CN110909847A - 可测温的rfid无源芯片、工作方法、测温标签、测温*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了可测温的RFID无源芯片、工作方法、测温标签、测温***,所述可测温的RFID无源芯片包括:用于实现控制各模块的逻辑关系及计算的逻辑控制模块;RF接口模块,与逻辑控制模块进行通讯连接,实现对逻辑控制模块提供工作电压;温度传感器模块,与逻辑控制模块进行通讯连接,实现将所读温度写入数据存储模块;EEPROM模块,与逻辑控制模块进行通讯连接,实现读取数据的存储。本发明的有益效果是,采用无源RFID技术与芯片级测温技术相融合的方式,进行芯片设计,使一枚RFID芯片,同时具有RFID与测温功能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体改进,特别是可测温的RFID无源芯片、工作方法、测温标签、测温***。
背景技术
射频识别(Radfo Frequency Identification,简称RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术,它通过电磁波或电感祸合方式传递信号,以完成对目标对象的自动识别。本发明与传统的RFID技术相比,即RFID技术具有识别过程无须人工干预、可同时识别多个目标、信息存储量大、可工作于各种恶劣环境等优点。
但,现有无源RFID技术本身信息量太过单一,没有将环境传感器技术与其融合。现有物联网场景中,货物的转运需要RFID技术来判定货物信息,但货物本身同时需要监控温度,如冷链场景,厂商会采用在货物上再加装测温传感器的方式对温度进行监控,极大的增加了成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题,设计了可测温的RFID无源芯片、工作方法、测温标签、测温***。
实现上述目的本发明的技术方案为,可测温的RFID无源芯片,所述可测温的RFID无源芯片包括:
用于实现控制各模块的逻辑关系及计算的逻辑控制模块;
RF接口模块,与逻辑控制模块进行通讯连接,实现对逻辑控制模块提供工作电压;
温度传感器模块,与逻辑控制模块进行通讯连接,实现将所读温度写入数据存储模块;
EEPROM模块,与逻辑控制模块进行通讯连接,实现读取数据的存储。
作为优选,所述RF接口模块还与射频天线相连,对发送信号与接收信号的调制解调;所述RF接口模块安装有稳压器、调制器、解调器、校验器、整流器,所述RF接口模块与稳压器相连接,所述稳压器分别通过调制器或/和解调器与校验器相连接。
作为优选,所述温度传感器模块在芯片因射频能量上电时,读写器对标签发射射频信号,芯片会因所接收到的射频信号被激活,超低功耗温度传感器模块开始工作,将所读温度写入数据存储模块。
作为优选,逻辑控制模块为芯片内部模块,没有电路连接的概念,为芯片内部的内核,后面所属功能为其对应的软件逻辑功能,包括标签防碰撞、读写控制、访问控制、EEPROM接口控制、存储保护控制、RF接口控制、温度传感器接口控制装置。
作为优选,所述EEPROM模块的存储模块分为只读存储器及可读写存储器两个部分,只读存储器中记录RFID唯一ID信息,可读写存储器中记录测温传感器信息。
适用于上述可测温的RFID无源芯片的工作方法,该工作方法包括以下步骤:
无源测温RFID芯片接收信号;
射频信号能量将芯片激活,芯片开始工作;
芯片将温度信息放置在RAM中;
将RFID信息及温度信息转换成射频信号进行发射。
一种RFID测温标签,该RFID测温标签包括上述的可测温的RFID无源芯片。
一种RFID测温***,该RFID测温***包括:
上述的RFID测温标签;
RFID读写器;
存储器;
所述存储器、RFID读写器以及RFID测温标签依次相连接。
作为优选,所述存储器包括云***或本地***。
利用本发明的技术方案制作的可测温的RFID无源芯片、工作方法、测温标签、测温***,采用无源RFID技术与芯片级测温技术相融合的方式,进行芯片设计,使一枚RFID芯片,同时具有RFID与测温功能,其具体有益效果如下:
1、RFID技术与测温技术的结合;
2、采用无源RFID测温极大的降低了单体测温的成本;
3、采用无源RFID无需电池供电,解决了单体测温需供电问题;
4、无需供电极大的延长了标签使用寿命。
综合上述,现有技术中采用有源测温方式,现有的RFID标签必须采用电池供电,这样会极大的增加标签单体成本,一枚电池的价格在3元左右。采用专利中所属技术,可无需使用电池,实现了真正的无源测温,极大的降低了单体标签的测温成本,单体标签的测温成本只需1元以内,拓展了适用场景的范围;
专利中所述技术将无源RFID技术与测温技术相结合,将测温传感器与RFID结合为一枚芯片,并无需供电,只需通过电磁波的微小能量即可激活芯片及测温传感部分,将测温传感部分的信息通过电磁波返回,实现温度信息的读取。现有的技术中无法做到此方法,需要多芯片并增加一枚电池进行供电,这样会增大单体测温的成本。采用专利中所属技术,无需任何电池供电即可进行测温,极大的降低了单体测温的成本。
附图说明
图1是本发明所述的一种RFID测温芯片的内部结构组成图。
图2是本发明所述的一种RFID测温芯片的引脚分布图。
图3是本发明所述的一种RFID测温芯片的典型电路图。
图4是本发明所述的一种RFID测温芯片的使用流程图。
图5是本发明所述的以芯片为核心的测温***的示意图。
图6是本发明所述的一种RFID测温芯片实际运行的工作流程图。
图7是本发明所述的一种RFID测温***的多场景示例图。
图8是本发明所述的一种RFID测温标签的量程内温度误差曲线图。
图9是本发明所述的一种RFID测温标签的主视图。
图10是本发明所述的一种RFID测温标签的后视图。
图11是本发明所述的RF接口模块、稳压器、调制器、解调器、校验器的连接示意图。
图12是本发明所述的一种RFID测温标签实际使用的流程图。
1、RFID测温芯片 2、远场天线 3、PCB电路板
4、内共振LC线圈
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本公开发明所提供的技术方案涉及TFID芯片,在相关技术中,需要多芯片并增加一枚电池进行供电,这样会增大单体测温的成本。采用专利中所属技术,无需任何电池供电即可进行测温,极大的降低了单体测温的成本。基于此,将无源RFID技术与测温技术相结合,将测温传感器与RFID结合为一枚芯片,并无需供电,只需通过电磁波的微小能量即可激活芯片及测温传感部分,将测温传感部分的信息通过电磁波返回,实现温度信息的读取。
实施例一:
下面结合附图对本发明进行具体描述,可测温的RFID无源芯片,所述可测温的RFID无源芯片包括:用于实现控制各模块的逻辑关系及计算的逻辑控制模块;RF接口模块,与逻辑控制模块进行通讯连接,实现对逻辑控制模块提供工作电压;温度传感器模块,与逻辑控制模块进行通讯连接,实现将所读温度写入数据存储模块;EEPROM模块,与逻辑控制模块进行通讯连接,实现读取数据的存储。
本发明提供了可测温的RFID无源芯片,满足无源RFID技术同时,提供测温功能。下面结合附图1至附图10对本发明作详细的描述。
该可测温的RFID无源芯片包括:逻辑控制模块、RF接口模块、温度传感器模块、EEPROM模块。
其中逻辑控制是芯片的逻辑控制部分,各模块的逻辑关系及计算由逻辑控制模块进行控制,逻辑控制模块与RF接口模块、温度传感器模块、EEPROM模块进行通讯连接,逻辑控制模块的工作电压由RF接口模块提供。
逻辑控制模块包含了标签防碰撞、读写控制、访问控制、EEPROM接口控制、存储保护控制、RF接口控制、温度传感器接口控制等功能。
所述RF接口模块,与逻辑控制模块及射频天线相连,对发送信号与接收信号的调制解调。RF接口模块包含稳压器、调制、解调、校验、整流器等功能。
所述温度传感器模块,当芯片因射频能量上电时,超低功耗温度传感器模块开始工作,将所读温度写入数据存储模块。
所述EEPROM模块,此芯片中存储模块分为只读存储器及可读写存储器两个部分,只读存储器中记录RFID唯一ID信息,可读写存储器中记录测温传感器信息。因传感器信息不停变化,故需要开辟一块可读写存储器空间为其使用。
图1为芯片内部结构组成图,芯片内部由逻辑控制模块、RF接口模块、温度传感器模块、EEPROM模块组成。当芯片工作时,由温度传感器模块进行温度采集,并将信息写入数据存储模块的可读写存储器中,芯片再将实时改写后的信息发送给RFID读写器。
图2为芯片引脚示意图,芯片包含4个引脚,RF1与RF2引脚为射频信号发送接收引脚,图中2个NC引脚,在实际工作中并不产生实际作用。在生产阶段与错误排查阶段,可从两NC引脚中读取到EEPROM中所存储的信息。
图3为芯片典型电路,其中Cc为芯片的等效输入电容典型数值为0.85pf,Rc为芯片的等效输入电阻典型数值为1.03KΩ,Cb为Bump产生的等效电容典型数值为0.2pf。通过典型电路中的阻抗模型,在真实的使用环境中调整数值来进行匹配共轭。
以下为在冷链运输中的实际应用,冷链运输的现有测温现状为,只能对车厢体或大的包装箱进行温度监测,无法做到对包装最小单元的实时监测。因现有的测温设备由温度芯片、电池、通讯芯片,三部分组成,才能完成温度信息的传输。无源测温RFID芯片可在一块芯片上解决这三个技术问题。首先无源测温RFID芯片的能量来源于射频能量,所以无需再在每一个测温点上加装电池,并且无源测温RFID芯片利用RFID技术的原理,完成了通讯芯片所需要完成的内容,极大的降低了温度监测的成本。
图4为测温芯片完成一轮监测需要进行的步骤,在冷链运输的场景中,将RFID读取器架设在产品经过的所有环节,每秒进行一次图2的流程,就可以在产品的全生命周期中进行产品的温度监测,周期为1S。
图6是在实际运行中芯片的工作流程图,当外部读写器发送射频信号时,首先由RF接口模块接收射频信号。RF接口模块接收到射频信号,首先将芯片上电激活,芯片对接收到的信号进行解调。RF接口模块将解调后的信息交给逻辑控制模块,由逻辑控制模块中的读写控制、访问控制部分进行模块之间的信息传递。逻辑控制模块首先对接收的信号进行标签防碰撞判断,如通过防碰撞判断,则逻辑控制模块开始工作。逻辑控制模块首先将EEPROM模块中存储的标签ID信息进行提取,再将温度传感器模块所测的温度信息进行提取,将提取的两项信息发送给RF接口模块,具体发送方式是由逻辑控制模块的读写控制功能进行的。RF接口接收到的信息进行调制,将调制后的信号由RF1与RF2两个引脚进行射频发送。外部读写器接收到标签发送后的信号,来完成一轮的信息交换。
图11是所述RF接口模块还与射频天线相连,对发送信号与接收信号的调制解调;所述RF接口模块安装有稳压器、调制器、解调器、校验器,所述RF接口模块与稳压器相连接,所述稳压器分别通过调制器或/和解调器与校验器相连接,需要进一步指出的是,稳压器用于对信号进行稳压;解调器用于滤除信号载波,得到可用信号;校验器用于对信号信息进行校验;调制器用于为信号增加载波。
该可测温的RFID无源芯片制作工艺可采用:FPC、inlay、PCB三种制作工艺进行天线的制造,
其中FPC工艺为柔性电路板,又称“FPC柔性板”,是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路。
其中inlay工艺是指一种由多层PVC片材含有芯片及线圈层合在一起的预层压工艺。
其中PCB工艺为印制电路板工艺。
实施例二:
适用于上述可测温的RFID无源芯片的工作方法,该工作方法包括以下步骤:
步骤s01:外部读写器发射射频信号;
步骤s02:芯片RF接口模块接收射频信号;
步骤s03:RF接口模块根据射频信号能量将芯片上电激活;
步骤s01:RF接口模块对射频信号进行解调;
步骤s04:RF接口模块将解调后的信号信息发送至逻辑控制模块;
步骤s05:逻辑控制模块做标签防碰撞检测;
步骤s06:逻辑控制模块从EEPROM中取标签ID信息;
步骤s07:逻辑控制模块从温度传感器模块中提取温度信息;
步骤s08:逻辑控制模块将信息发送给RF接口模块;
步骤s09:RF接口模块将收到的信息进行调制;
步骤s10:调制后的信号从RF1与RF2引脚上发射信号;
步骤s11:外部读写器接收标签的射频信号。
实施例三:
一种RFID测温标签,该RFID测温标签包括上述的可测温的RFID无源芯片。
图7所示为此标签目前所适用的使用场景,左侧为行业,右侧为实际的使用产品。
如:冷链运输中,将此芯片制作的标签贴在疫苗、血袋、牛肉、红酒等冷链运输产品中可对运输的产品进行温度实时监控。温度与产品一一对应,不会出错。
如:电力***中,将标签贴在上述的部位中,可实时监控温度,从而避免火灾的发生,并可通过温度来判断此线路中是否有损坏的现象。
如:实验室中,可适用在医学实验室、化学实验室、生物实验室等,对实验室中的试剂及样品进行温度监测,防止由实验品保管不当导致的实验事故。
如:畜牧业中,可对生物的体表温度进行实时监测,提早发现疫情,进行隔离,也可通过温度的大数据,来提升产量。
图8中所示为芯片实际测量的温度曲线,其中X轴为温度,Y轴为温度误差实际的测量曲线为非线性的,通过曲线可以看到,可以满足所述的使用场景中的使用情况。
实施例四,如图5和图12所示:
一种RFID测温***,该RFID测温***包括:上述的RFID测温标签;
RFID读写器;存储器;所述存储器、RFID读写器以及RFID测温标签依次相连接;所述存储器包括云***或本地***;含有RFID芯片的RFID测温标签贴附与产品的最小单元上,RFID读写器及存储,RFID读写器通过对标签发送射频信号,来反馈标签的信息,基于产品最小包装的温度、位置实时监测,实施上传,温度数据真实有效,防止篡改,标签不带电池,安全环保,轻薄小巧,成本低廉。
以冷链运输领域为例:冷链运输中将产品温度信息进行汇总到云端或者本地服务器中,这些数据被实时记录下来,可供产品生产商、物流商、经销商、消费者进行全产品周期的温度查询,厂商可根据产品温度曲线找出会影响产品质量的环节,物流商可根据监测的温度提供更好的物流服务,经销商于消费者可根据温度来判定此产品的质量问题。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案,本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理,属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.可测温的RFID无源芯片,其特征在于,所述可测温的RFID无源芯片包括:
用于实现控制各模块的逻辑关系及计算的逻辑控制模块;
RF接口模块,与逻辑控制模块进行通讯连接,实现对逻辑控制模块提供工作电压;
温度传感器模块,与逻辑控制模块进行通讯连接,实现将所读温度写入数据存储模块;
EEPROM模块,与逻辑控制模块进行通讯连接,实现读取数据的存储。
2.如权利要求1所述可测温的RFID无源芯片,其特征在于,所述RF接口模块还与射频天线相连,对发送信号与接收信号的调制解调;所述RF接口模块安装有稳压器、调制器、解调器、校验器,所述RF接口模块与有稳压器相连接,所述稳压器分别通过调制器或/和解调器与校验器相连接。
3.如权利要求1所述可测温的RFID无源芯片,其特征在于,所述温度传感器模块在芯片因射频能量上电时读写器对标签发射射频信号,芯片会因所接收到的射频信号被激活,超低功耗温度传感器模块开始工作,将所读温度写入数据存储模块。
4.如权利要求1所述可测温的RFID无源芯片,其特征在于,逻辑控制模块逻辑控制模块为芯片内部模块,没有电路连接的概念,为芯片内部的内核,后面所属功能为其对应的软件逻辑功能,包括标签防碰撞、读写控制、访问控制、EEPROM接口控制、存储保护控制、RF接口控制、温度传感器接口控制装置。
5.如权利要求1所述可测温的RFID无源芯片,其特征在于,所述EEPROM模块的存储模块分为只读存储器及可读写存储器两个部分,只读存储器中记录RFID唯一ID信息,可读写存储器中记录测温传感器信息。
6.适用于如权利要求1所述可测温的RFID无源芯片的工作方法,其特征在于,该工作方法包括:
无源测温RFID芯片接收信号;
射频信号能量将芯片激活,芯片开始工作;
芯片将温度信息放置在RAM中;
将RFID信息及温度信息转换成射频信号进行发射。
7.一种RFID测温标签,其特征在于,该RFID测温标签包括如权利要求1-5任一所述的可测温的RFID无源芯片。
8.一种RFID测温***,其特征在于,该RFID测温***包括以下步骤:
如权利要求6所述的RFID测温标签;
RFID读写器;
存储器;
所述存储器、RFID读写器以及RFID测温标签依次相连接。
9.如权利要求8所述的RFID测温***,其特征在于,所述存储器包括云***或本地***。
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