感器接口电路，其与所述子标签外温度传感芯片驱动连接，并将所述子标签外温度传感芯片测得的温度信号输送给所述数字协议处理电路；
数字协议处理电路，其用于控制所述片上温度传感器和所述片外传感器接口电路工作以及与所述射频模拟前端电路信息交互；以及
非易失存储器电路，其用于存储EPC码、温度数据和其它用户数据。
优选地，所述子标签外温度传感芯片与所述片外传感器接口电路通信之间的接口信号包括双向串行时钟信号和双向串行数据信号。
优选地，所述无源射频识别温度标签还包括散热片，其用于对所述冷端进行散热。
由于本发明设置了温差发电片、无源射频识别温度子标签、子标签外温度传感芯片和电源管理芯片，并将温差发电片的热端与发热设备接触，还将电源管理芯片的输入端连接温差发电片的冷端和热端，输出端连接无源射频识别温度子标签和子标签外温度传感芯片，通过电源管理芯片可以将温差发电片产生的不稳定电压转换成稳定电压，并输出给无源射频识别温度子标签和子标签外温度传感芯片，与现有技术中需要使用电池供电所带来的成本高以及测量可靠性低的缺陷相比，本发明可利用温差发电片所提供的能量进行工作，因此本发明获取能源的成本较低且可靠性较高。另外，借助于温差发电片，本发明还将无源射频识别温度子标签和电源管理芯片与发热设备进行隔开设置，从而可以避免与发热设备直接接触，进而一方面可以起到保护芯片和元器件的作用，有利于提升可靠性和延长使用寿命，另一方面降低了对芯片和元器件的要求，进一步降低了成本。
本发明适合于应用在发热设备的在线实时温度监测。
附图说明
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图，对本发明作一详细的描述，其中：
图1为本发明所提供的无源射频识别温度标签的一实施例的结构示意图；
图2为图1中的无源射频识别温度子标签的一实施例的结构示意图。
附图标记说明：
| 10 | 温差发电片 | 20 | 发热设备 |
| 30 | 无源射频识别温度子标签 | 40 | 子标签外温度传感芯片 |
| 50 | 电源管理芯片 | 60 | 传感数据无线采集设备 |
| 70 | 散热片 | 11 | 冷端 |
| 12 | 热端 | 31 | 片外天线 |
| 32 | 子标签芯片 | 321 | 射频模拟前端电路 |
| 322 | 数字协议处理电路 | 323 | 非易失存储器电路 |
| 324 | 片上温度传感器 | 325 | 片外传感器接口电路 |
具体实施方式
在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
图1示出的是本发明所提供的无源射频识别温度标签的一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例中所提供的无源射频识别温度标签包括温差发电片10、无源射频识别温度子标签30、子标签外温度传感芯片40和电源管理芯片50，其中：
温差发电片10可基于无源半导体技术实现，比如采用半导体温差发电片。温差发电片10具有冷端11和热端12，并且热端12与发热设备20接触，这样冷端11和热端12之间的温差将产生一个不稳定电压。该不稳定电压可作为本实施例中无源射频识别温度标签工作所需能量，与现有技术中需要使用电池供电所带来的成本高以及测量可靠性低的缺陷相比，本实施例中无源射频识别温度标签获取能源的成本较低且可靠性较高。
电源管理芯片50的输入端连接冷端11和所述热端12，电源管理芯片50用于将温差发电片10产生的不稳定电压转换成稳定电压并输出。电源管理芯片50的输出端连接无源射频识别温度子标签30和子标签外温度传感芯片40，电源管理芯片50将稳定电压输出给无源射频识别温度子标签30和子标签外温度传感芯片40。
无源射频识别温度子标签30与冷端11连接，用于测量冷端11的温度。子标签外温度传感芯片40，其与发热设备20接触，用于测量发热设备20的温度。由此可见，借助于温差发电片10，本实施例还将无源射频识别温度子标签30和电源管理芯片50与发热设备20进行隔开设置，从而可以避免与发热设备20直接接触，进而一方面可以起到保护芯片和元器件的作用，有利于提升可靠性和延长使用寿命，另一方面降低了对芯片和元器件的要求，进一步降低了成本。
当发热设备20的温度与周围环境温度差别较大时，温差发电片10和电源管理芯片50能够提供足够驱动能力的稳定电压至无源射频识别温度子标签30和子标签外温度传感芯片40，此种情形下，通过子标签外温度传感芯片40获取发热设备20的温度。具体地，外部的传感数据无线采集设备60既向无源射频识别温度子标签30发出工作指令，也会通过无源射频识别温度子标签30向子标签外温度传感芯片40发出工作指令。无源射频识别温度子标签30将其测得的温差发电片10的冷端11的温度输送给传感数据无线采集设备60，同时，子标签外温度传感芯片40将其测得的发热设备20的温度通过无源射频识别温度子标签30输送给传感数据无线采集设备60。
当发热设备20的温度与其所处的环境温度差别较小时，温差发电片10和电源管理芯片50不能够提供足够驱动能力的稳定电压至无源射频识别温度子标签30和子标签外温度传感芯片40，此时，子标签外温度传感芯片40无法正常工作，而无源射频识别温度子标签30仍可正常工作，此种情形下，可以根据无源射频识别温度子标签30测得的冷端11的温度加上一个经验修正值估算发热设备20的温度。具体地，无源射频识别温度子标签30与传感数据无线采集设备60进行信息交互，无源射频识别温度子标签30能够将信息交互过程中传感数据无线采集设备60所发射的电磁波能量转换为供无源射频识别温度子标签30正常工作的直流能量。无源射频识别温度子标签30将其测得的温差发电片10的冷端11的温度输送给传感数据无线采集设备60，随后通过后台软件分析可间接估算温差发电片10的热端12，即发热设备20的温度。
作为无源射频识别温度子标签30的一种优选实施方式，如图2所示，无源射频识别温度子标签30包括片外天线31和子标签芯片32，其中：片外天线31可以采用超高频折叠偶极子天线，具有较高的信号增益。片外天线31与子标签芯片32连接，子标签芯片32不仅通过片外天线31与传感数据无线采集设备60信息交互，还与子标签外温度传感芯片40相连接并信息交互。从图中可以看出，由温差发电片10向电源管理芯片50提供不稳定电压vdd0，电源管理芯片50与子标签外温度传感芯片40和子标签芯片32相连，由电源管理芯片50将温差发电片10提供的不稳定电压转化为稳定电压vdd1和vdd2，分别提供给子标签外温度传感芯片40和子标签芯片32。
子标签芯片32的工作流程与超高频国际标准EPC C1G2及IS018000-6C兼容，工作频率范围为860MHz-960MHz。
优选地，子标签芯片32包括射频模拟前端电路321、片上温度传感器324、片外传感器接口电路325、数字协议处理电路322和非易失存储器电路323，其中：
射频模拟前端电路321包括无线数据收发电路和射频整流电路，其中的无线数据收发电路用于收发片外天线31的信号。射频整流电路用于将信息交互过程中传感数据无线采集设备60所发射的电磁波能量转换为供无源射频识别温度子标签30正常工作的直流能量。
片上温度传感器324可以采用低功耗CMOS传感器，其与冷端11连接，用于测量冷端11的温度，并将测得的温度信号输送给数字协议处理电路322。
片外传感器接口电路325与子标签外温度传感芯片40驱动连接，并将子标签外温度传感芯片40测得的温度信号输送给数字协议处理电路322。所述子标签外温度传感芯片40采用I2C标准接口与片外传感器接口电路325通信，接口信号包括双向串行时钟信号scl和双向串行数据信号sda。
数字协议处理电路322用于实现通信协议的处理、控制片上温度传感器324和片外传感器接口电路325工作以及与射频模拟前端电路321信息交互并使传感标签的工作流程符合所述国际标准的要求。
非易失存储器电路323用于存储EPC(Electronic Product Code，产品电子代码)码、温度数据和其它用户数据。
上述各实施例中，本发明所提供的无源射频识别温度标签还包括散热片70)其用于对温差发电片10的冷端11进行散热。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种无源射频识别温度标签，包括：
温差发电片(10)，其具有冷端(11)和热端(12)，所述热端(12)用于与发热设备(20)接触；
无源射频识别温度子标签(30)，其与所述冷端(11)连接，用于测量所述冷端(11)的温度；
子标签外温度传感芯片(40)，其与所述发热设备(20)接触，用于测量所述发热设备(20)的温度；以及
电源管理芯片(50)，其输入端连接所述温差发电片(10)的电压输出端，电源管理芯片(50)的输出端连接所述无源射频识别温度子标签(30)和所述子标签外温度传感芯片(40)，所述电源管理芯片(50)用于将所述温差发电片(10)产生的不稳定电压转换成稳定电压，以对无源射频识别温度子标签(30)和所述子标签外温度传感芯片(40)供电，
所述无源射频识别温度子标签(30)包括片外天线(31)和子标签芯片(32)，其中子标签芯片(32)包括：
射频模拟前端电路(321)，其用于收发所述片外天线(31)的信号，并将信息交互过程中所述传感数据无线采集设备(60)所发射的电磁波能量转换为供所述无源射频识别温度子标签(30)正常工作的直流能量；
片上温度传感器(324)，其与所述冷端(11)连接，用于测量所述冷端(11)的温度，并将测得的温度信号输送给所述数字协议处理电路(322)；
片外传感器接口电路(325)，其与所述子标签外温度传感芯片(40)驱动连接，并将所述子标签外温度传感芯片(40)测得的温度信号输送给所述数字协议处理电路(322)；
数字协议处理电路(322)，其用于控制所述片上温度传感器(324)和所述片外传感器接口电路(325)工作以及与所述射频模拟前端电路(321)信息交互；以及
非易失存储器电路(323)，其用于存储EPC码、温度数据和其它用户数据。
2.如权利要求1所述的无源射频识别温度标签，其中还包括散热片(70)，其用于对所述冷端(11)进行散热。
3.如权利要求1所述的无源射频识别温度标签，其中当所述发热设备(20)的温度与其所处的环境温度之差大于设定阈值时，基于所述子标签外温度传感芯片(40)测得的温度确定所述发热设备(20)的温度。
4.如权利要求2所述的无源射频识别温度标签，其中当所述发热设备(20)的温度与其所处的环境温度之差小于设定阈值时，基于所述无源射频识别温度子标签(30)测得的温度加上一个经验修正值估算所述发热设备(20)的温度。
5.如权利要求3所述的无源射频识别温度标签，其中所述设定阈值设置为使得：当所述发热设备(20)的温度与其所处的环境温度之差大于设定阈时，所述温差发电片(10)和电源管理芯片(50)能够对无源射频识别温度子标签(30)和所述子标签外温度传感芯片(40)充分供电。
6.如权利要求1所述的无源射频识别温度标签，其中所述片外天线(31)与所述子标签芯片(32)连接，所述子标签芯片(32)通过所述片外天线(31)与所述传感数据无线采集设备(60)信息交互，所述无源射频识别温度子标签(30)能够将信息交互过程中传感数据无线采集设备(60)所发射的电磁波能量转换为供所述无源射频识别温度子标签(30)正常工作的直流能量。
7.如权利要求6所述的无源射频识别温度标签，其中所述子标签外温度传感芯片(40)与所述片外传感器接口电路(325)通信之间的接口信号包括双向串行时钟信号和双向串行数据信号。
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