集成溫度傳感器的有源電子標簽設計

當電子標簽上電后，首先對無(wú)線(xiàn)射頻模塊及傳感器進(jìn)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(wú)線(xiàn)傳輸速率、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模式以及CRC校驗的長(cháng)度和有效數據長(cháng)度等信息的設置，然后微控制器把傳感器定時(shí)采集到的數據通過(guò)通信接口發(fā)送給射頻芯片，射頻芯片再通過(guò)發(fā)射模式發(fā)送出去[4]。
1.1 片上芯片CC2430
CC2430包含了1個(gè)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(gè)工業(yè)級小巧高效的8051控制器，在單個(gè)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(diǎn)：(1)使用1個(gè)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據保持能力；(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(shí)，Rx為27 mA，Tx為25 mA)，特別適合要求電池壽命非常長(cháng)的應用[5]場(chǎng)合。
1.2 溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介
DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單線(xiàn)式數字溫度傳感器，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，適合惡劣的現場(chǎng)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(jiǎn)單，如圖3所示。由于它將地址線(xiàn)、數據線(xiàn)和控制線(xiàn)合為一根雙向串行傳輸的信號線(xiàn)，可以單獨控制，因此只需占用CC2430的1根I/O線(xiàn)。

2 系統的軟件結構
2.1 系統流程圖
系統的軟件主要由主程序、初始化子程序、數據采集子程序、無(wú)線(xiàn)通信子程序、串口通信子程序5部分組成。其中的無(wú)線(xiàn)通信子程序分為發(fā)送模式和接收模式，系統工作流程圖如圖4所示。

2.2 DS18B20的工作時(shí)序及軟件流程
DS18B20單線(xiàn)通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴格的時(shí)隙概念，因此，系統對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。其采集程序流程圖如圖5所示。

2.3 測溫結果
測溫結果由兩部分組成：(1)標簽的ID號，ID號由64位十六進(jìn)制組成，可以通過(guò)軟件SmartRF04Prog進(jìn)行改寫(xiě)；(2)實(shí)時(shí)采集到的溫度信息。這兩部分通過(guò)串口發(fā)送到上位機進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
本系統軟件編程采用單片機C51語(yǔ)言，在IAR Embedded Workbench IDE編譯環(huán)境下進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)調試。
經(jīng)過(guò)調試，本設計達到了預期的結果，發(fā)送端每隔10 min發(fā)送1次標簽的ID號和溫度采集數據，接收端能夠正確接收到數據并且通過(guò)串口通信發(fā)送到上位機進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。把溫度傳感器與RFID芯片結合起來(lái)只占很小的空間，滿(mǎn)足了小型化、無(wú)線(xiàn)傳輸、實(shí)時(shí)監測的要求，其可靠性和精度也有了很大的提高，可應用于礦井生產(chǎn)安全監測監控系統中，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，為許多醫藥診斷試驗和程序提供及時(shí)的數據。