隨著(zhù)RFID和傳感器技術(shù)的成熟,近年來(lái)人們關(guān)注將它們集成,F在有兩種RFID傳感器標簽體系:一種RFID標簽集成傳統電池支持的傳感器于硅芯片上并帶有模/數轉換器;這種技術(shù)適合多種傳感器,但標簽尺寸大且成本高,且壽命受限于電池容量。第二種將傳感器集成于標簽天線(xiàn)上,這樣尺寸和成本下降,但如何設計這樣的傳感器元件成為問(wèn)題所在。一般而言,射頻識別技術(shù)識別距離可達幾十米以上。帶有智能傳感器的RFID,是無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的重要組成部分。另外,溫度是很重要的環(huán)境參數之一,溫度傳感器應該能夠監視和記錄關(guān)鍵的溫度變化。在標簽芯片中嵌入溫度傳感電路是一大方向。目前基于CMOS工藝的RFID溫度傳感方法有兩種典型結構。一種是利用模數轉換將與溫度有關(guān)的電壓信號轉換成包含溫度信息的數字信號。另一種是采用時(shí)域數字量化的方式將周期隨溫度變化的信號轉化成包含溫度信息的數字信號,即利用一個(gè)輸出周期隨溫度變化的時(shí)鐘對一個(gè)脈沖寬度與溫度無(wú)關(guān)的脈沖信號進(jìn)行采樣計數,或者利用一個(gè)輸出周期與溫度無(wú)關(guān)的時(shí)鐘對一個(gè)脈沖寬度隨溫度變化的脈沖信號進(jìn)行采樣計數;最終通過(guò)數字信號處理得到溫度信息。采用第一種結構特點(diǎn)是測量范圍寬,測量精度高,測試成本低,但功耗較大,在幾百微瓦到幾毫瓦;第二種結構測量范嗣較小,測量精度不高,但功耗低。下面是關(guān)于溫度傳感器究和應用的一些例子。
在研究方面,瑞典中部大學(xué)的Jinlan Gao等人將印刷的納米傳感器結構集成于UHF RFID標簽天線(xiàn)上,印刷的結構可以說(shuō)明自上次讀數之后是否標簽暴露于過(guò)分的溫度環(huán)境之中,并可用于溫度傳感器壽命太短或太貴的場(chǎng)合;上述實(shí)驗在幾米范圍實(shí)施。中國科學(xué)院Shenghua Zhou和NanjianWu論述“一種新型的低功耗溫度傳感器適于UHF RFID標簽芯片”,指出被動(dòng)式RFID標簽芯片對功耗太敏感,很難在不縮短標簽操作距離的前提下將傳感器與模數轉換器常規方式嵌入,即使驅動(dòng)模數轉換的功耗為幾個(gè)μW也會(huì )大大縮短操作距離。他們的方法使功耗降到0.9μW,校正后的精確度為±1℃。復旦大學(xué)Conghui Xu等人研究的低功耗CMOS型RFID溫度傳感器,功耗26μA~1.8 V,測量范圍-20℃到120℃,校正后精度為±0.65℃。另外,天津大學(xué)的王倩等人提出的無(wú)源CMOS溫度傳感器,適用溫度范圍-50℃到50℃,功耗789 nW,分辨率較高。在商業(yè)應用方面,加拿大的GAO RFID Inc制造的有源溫度傳感器標簽(型號:127003L)以2.45GHz頻率操作,提供物品溫度的實(shí)時(shí)收集監控;并且,這些標簽允許設置邊界溫度以便溫度被超過(guò)時(shí)發(fā)出警報。該標簽可以設置成每隔一定時(shí)間間隔發(fā)送或者進(jìn)入休眠狀態(tài)。測量距離最遠可達50米,每秒可讀100個(gè)標簽,功耗為<7μA,3 V,電池壽命兩年,測量溫度可以從-80℃到120℃,唯一不足的是精度為±2℃。位于土耳其的Alvin Systems有限公司制造靈巧的RFID傳感器標簽,可以貼在物品盒子或袋子上定期記錄監視環(huán)境溫度。記錄下的數據存于標簽的內存,可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)的閱讀器實(shí)時(shí)閱讀和分析,從而獲知運輸或儲藏的溫度是否合適。另外,加拿大的Proxima RFTechnologyCorp工作人員認為,現在RFID標簽的增長(cháng)大都集中于被動(dòng)式超高頻(UHF)標簽,同時(shí)被動(dòng)式高頻(HF,13.56 MHz)市場(chǎng)也在擴大,因為HF型RFID標簽的耐潮濕特性使其成為高水分物品應用的良好選擇,包括冰、水、肉類(lèi)和飲料。
從以上可以看出,將溫度傳感器集成到RFID標簽遇到幾個(gè)挑戰:
1)溫度傳感器應該ON—CHIP并且易校正以便降低費用;
2)功耗要嚴格限制;
3)在測量范圍內精度要高;
4)應答器和收發(fā)器的標準化要形成。新穎靈巧的RFID標簽溫度傳感器應具有以下特性:①尺寸緊湊;②大數據量存儲;③價(jià)格便宜;④功耗低;⑤測量范圍較寬;⑥機械/熱/化學(xué)強度和耐用性好;⑦溫度傳感器的靈敏度可達0.2℃;⑧電源壽命能達到二到三年。
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