CN202433039U - 一种基于rfid的环境参数测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于RFID的环境参数测量装置，包括环境参数无线传感模块、阅读器和上位计算机***；在所述环境参数无线传感模块中包含有用于检测环境参数的传感器以及将传感器检测输出的环境参数以射频信号的形式发射输出的射频卡；所述射频卡与阅读器建立无线链接，通过阅读器接收射频卡发出的射频信号，并进行信号转换后传输至所述的上位计算机***。本实用新型将RFID技术应用于仓库内部的温湿度检测过程中，结合目前大型粮仓、设备仓库普遍使用的温度、湿度传感器进行环境参数测量装置的专门设计，不仅能够很好地完成自动检测仓库温度和湿度的任务，而且大大缩短了仓库环境参数的检测时间，节约了大量的人力、物力。

Description

一种基于RFID的环境参数测量装置

技术领域

本实用新型属于环境检测技术领域，具体地说，是涉及一种用于检测环境温度和湿度的环境参数测量装置。

背景技术

在现代仓储及日常管理过程中，检测监察的主要内容之一是对所处环境的温度、湿度进行适时或实时监测。

目前，对于温度和湿度的检测监察工作主要采用两种方式：第一种是人工抽查方式，就是几个监测人员分别拿着一根类似于玻璃管状的检测仪到仓库的各个角落进行抽查，人工记录检测数据。这种检测方式的时效性和完整性非常差，而且劳动强度大，检测结果受人工影响比较大，显然不能满足现代化仓储管理的需求。第二种是自动监测方式，这是对前一种方式的改进，采用的方法是在备件仓库的适当位置布置适当数量的温湿度传感器，每一个传感器由一根电缆连接到仪表或者数字化设备上，进而实现自动化检测和监察任务。在这种工作方式下，工作人员必须在仓库内部布设大量的信号传输线缆，密如蛛网，每次倒仓后，都需要对这些电缆进行重新整理，对于大型仓库而言，无疑增加了许多劳动量，因此，也不是一种理想的环境监测方法。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于RFID技术的环境参数测量装置，解决了传统自动监测方式中繁琐的布线工作，在满足企业基本功能需求和产品质量要求的基础上，提高了环境参数的检测效率，降低了运行成本。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种基于RFID的环境参数测量装置，包括环境参数无线传感模块、阅读器和上位计算机***；在所述环境参数无线传感模块中包含有用于检测环境参数的传感器以及将传感器检测输出的环境参数以射频信号的形式发射输出的射频卡；所述射频卡与阅读器建立无线链接，通过阅读器接收射频卡发出的射频信号，并进行信号转换后传输至所述的上位计算机***。

进一步的，在所述环境参数无线传感模块中还包含有处理器，连接在所述的传感器与射频卡之间。

优选的，所述传感器为温湿度传感器，采集环境的温度和湿度参数，并通过I²C总线传输至所述的处理器。

优选的，所述处理器优选通过SPI总线连接射频卡，传输环境参数。

又进一步的，在所述环境参数无线传感模块中还设置有用于为传感器、处理器和射频卡供电的电池。

再进一步的，所述环境参数无线传感模块可以设置有多个，且每一个环境参数无线传感模块均可以与一个或者多个阅读器建立无线通信链路。

对于阅读器与上位计算机***的数据通信方式，优选采用以下三种设计方案：

其一是，将所述阅读器通过RS232或者RS485串行总线与上位计算机***连接通信；

其二是，在所述阅读器和上位计算机***两侧分别连接光电转换器，通过阅读器输出的电信号经由连接在阅读器一侧的光电转换器转换为光信号后，通过光纤传输至连接在上位计算机***一侧的光电转换器，进而还原出电信号输出至上位计算机***；

其三是，所述阅读器将采集到的环境参数以无线数据传输方式传输至上位计算机***。

更进一步的，为了实现环境参数的长时间保存，所述上位计算机***通过网线与数据库服务器连接通信，将采集到的环境参数定时地保存在数据库服务器中，以方便监测人员调取、询查。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型将RFID技术应用于仓库内部的温湿度检测过程中，结合目前大型粮仓、设备仓库普遍使用的温度、湿度传感器进行环境参数测量装置的专门设计，不仅能够很好地完成自动检测仓库温度和湿度的任务，而且大大缩短了仓库环境参数的检测时间，节约了大量的人力、物力，是一种低成本、高安全、高稳定运行、高效率的新型测量装置。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的基于RFID环境参数测量装置的***整体架构图；

图2是图1中环境参数无线传感模块的一种实施例的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实用新型结合现代粮仓、设备仓库的实际需求，使用目前成熟的RFID技术，设计了一种基于RFID技术的环境参数测量装置，为仓库环境的自动监测提供了一种比较完善的解决方案。

RFID即射频识别技术，是一种利用射频频段实现非接触双向数据通信的自动识别技术。基本的RFID***包括阅读器和射频卡(应答器）两部分。阅读器可以是只读装置，也可以是读写装置，通常包含射频模块(发射和接收)、控制单元以及与射频卡耦合的元件（例如电感线圈或者天线等)。此外，在阅读器上还应配置有可与外部设备相连接的通信接口，以方便将其所获取的数据传送给***设备，例如上位机等。射频卡放置在待识别的物体上，是RFID***真正的数据载体，通常由耦合元件和微电子芯片组成。根据射频卡的数据调整方式，目前可分为主动式和被动式两种RFID***。主动式RFID***为有源***，即射频卡利用自身的射频能量主动发送数据给阅读器，调制方式可以为调幅、调频或调相。被动式RFID***为无源***，利用读写器发射的电磁波为射频卡提供能量，重量轻、体积小、寿命长、价格便宜，但发射距离受限，一般只有几十厘米，且需要读写器具有较大的发射功率。

本实用新型将有源RFID技术应用到仓库内部的环境参数检测过程中，设计了一种环境参数测量装置，实现了仓库环境的自动监测功能。下面通过一个具体的实施例来详细阐述所述环境参数测量装置的具体组建结构及其工作原理。

实施例一，参见图1所示，本实施例的环境参数测量装置主要由环境参数无线传感模块1、阅读器2和上位计算机***5三部分组成。其中，在环境参数无线传感模块1中设置有用于检测仓库环境参数的传感器以及用于与阅读器2构成RFID无线传输***的射频卡，通过所述射频卡可以将传感器检测输出的环境参数调制成无线射频信号，发射给阅读器2进行接收，进而通过阅读器2与上位计算机***5连接通信，完成环境参数的上传和远程监测任务。

所述环境参数无线传感模块1可以根据仓库的实际检测需要同时设置多个，分别布设在需要检测的物品周围的适当位置处。在每一座仓库的顶部、四周墙壁或者其他合适的位置处可以安装一个或者多个阅读器2，具体可以根据射频卡与阅读器2之间的无线传输距离进行合理配置，以准确接收不同射频卡发出的射频信号。将每一个阅读器2与上位计算机***5连接（可以采用有线连接方式，也可以采用无线传输方式），以构成检测监察网络，由此一来，监测人员只需在控制室内通过操作上位计算机***，即可完成对仓库环境的监测和询查任务。

为了方便传感器与射频卡之间进行数据传输，在所述环境参数无线传感模块1中还进一步设置有处理器，以单片机为例进行说明，连接在传感器与射频卡之间，完成数据格式的转换及通信管理任务。

在本实施例中，所述传感器为用于检测环境温度和湿度变化的温湿度传感器，可以将采集到的温度和湿度参数以模拟信号或者数字信号的形式输出。为了节约单片机的接口资源，优选采用配置有I²C总线接口的温湿度传感器进行所述环境参数无线传感模块1的整体设计，参见图2所示。将所述温湿度传感器的总线接口SDA、SCL通过I²C总线连接到单片机，将采集到的温度和湿度参数转换成I²C总线数据格式，发送至单片机进行处理和暂存。

为了满足环境参数无线传感模块1中各用电负载的供电要求，在所述环境参数无线传感模块1中还设置有电池，优选采用输出幅值为3.3V的锂电池作为供电电源，分别连接温湿度传感器、单片机和射频卡的供电端VCC，为温湿度传感器、单片机和射频卡提供工作电压。

为了提高温湿度传感器与单片机之间数据传输的稳定性和可靠性，在连接温湿度传感器与单片机的I²C总线上还可以进一步连接上拉电路，例如通过上拉电阻R连接锂电池的电压输出端，以防止环境参数在线路传输过程中因受干扰信号的影响而出现错误，提高信号传输的抗干扰能力。

在所述温湿度传感器的供电端VCC与接地端GND之间还可以进一步连接电容C，以起到去耦滤波的作用。

对于单片机与射频卡之间优选采用SPI总线进行数据的双向通信，如图2所示。射频卡通过SPI接口接收到单片机发出的命令后，选择进入发射或者接收数据模式,在阅读器与射频卡之间进行无线通信。射频卡接收或者发射完有效的数据包后，将其数据就绪引脚DR置高,单片机检测到射频卡的DR引脚为高电平后,将射频卡转入低功耗的待机模式。

在所述射频卡与阅读器之间采用半双工的数据通信方式，数据通信采用传输前侦听的“载波检测协议”,即接收前先检测载波信息和地址匹配信息，只有当载波存在且发送地址正确（高电平）时才接收数据包。发送数据前也要先转到接收模式进行载波信息的侦听，只要传输的频率通道未被占用，方可转入发射模式发送数据。使用此数据通信协议可以实现简单有效的防碰撞。采用主动式RFID***设计环境参数测量装置，信息实时性好、数据容量大、作用距离远,并具有集成度高、易于调试、低功耗、低成本和易扩展等优点,因而可以广泛应用在对数据实时性要求高或者数据需要反复读写的场合。

对于阅读器2与上位计算机***5之间可以采用有线和无线多种数据传输方式进行通信，如图1所示，下面分别进行描述。

其一是，采用RS232或者RS485串行总线连接在阅读器2与上位计算机***5之间，利用串口通信方式实现二者之间的数据交互。

其二是，采用基于光纤的有线数据传输方式。此时，需要在阅读器2一侧和上位计算机***5一侧分别安装光电转换模块3、4。对于阅读器2需要上传至上位计算机***5的环境参数采样数据，首先通过与阅读器2相连接的光电转换模块3进行电信号到光信号的转换处理后，通过光纤传输至上位计算机***5一侧的光电转换模块4，经由光电转换模块4进行光信号到电信号的转换处理后，传输至上位计算机***5进行分析、显示。在上位计算机***5中安装并运行环境监测软件，监测人员通过操作上位计算机完成仓库温度和湿度的检测和查询工作。对于检测到的环境参数可以通过网线传输至与所述上位计算机***5相连接的数据库服务器6中进行保存，或者导入到其他存储介质中，以方便监测人员随时调取和询查。反之，对于上位计算机***5发出的控制命令（例如要求阅读器2上传环境参数的控制指令或者定时上传采样数据的定时时间等***配置信息）则首先由安装在上位计算机***5一侧的光电转换模块4转换成光信号后，通过光纤传输至与阅读器2相连接的光电转换模块3，进而还原出原始的电信号，输出至阅读器2，以响应上位计算机***5的控制命令。

其三是，基于无线数据传输方式。此时，需要在阅读器2一侧和上位计算机***5一侧分别安装射频收发模块，以建立起阅读器2与上位计算机***5之间的无线通信链路，进而实现数据的无线通信功能。

本实施例的环境参数测量装置具有以下显著优点：

（1）仓库内无线传输，解决了以往蜘蛛网状的布线问题，特别适应应急组网的需求；

（2）仓库外数据传输可以采用有线方式、无线方式或者有线、无线混合方式，运用灵活；

（3）射频卡可以连续工作6～8年，且功耗极低；

（4）仓库内设备的气密性强、无毒、无污染；

（5）使用上位计算机***进行仓库内环境的自动实时监测，同时具备历史数据查询和安全存储的功能；

（6）倒仓成本低，不易损坏，为企业节约开支；

（7）维修简单，可以在***运行条件下更换部分配件，不受环境限制。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于RFID的环境参数测量装置，其特征在于：包括环境参数无线传感模块、阅读器和上位计算机***；在所述环境参数无线传感模块中包含有用于检测环境参数的传感器以及将传感器检测输出的环境参数以射频信号的形式发射输出的射频卡；所述射频卡与阅读器建立无线链接，通过阅读器接收射频卡发出的射频信号，并进行信号转换后传输至所述的上位计算机***。

2.根据权利要求1所述的基于RFID的环境参数测量装置，其特征在于：在所述环境参数无线传感模块中还包含有处理器，连接在所述的传感器与射频卡之间。

3.根据权利要求2所述的基于RFID的环境参数测量装置，其特征在于：所述传感器为温湿度传感器，采集环境的温度和湿度参数，并通过I²C总线传输至所述的处理器。

4.根据权利要求2所述的基于RFID的环境参数测量装置，其特征在于：所述处理器通过SPI总线连接射频卡，传输环境参数。

5.根据权利要求2所述的基于RFID的环境参数测量装置，其特征在于：在所述环境参数无线传感模块中还设置有用于为传感器、处理器和射频卡供电的电池。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于RFID的环境参数测量装置，其特征在于：所述环境参数无线传感模块设置有多个，每一个环境参数无线传感模块均与一个或者多个阅读器建立无线通信链路。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的基于RFID的环境参数测量装置，其特征在于：所述阅读器通过RS232或者RS485串行总线与上位计算机***连接通信。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的基于RFID的环境参数测量装置，其特征在于：在所述阅读器和上位计算机***两侧分别连接有光电转换器，通过阅读器输出的电信号经由连接在阅读器一侧的光电转换器转换为光信号后，通过光纤传输至连接在上位计算机***一侧的光电转换器，进而还原出电信号输出至上位计算机***。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的基于RFID的环境参数测量装置，其特征在于：所述阅读器将采集到的环境参数以无线数据传输方式传输至上位计算机***。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的基于RFID的环境参数测量装置，其特征在于：所述上位计算机***通过网线与数据库服务器连接通信。

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