摘 要： 針對礦井下環(huán)境溫度在線檢測的要求,，設(shè)計了一種集成了有源RFID射頻識別芯片與溫度傳感器的在線溫度檢測裝置，簡要論述了該有源電子標(biāo)簽的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計,。該裝置能夠定時采集并無線傳輸井下工作面的溫度值,。測試結(jié)果表明，該裝置攜帶方便,、工作穩(wěn)定可靠,。
關(guān)鍵詞： RFID；溫度傳感器,；DS18B20,；無線傳輸
射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)是近年來開始興起并逐漸走向成熟的一種自動識別技術(shù)。該技術(shù)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(yīng)用[1],。隨著RFID技術(shù)成熟與RFID標(biāo)簽成本的下降，逐步呈現(xiàn)一些具有實際應(yīng)用價值的發(fā)展趨勢,，其中之一是RFID與溫度傳感器相結(jié)合[2],。目前在礦井生產(chǎn)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(shù)結(jié)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(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)兩方面闡述了集成溫度傳感器有源電子標(biāo)簽的研發(fā)設(shè)計,，該有源電子標(biāo)簽通過調(diào)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(jié)構(gòu)及工作過程
在硬件結(jié)構(gòu)上，集成溫度傳感器的有源電子標(biāo)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(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
當(dāng)電子標(biāo)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(shè)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(nèi)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(dāng)微控制器內(nèi)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(yīng)用[5]場合,。
1.2 溫度傳感器DS18B20簡介
DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)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(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.062 5℃[6],。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示,。
1.3 DS18B20與CC2430接口的設(shè)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,。
2 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
2.1 系統(tǒng)流程圖
系統(tǒng)的軟件主要由主程序、初始化子程序,、數(shù)據(jù)采集子程序,、無線通信子程序、串口通信子程序5部分組成,。其中的無線通信子程序分為發(fā)送模式和接收模式,，系統(tǒng)工作流程圖如圖4所示。
2.2 DS18B20的工作時序及軟件流程
DS18B20單線通信功能是分時完成的,，它有嚴(yán)格的時隙概念,，因此，系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行,。其采集程序流程圖如圖5所示,。
2.3 測溫結(jié)果
測溫結(jié)果由兩部分組成：(1)標(biāo)簽的ID號，ID號由64位十六進制組成,，可以通過軟件SmartRF04Prog進行改寫,；(2)實時采集到的溫度信息。這兩部分通過串口發(fā)送到上位機進行實時顯示,。
本系統(tǒng)軟件編程采用單片機C51語言,，在IAR Embedded Workbench IDE編譯環(huán)境下進行在線實時調(diào)試。
經(jīng)過調(diào)試,，本設(shè)計達到了預(yù)期的結(jié)果,，發(fā)送端每隔10 min發(fā)送1次標(biāo)簽的ID號和溫度采集數(shù)據(jù)，接收端能夠正確接收到數(shù)據(jù)并且通過串口通信發(fā)送到上位機進行實時顯示,。把溫度傳感器與RFID芯片結(jié)合起來只占很小的空間,，滿足了小型化、無線傳輸,、實時監(jiān)測的要求,，其可靠性和精度也有了很大的提高,，可應(yīng)用于礦井生產(chǎn)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，也可以為易腐壞食品,、藥品和物流中任何其他對溫度敏感的物品采集溫度信息,，為許多醫(yī)藥診斷試驗和程序提供及時的數(shù)據(jù)。
參考文獻
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[6] Maxim. Datasheet for DS18B20． [2009-08-27]. http://www.maxim2ic．com．