基于集成溫度傳感器的有源電子標簽設計策略

射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)技術是近年來開始興起并逐漸走向成熟的一種自動識別技術。該技術以非接觸式、存儲容量大、識別速度快、距離遠、可多卡識別等優(yōu)點而得到了越來越廣泛的應用[1]。隨著RFID技術成熟與RFID標簽成本的下降，逐步呈現(xiàn)一些具有實際應用價值的發(fā)展趨勢，其中之一是RFID與溫度傳感器相結合[2]。目前在礦井生產安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，普遍是用電纜線傳輸采集到的溫度值，而電纜線很容易被拉脫、拉斷、擦破，從而引起電火花觸發(fā)瓦斯而引發(fā)礦難。把溫度傳感器與RFID技術結合起來，不僅可以進行自動識別，而且可以形成一種串行數(shù)據(jù)采集無線傳輸?shù)姆绞?，使得整個檢測裝置體積很小，并且省去了大量的布線工作。該裝置可以安裝在礦工的頭盔上，利于實時監(jiān)測，減少了實際測溫中的干擾，使其可靠性及精度有了很大的提高[3]。
本文從硬件結構和軟件結構兩方面闡述了集成溫度傳感器有源電子標簽的研發(fā)設計，該有源電子標簽通過調試，能夠穩(wěn)定可靠地檢測到溫度值，并且進行無線通信。
1 系統(tǒng)的硬件結構及工作過程
在硬件結構上，集成溫度傳感器的有源電子標簽主要由無線射頻模塊、天線、微控制器(MCU)、傳感器、電源模塊組成。其硬件結構圖如圖1所示。

當電子標簽上電后，首先對無線射頻模塊及傳感器進行初始化，完成射頻芯片中的射頻收發(fā)器的收發(fā)地址、收發(fā)頻率、發(fā)射功率、無線傳輸速率、無線收發(fā)模式以及CRC校驗的長度和有效數(shù)據(jù)長度等信息的設置，然后微控制器把傳感器定時采集到的數(shù)據(jù)通過通信接口發(fā)送給射頻芯片，射頻芯片再通過發(fā)射模式發(fā)送出去[4]。
1.1 片上芯片CC2430
CC2430包含了1個高性能2.4 GHz的直接序列擴頻(DSSS)射頻收發(fā)器核心和1個工業(yè)級小巧高效的8051控制器，在單個芯片上整合了射頻(RF)前端、內存和微控制器。它具有以下特點：(1)使用1個8位MCU(8051)，具有32/64/128 KB可編程Flash和8 KB的RAM；(2)極高的接收靈敏度和抗干擾性能；(3)具備在各種供電方式下的數(shù)據(jù)保持能力；(4)只需極少的外接元件；(5)電流消耗小(當微控制器內核運行在32 MHz時，Rx為27 mA，Tx為25 mA)，特別適合要求電池壽命非常長的應用[5]場合。
1.2 溫度傳感器DS18B20簡介
DS18B20是DALLAS公司生產的單線式數(shù)字溫度傳感器，它具有3引腳TO－92小封裝體積，其不銹鋼外殼封裝形式可以防水防潮，適合惡劣的現(xiàn)場溫度檢測，其溫度測量范圍為-55℃～+125℃，可編程為9位～12位A/D轉換精度，測溫分辨率可達0.062 5℃[6]。其內部結構圖如圖2所示。

1.3 DS18B20與CC2430接口的設計
溫度傳感器DS18B20與芯片CC2430的硬件連接非常簡單，如圖3所示。由于它將地址線、數(shù)據(jù)線和控制線合為一根雙向串行傳輸?shù)男盘柧€，可以單獨控制，因此只需占用CC2430的1根I/O線。