專利名稱：基于nfc的冷鏈rfid溫度電子標簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻通信應(yīng)用和冷鏈溫度監(jiān)控領(lǐng)域，具體是提供一種基于NFC近場通信技術(shù)的射頻識別溫度記錄電子標簽，該電子標簽可非常方便被支持NFC的手機等便攜設(shè)備讀取，冷鏈各環(huán)節(jié)、周期的溫度信息一目了然，及時簡單的做到冷鏈產(chǎn)品溯源。
背景技術(shù)：
隨著人民生活質(zhì)量的不斷提高及中國入世后農(nóng)產(chǎn)品、食品流通面臨的新挑戰(zhàn)。近年來，問題豬肉、地溝油，三聚氰胺奶粉等事件層出不窮，食品安全問題引起了越來越多人的重視?？勺匪菹到y(tǒng)是促進生產(chǎn)信息透明化，提高食品衛(wèi)生安全，增加產(chǎn)品市場競爭力的重要措施。當前的可追溯系統(tǒng)一般是基于RFID技木，在產(chǎn)品生產(chǎn)及物流配送的各個環(huán)節(jié)記錄產(chǎn)品的流通信息，對于冷鏈產(chǎn)品還要記錄產(chǎn)品的溫度信息，在產(chǎn)品進入銷售終端后，將各環(huán)節(jié)信息匯總到在線服務(wù)網(wǎng)站上，人們通過在線的方式查詢所購商品的溯源信息。但這種可追溯系統(tǒng)一般是消費者在購買后進行驗證，另外要通過登錄到網(wǎng)站輸入產(chǎn)品序列號，費時費力，查詢效率不高。最近在近距離無線通訊(NFCNear Field Communication)移動商用方案公布后， 越來越多的智能手機開始支持NFC功能，此時手機廣泛用干支付、身份認證、游戲機、掌上電腦。手機是當前我們?nèi)巳硕荚谑褂玫耐ㄓ崱蕵饭ぞ?，如果能將手機變?yōu)槲覀冇糜诶滏湲a(chǎn)品的質(zhì)量檢驗工具，在我們選購冷鮮肉制品的時候，獲取商品的各個流通環(huán)節(jié)的溫度、時間等信息，方便我們選購合格的產(chǎn)品。NFC是ー種用于近距離無線通信的技木，它結(jié)合了近場通信技術(shù)和移動通信技木， 能實現(xiàn)了電子支付、身份認證、票務(wù)、數(shù)據(jù)交換、防偽、廣告等多種功能，是移動通信領(lǐng)域的 ー種新型業(yè)務(wù)。近場通信業(yè)務(wù)改變了用戶使用移動電話的方式，使用戶的消費行為逐步走向電子化，建立了ー種新型的用戶消費和業(yè)務(wù)模式。NFC 由非接觸式射頻識別(RFID Radio Frequency IDentification)及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來，是ー種用于近距離無線通信的技木，由索尼和飛利浦共同開發(fā)。2002 年，NFC被批準成為IS0/IEC IS 18092國際標準，此后還被批準為EMCA — 340標準與ETSI TS 102 190標準。NFC標準與IS0/IEC 14443非接觸式IC卡兼容。也就是說NFC標準兼容 Philip 的 MIFARER 和 SONY 的 FeliCa 標準。文中的UTC 即 Coordinated Universal Time (協(xié)調(diào)世界吋)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，可被具有NFC功能的手機讀取其記錄，實現(xiàn)了快速方便的對冷鏈產(chǎn)品溯源的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，包括
射頻單元為集成IS0/IEC 14443標準協(xié)議控制器的射頻芯片，工作在被動模式下，當NFC讀寫設(shè)備發(fā)起命令操作吋，根據(jù)命令的不同，向存儲單元寫入配置信息，或者從存儲單元讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至NFC設(shè)備，其所有命令操作均符合IS0/IEC 14443協(xié)議標準；
實時時鐘單元自帶晶振的RTC単元，運行UTC標準的實時時鐘，用于記錄當前的時間， 在進行溫度采集時，標定溫度采集的這ー時刻，可標定當前的實時時間；
溫度采集單元該單元為數(shù)字式溫度傳感器，由控制單元控制，通過溫度傳感器采集當前環(huán)境溫度模擬值，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字值，用于存儲溫度記錄；
數(shù)據(jù)存儲単元此存儲模塊為一雙ロ EEPR0M，擁有兩個訪問通道，用于存儲標簽工作參數(shù)和溫度時間記錄，可同時被控制単元和射頻單元讀寫；
控制單元由低功耗的MCU構(gòu)成，包括其基本IO単元，依據(jù)數(shù)據(jù)存儲單元中的工作參數(shù)控制標簽的工作運行模式；控制溫度采集和實時時鐘，寫入記錄到數(shù)據(jù)存儲単元；響應(yīng)NFC 讀寫設(shè)備的控制命令，組織相關(guān)數(shù)據(jù)予以反饋。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述射頻単元可與具有NFC功能的手機建立通信。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述通信頻率為13. 56MHz ；最大傳輸速率為4MlcbpS， 工作在被動模式下吋，最大傳輸速率為1061APS ；調(diào)制方式為ASK ；半雙エ傳輸方式。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述射頻単元上設(shè)置有天線，該天線采用蝕刻エ藝，采用鋁合金與PET制作，傳輸距離為0到10cm。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述射頻單元采用射頻場能量供電，通過射頻讀寫操作無需額外電源供電。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實時時鐘單元集成38KHz低速晶振或外部連接高速16MHz晶振；時間采用UTC格式，可以獲得當前的實時時間；并可通過寄存器操作設(shè)定時間；可以實現(xiàn)從5S到24H定時間隔設(shè)置，其精度為士3%。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述溫度采集單元的溫度測量范圍為-20°C至60°C;測量誤差為士0. 5°C ；采樣精度為IObit ；通過串行接ロ與控制單元通信。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述數(shù)據(jù)存儲單元為一雙ロ EEPR0M，可同時被射頻單元和控制單元讀寫；存儲容量為8K byte，最大可存儲2000條溫度記錄；通過串行接ロ與控制單元通信。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述控制單元采用低功耗的MCU，最大工作電流5mA; 休眠時電流為3 μ Α,休眠時RTC単元和Timer正常運行，依靠定時器喚醒，檢測工作模式，迸行溫度記錄，完成后繼續(xù)進入睡眠，保證系統(tǒng)整體功耗最低，整體采用3V紐扣鋰電池供電， 最大連續(xù)工作時間可達3年。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其記錄讀取由NFC讀寫設(shè)備發(fā)起，所有命令按照ISO/ IEC 14443標準的命令格式進行。本發(fā)明的技術(shù)方案，提供的電子標簽可非常方便被支持NFC的手機等便攜設(shè)備讀取，從而對冷鏈各環(huán)節(jié)、周期的溫度信息一目了然，達到及時簡單的做到冷鏈產(chǎn)品溯源的目的。


圖1為本發(fā)明實施例所述的基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽的硬件系統(tǒng)框圖； 圖2為本發(fā)明實施例的所述的基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽的溫度記錄流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，包括
射頻單元為集成IS0/IEC 14443標準協(xié)議控制器的射頻芯片，工作在被動模式下，當 NFC讀寫設(shè)備發(fā)起命令操作吋，根據(jù)命令的不同，向存儲單元寫入配置信息，或者從存儲單元讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至NFC設(shè)備，其所有命令操作均符合IS0/IEC 14443協(xié)議標準；
實時時鐘單元自帶晶振的RTC単元，運行UTC標準的實時時鐘，用于記錄當前的時間， 在進行溫度采集時，標定溫度采集的這ー時刻，可標定當前的實時時間；
溫度采集單元該單元為數(shù)字式溫度傳感器，由控制單元控制，通過溫度傳感器采集當前環(huán)境溫度模擬值，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字值，用于存儲溫度記錄；
數(shù)據(jù)存儲単元此存儲模塊為一雙ロ EEPR0M，擁有兩個訪問通道，用于存儲標簽工作參數(shù)和溫度時間記錄，可同時被控制単元和射頻單元讀寫；
控制單元由低功耗的MCU構(gòu)成，包括其基本IO単元，依據(jù)數(shù)據(jù)存儲單元中的工作參數(shù)控制標簽的工作運行模式；控制溫度采集和實時時鐘，寫入記錄到數(shù)據(jù)存儲単元；響應(yīng)NFC 讀寫設(shè)備的控制命令，組織相關(guān)數(shù)據(jù)予以反饋。其中，射頻單元可與具有NFC功能的手機建立通信。其通信頻率為13. 56MHz ；最大傳輸速率為4241ibpS，工作在被動模式下吋，最大傳輸速率為IOeiibps ；調(diào)制方式為ASK ；半雙エ傳輸方式。在射頻單元上設(shè)置有天線，該天線采用蝕刻エ藝，采用鋁合金與PET制作， 傳輸距離為0到10cm。射頻單元采用射頻場能量供電，通過射頻讀寫操作無需額外電源供 H1^ ο而實時時鐘單元集成38KHz低速晶振或外部連接高速16MHz晶振；時間采用UTC 格式，可以獲得當前的實時時間；并可通過寄存器操作設(shè)定時間；可以實現(xiàn)從5S到24H定時間隔設(shè)置，其精度為士3%。溫度采集單元的溫度測量范圍為-20°C至60°C ；測量誤差為士0. 5°C ；采樣精度為 IObit ；通過I C串行接ロ與控制單元通信。數(shù)據(jù)存儲單元為一雙ロ EEPR0M，可同時被射頻單元和控制單元讀寫；存儲容量為 8K byte，最大可存儲2000條溫度記錄；通過I C串行接ロ與控制單元通信。其具體工作工程如下
溫度采集單元和實時時鐘單元分別連接控制單元，控制單元與數(shù)據(jù)存儲單元連接，可以雙向操作，數(shù)據(jù)存儲単元同時與射頻單元連接。數(shù)據(jù)存儲単元被控制單元讀寫時由電池供電，此時工作在有源工作模式下；當數(shù)據(jù)存儲単元被射頻單元讀寫時，依靠射頻單元提供的射頻場能量供電，此時工作在無源模式下；因此整體標簽的工作模式為半有源方式。如圖2所示，首先，將溫度標簽接通電源，控制單元初始化，此時標簽?zāi)J工作在休眠模式下，控制單元每隔5秒鐘醒來，讀取存儲單元中的工作模式數(shù)據(jù)位，由該數(shù)據(jù)位控制標簽系統(tǒng)的工作模式。如需激活標簽，使之工作在溫度采集模式下，需要NFC讀寫設(shè)備(如手機、手持機) 通過NFC射頻方式向數(shù)據(jù)存儲単元寫入標簽的工作參數(shù)，包括采集模式(定時或超限)、采集周期、溫度限定值、RTC初始時間、標簽ID等。然后NFC讀寫設(shè)備更改數(shù)據(jù)存儲単元中工作模式數(shù)據(jù)位為溫度采集模式。
在控制單元喚醒后讀取到存儲單元的工作模式數(shù)據(jù)位變更為溫度采集模式，繼續(xù)從存儲単元中讀取標簽工作參數(shù)，進行相應(yīng)設(shè)備的初始化。如溫度采集方式為定時采集，此時控制単元在設(shè)定的時間間隔醒來，采集當前環(huán)境溫度，轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，同時從實時時鐘單元獲取當前時間的UTC(Coordinated Universal Time，協(xié)調(diào)世界吋)，寫入數(shù)據(jù)存儲単元的相應(yīng)記錄位。然后標簽轉(zhuǎn)入休眠模式，直至下ー個采集周期醒來，此時標簽的硬件各模塊只有實時時鐘單元RTC和定時器Timer工作；射頻單元由于工作在被動模式下，無須電源供電，因此不在控制范圍內(nèi)。如溫度采集方式為超限記錄模式，此時控制単元每隔5秒鐘醒來，采集當前環(huán)境溫度，轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，判斷該數(shù)字是否超過預(yù)設(shè)的溫度范圍。如超過溫度預(yù)設(shè)范圍，則獲取當前時間，然后一起寫入存儲單元；如不超過溫度預(yù)設(shè)范圍，標簽轉(zhuǎn)入休眠模式，直至下一個溫度檢驗周期。由于標簽的存儲能力有限，因此相鄰的兩個超限記錄，不在重復(fù)寫入記錄，須溫度進入正常范圍后，再一次超限才記錄。溫度記錄寫入數(shù)據(jù)存儲単元后，如需讀取溫度記錄值，由NFC讀寫設(shè)備發(fā)起，以 IS0/IEC 14443標準命令，訪問數(shù)據(jù)存儲単元，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)分布，讀取相應(yīng)的信息。 由于此時完全由射頻單元解析IS0/IEC 14443標準命令，確定訪問的存儲空間地址和操作類型，因此該過程不需控制單元參與。溫度標簽完成冷鏈溯源應(yīng)用后，如想重復(fù)使用該溫度標簽，可以通過NFC讀寫設(shè)備，先將標簽工作模式設(shè)定為休眠模式，寫入新的工作參數(shù)后，再將標簽設(shè)定為溫度采集模式，后續(xù)將重復(fù)上述過程。本發(fā)明采用了基于NFC的RFID通訊方式，滿足冷鏈產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)應(yīng)用的功能， 同時又可以解決常用可追溯系統(tǒng)的溯源查詢復(fù)雜費時，需使用專用設(shè)備讀寫的缺點，創(chuàng)造性的將冷鏈溫度標簽與手機NFC技術(shù)相結(jié)合，使消費者可以簡單、方便的通過NFC手機獲取冷鏈商品各環(huán)節(jié)的信息，判定商品的質(zhì)量。本發(fā)明電子標簽簡單可靠，具有體積小、功耗低的特點，且可重復(fù)使用，降低運維成本，對于冷鏈產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)的推廣有著廣泛的應(yīng)用前
旦 ^JS ο最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，其特征在干，包括射頻單元為集成IS0/IEC 14443標準協(xié)議控制器的射頻芯片，工作在被動模式下，當 NFC讀寫設(shè)備發(fā)起命令操作吋，根據(jù)命令的不同，向存儲單元寫入配置信息，或者從存儲單元讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至NFC設(shè)備，其所有命令操作均符合IS0/IEC 14443協(xié)議標準；實時時鐘單元自帶晶振的RTC單元，運行UTC (Coordinated Universal Time:協(xié)調(diào)世界時)標準的實時時鐘，用于記錄當前的時間，在進行溫度采集時，標定溫度采集的這ー 時刻，可標定當前的實時時間；溫度采集單元該單元為數(shù)字式溫度傳感器，由控制單元控制，通過溫度傳感器采集當前環(huán)境溫度模擬值，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字值，用于存儲溫度記錄；數(shù)據(jù)存儲単元此存儲模塊為一雙ロ EEPR0M，擁有兩個訪問通道，用于存儲標簽工作參數(shù)和溫度時間記錄，可同時被控制単元和射頻單元讀寫；控制單元由低功耗的MCU構(gòu)成，包括其基本IO単元，依據(jù)數(shù)據(jù)存儲單元中的工作參數(shù)控制標簽的工作運行模式；控制溫度采集和實時時鐘，寫入記錄到數(shù)據(jù)存儲単元；響應(yīng)NFC 讀寫設(shè)備的控制命令，組織相關(guān)數(shù)據(jù)予以反饋。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，其特征在干，所述射頻單元可與具有NFC功能的手機建立通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，其特征在干，上述通信頻率為13. 56MHz ；最大傳輸速率為4MlcbpS，工作在被動模式下吋，最大傳輸速率為 106kbps ；調(diào)制方式為ASK ；半雙エ傳輸方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求書3所述的基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，所述射頻単元上設(shè)置有天線，該天線采用蝕刻エ藝，采用鋁合金與PET制作，傳輸距離為0到10cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求書3所述的基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，所述射頻單元采用射頻場能量供電，通過射頻讀寫操作無需額外電源供電。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，其特征在干，所述實時時鐘単元集成38KHz低速晶振或外部連接高速16MHz晶振；時間采用UTC格式，可以獲得當前的實時時間；并可通過寄存器操作設(shè)定時間；可以實現(xiàn)從5S到24H定時間隔設(shè)置，其精度為士 3%。
7.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，其特征在干，所述溫度采集單元的溫度測量范圍為-20°C至60°C ；測量誤差為士0. 5°C ；采樣精度為IObit ；通過串行接ロ與控制單元通信。
8.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，其特征在干，所述數(shù)據(jù)存儲單元為一雙ロ EEPR0M，可同時被射頻單元和控制單元讀寫；存儲容量為8K byte，最大可存儲2000條溫度記錄；通過串行接ロ與控制單元通信。
9.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，其特征在干，所述控制單元采用低功耗的MCU，最大工作電流5mA ；休眠時電流為3 μ Α,休眠時RTC單元和Timer 正常運行，依靠定時器喚醒，檢測工作模式，進行溫度記錄，完成后繼續(xù)進入睡眠，保證系統(tǒng)整體功耗最低，整體采用3V紐扣鋰電池供電，最大連續(xù)工作時間可達3年。
10.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，其特征在干，其記錄讀取由NFC讀寫設(shè)備發(fā)起，所有命令按照IS0/IEC 14443標準的命令格式進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于NFC的冷鏈RFID溫度電子標簽，包括射頻單元、溫度采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、實時時鐘單元和控制單元。溫度采集單元和實時時鐘單元分別連接控制單元，控制單元與數(shù)據(jù)存儲單元連接，可以雙向操作，數(shù)據(jù)存儲單元同時與射頻單元連接。數(shù)據(jù)存儲單元被控制單元讀寫時由電池供電。該電子標簽可以實現(xiàn)定時或溫度超限的方式記錄冷鏈產(chǎn)品的溫度，寫入到標簽存儲器中，待后期讀取溫度記錄，確定冷鏈產(chǎn)品質(zhì)量，追溯產(chǎn)品問題環(huán)節(jié)。可非常方便被支持NFC的手機等便攜設(shè)備讀取，從而對冷鏈各環(huán)節(jié)、周期的溫度信息一目了然，達到及時簡單的做到冷鏈產(chǎn)品溯源的目的。
文檔編號G06K19/07GK102592165SQ20111045809
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者吳波, 姜華, 徐志廣, 毛嘉, 王峰, 魯方林 申請人:上海物鼎傳感技術(shù)有限公司