摘要：提出一種使用RFID電子標(biāo)簽替代EEPROM代碼芯片來存儲血糖試紙信息的方法,。該方法使用目前非常成熟的RFID技術(shù),，解決了使用校正參數(shù)部件帶來的一些問題。實(shí)際應(yīng)用表明,，該方法安全可靠,，具有較高的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：血糖儀,；RFID,；空間電磁場耦合

引言
    現(xiàn)在社會人們的物質(zhì)生活條件非常優(yōu)越，患有糖尿病的人越來越多,，手持式血糖儀漸漸走入了普通人的生活中,。在血糖儀依據(jù)血糖試紙進(jìn)行血糖測量時(shí)，需要使用一個(gè)代碼芯片,。常用做法是,，使用一個(gè)帶EEPROM代碼芯片的可插拔部件，將試紙的有效期等重要信息存儲在這個(gè)
EEPROM中,。由于這個(gè)代碼芯片部件和血糖儀之間通過簧片進(jìn)行連接,，需要經(jīng)常插拔替換,，因此存在著接觸不良、用戶在使用新的試紙時(shí)忘記更換代碼芯片部件的風(fēng)險(xiǎn),。本文詳細(xì)介紹了一種使用無源RFID替代EEPROM代碼芯片,，來存儲血糖試紙的有效期等重要信息的方法。

1 RFID簡介
    RFID(Radio Frequency Identification)俗稱電子標(biāo)簽,。它是一種非接觸式的自動識別技術(shù),，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預(yù),，操作快捷方便,。RFID由一個(gè)詢問器(或閱讀器，可讀寫標(biāo)簽的信息)和單個(gè)或多個(gè)應(yīng)答器(或應(yīng)答標(biāo)簽,，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼)組成,。
    RFID技術(shù)的基本工作原理是：閱讀器發(fā)出射頻信號，形成一定范圍的電磁場,；應(yīng)答標(biāo)簽進(jìn)入電磁場后感應(yīng)接收到命令信號,，依據(jù)命令返回相應(yīng)的信號給閱讀器；閱讀器接收到信號數(shù)據(jù)后,，提供給MCU進(jìn)行相應(yīng)的處理,。
    應(yīng)答標(biāo)簽可分為以下兩種：
    ①有源電子標(biāo)簽(主動標(biāo)簽)。內(nèi)部裝有電池,，在接收到命令信號后能主動發(fā)送相應(yīng)的信號數(shù)據(jù)給閱讀器,。有源電子標(biāo)簽讀／寫距離較遠(yuǎn)，體積較大,，成本較高,，電池不能長久使用，能量耗盡后就無法工作,。
    ②無源電子標(biāo)簽(被動標(biāo)簽),。內(nèi)部無電池，在進(jìn)入閱讀器的工作范圍內(nèi)之后接收微波信號,，將部分微波能量轉(zhuǎn)化為直流電供自己工作,，然后將存儲在芯片中的信息數(shù)據(jù)發(fā)送給閱讀器。無源電子標(biāo)簽成本很低,，有很長的使用壽命,，體積更小，讀寫距離較近,。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    手持式血糖儀采用電池供電,，因此對各個(gè)功能模塊和元件的功耗有很高的要求。綜合各方面的考慮,，血糖儀采用低功耗RF IC產(chǎn)品和MCU組成的射頻識別(RFID)讀取電路,，血糖試紙包裝盒上使用無源RFID電子標(biāo)簽存儲試紙的信息,。在進(jìn)行血糖測量的過程中，按照提示使用血糖儀讀取血糖試紙包裝盒上的信息,，就可以進(jìn)行正常測量了,。它是一種非接觸的通信方式，RFID直接通過空間電磁場耦合通信,，沒有機(jī)械接觸點(diǎn),，無磨損，數(shù)據(jù)傳輸安全可靠,。
    血糖儀在進(jìn)行血糖測量的時(shí)候,，需要得到試紙的信息以便計(jì)算測量結(jié)果，因此在測量之前用戶需要判斷血糖儀存儲在內(nèi)部存儲器中的試紙信息是否正確,。一般是核對顯示在LCD屏上的代號是否和試紙包裝盒上印刷的代號一致),，如果不對，就需要運(yùn)行血糖儀上的RFID通信模
塊,，將存儲在血糖試紙包裝盒上無源RFID電子標(biāo)簽中的試紙信息讀入血糖儀中,，參與計(jì)算測量結(jié)果。
    血糖測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。在血糖儀上有一個(gè)RFID信號收發(fā)電路,，在試紙包裝盒上有一個(gè)無源RFID電子標(biāo)簽，它們之間通過空間電磁場耦合進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,。


    RFID信號收發(fā)電路如圖2所示,。考慮到射頻識別(RFID)電路對RF IC的低功耗需求,，選擇TI公司的TRF7962芯片,。TRF7962是高度集成、多標(biāo)準(zhǔn)模擬前端及數(shù)據(jù)成幀系統(tǒng),，用于13．56 MHz的RFID讀取器，內(nèi)置編程選項(xiàng),；工作電壓為2．7～5．5 V,，休眠電流僅1μA，接收狀態(tài)工作電流為10 mA,，輸出功率可編程控制為100mW或者200 mW,。TRF7962芯片本身具有同時(shí)識別多個(gè)無源RFID電子標(biāo)簽時(shí)的防碰撞的功能；TRF7962采用低功耗模式,，能有效降低系統(tǒng)的功耗性,。天線采用 PCB腐蝕線圈，通信可靠性高,。


    血糖試紙包裝盒是一個(gè)塑料材質(zhì)的圓筒狀容器,，體積比較小,，可利用的面積也有限，因此在選擇無源RFID電子標(biāo)簽的時(shí)候?qū)w積也有很高的要求,。在經(jīng)過對比后,，排除了普通名片大小的RFID射頻卡，選擇了體積相對很小,、功耗較低的PVC錢幣卡作為試紙校準(zhǔn)參數(shù)的載體,。它采
用優(yōu)質(zhì)PVC層合生產(chǎn)而成，標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固并且完全防水,，尺寸很小,，但是數(shù)據(jù)存儲容量、通信距離,、通信頻率等參數(shù)不會因?yàn)轶w積小而有所影響,，非常適用于本應(yīng)用。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    在系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)中,，通信采用ISO15693協(xié)議,，增大了識別無源RFID電子標(biāo)簽的距離、數(shù)據(jù)傳輸速度,；對各個(gè)命令和信號進(jìn)行加密處理,、通信中對命令和數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，保證了讀取無源RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的可靠性和安全性,；13．56 MHz的工作頻率保證了讀取無源RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的便捷性和快速性,。
    手持式血糖儀在不使用的時(shí)候處于休眠待機(jī)狀態(tài)，除了維持MCU必要的時(shí)間功能外,，其余的各個(gè)電路都處于休眠狀態(tài),。使用它進(jìn)行血糖測量時(shí)，需要從試紙包裝盒中取出一條測試試紙,，插入血糖儀的試紙插入口,，使得血糖儀開始工作，各個(gè)電路功能模塊逐一喚醒進(jìn)入工作模式,。
    在進(jìn)行必要的內(nèi)部電路自檢后,，將存儲在血糖儀內(nèi)部存儲器中的試紙信息讀出，并將代號顯示在LCD屏上,，由用戶核對代號是否和試紙包裝盒上的代號一致,。如果不一致，則RFID信號收發(fā)電路開始向外發(fā)送信號,，尋找無源RFID電子標(biāo)簽,，同時(shí)在LCD顯示屏上提示用戶將試紙包
裝盒靠近正在工作的血糖儀，使血糖儀能讀取到該試紙的校正系數(shù),。
    試紙包裝盒靠近正在工作的血糖儀后,，安裝在包裝盒上的無源RFID電子標(biāo)簽接收到微波信號,，將部分微波能量轉(zhuǎn)化為直流電供自己工作，同時(shí)依據(jù)命令信號將自己的識別碼發(fā)送給RFID信號收發(fā)電路,，接收血糖儀發(fā)送的確認(rèn)命令后,，再將自身存儲的試紙信息參數(shù)發(fā)送出去。
    血糖儀的RFID信號收發(fā)電路接收到無源RFID電子標(biāo)簽的識別碼后,，判斷該電子標(biāo)簽是不是用于存儲試紙信息的部件：如果不是,，繼續(xù)發(fā)送信號尋找正確的電子標(biāo)簽；如果識別碼正確,，則發(fā)送試紙信息讀取命令,，等待接收試紙信息數(shù)據(jù)。
    血糖儀的RFID信號收發(fā)電路在接收到試紙信息參數(shù)后,，將數(shù)據(jù)存入MCU的RAM中,，MCU控制電路控制RFID信號收發(fā)電路進(jìn)入休眠狀態(tài)，然后將試紙信息參數(shù)代碼顯示在LCD顯示屏上,，提示用戶進(jìn)行血糖測量,。
    如果RFID信號收發(fā)電路在接收信號過程中得到好幾個(gè)識別碼，那么表示在血糖儀附近有好幾個(gè)血糖試紙包裝盒,，血糖儀會提醒用戶將不正確的試紙包裝盒拿走,，只剩下與使用的試紙對應(yīng)的包裝盒，直到在RFID信號收發(fā)電路工作范圍內(nèi)只剩下一個(gè)無源RFID電子標(biāo)簽為止,。由于手持式血糖儀需要考慮整體功耗,，如果在一定時(shí)間內(nèi)沒有找到正確的電子標(biāo)簽，則提示出錯(cuò)信息,，結(jié)束本次測量,。
    血糖儀軟件由主程序、顯示子程序,、按鈕處理子程序(包含通信子程序),、試紙測量子程序等組成。主程序流程如圖3所示,。


    試紙測量子程序如圖4所示,，是RFID在血糖儀應(yīng)用上的重點(diǎn)部分。在RFID電路和電子標(biāo)簽通信的過程中,，為了防止遭遇意外干擾而導(dǎo)致
通信失敗,，需要著重考慮通信的容錯(cuò)設(shè)計(jì),，還需要添加校驗(yàn)功能,、加密功能，以保證識別電子標(biāo)簽的正確性和信息的保密性,。即使添加了這么多軟件功能,，軟件設(shè)計(jì)時(shí)還是要充分考慮各種可能的出錯(cuò)情況,，歸結(jié)到對應(yīng)的出錯(cuò)代碼，從而保證用戶界面的友好,。

結(jié)語
    RFID在電子設(shè)備上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,，但在小型手持式設(shè)備上用的還不多。本文實(shí)現(xiàn)了RFID在手持血糖儀上的應(yīng)用,，采用無源RFID存儲血糖試紙的信息參數(shù),，開拓了RFID的應(yīng)用領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)證明,，該設(shè)計(jì)方案是可行性的,，并且取得了滿意的應(yīng)用效果。