一種基於rfid的環境參數測量裝置的製作方法
2023-04-22 17:07:51
專利名稱：一種基於rfid的環境參數測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於環境檢測技術領域，具體地說，是涉及一種用於檢測環境溫度和溼度的環境參數測量裝置。
背景技術：
在現代倉儲及日常管理過程中，檢測監察的主要內容之一是對所處環境的溫度、溼度進行適時或實時監測。目前，對於溫度和溼度的檢測監察工作主要採用兩種方式第一種是人工抽查方式，就是幾個監測人員分別拿著一根類似於玻璃管狀的檢測儀到倉庫的各個角落進行抽查，人工記錄檢測數據。這種檢測方式的時效性和完整性非常差，而且勞動強度大，檢測結 果受人工影響比較大，顯然不能滿足現代化倉儲管理的需求。第二種是自動監測方式，這是對前一種方式的改進，採用的方法是在備件倉庫的適當位置布置適當數量的溫溼度傳感器，每一個傳感器由一根電纜連接到儀表或者數位化設備上，進而實現自動化檢測和監察任務。在這種工作方式下，工作人員必須在倉庫內部布設大量的信號傳輸線纜，密如蛛網，每次倒倉後，都需要對這些電纜進行重新整理，對於大型倉庫而言，無疑增加了許多勞動量，因此，也不是一種理想的環境監測方法。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種基於RFID技術的環境參數測量裝置，解決了傳統自動監測方式中繁瑣的布線工作，在滿足企業基本功能需求和產品質量要求的基礎上，提高了環境參數的檢測效率，降低了運行成本。為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案予以實現一種基於RFID的環境參數測量裝置，包括環境參數無線傳感模塊、閱讀器和上位計算機系統；在所述環境參數無線傳感模塊中包含有用於檢測環境參數的傳感器以及將傳感器檢測輸出的環境參數以射頻信號的形式發射輸出的射頻卡；所述射頻卡與閱讀器建立無線連結，通過閱讀器接收射頻卡發出的射頻信號，並進行信號轉換後傳輸至所述的上位計算機系統。進一步的，在所述環境參數無線傳感模塊中還包含有處理器，連接在所述的傳感器與射頻卡之間。優選的，所述傳感器為溫溼度傳感器，採集環境的溫度和溼度參數，並通過I2C總線傳輸至所述的處理器。優選的，所述處理器優選通過SPI總線連接射頻卡，傳輸環境參數。又進一步的，在所述環境參數無線傳感模塊中還設置有用於為傳感器、處理器和射頻卡供電的電池。再進一步的，所述環境參數無線傳感模塊可以設置有多個，且每一個環境參數無線傳感模塊均可以與一個或者多個閱讀器建立無線通信鏈路。[0012]對於閱讀器與上位計算機系統的數據通信方式，優選採用以下三種設計方案其一是，將所述閱讀器通過RS232或者RS485串行總線與上位計算機系統連接通f目;其二是，在所述閱讀器和上位計算機系統兩側分別連接光電轉換器，通過閱讀器輸出的電信號經由連接在閱讀器一側的光電轉換器轉換為光信號後，通過光纖傳輸至連接在上位計算機系統一側的光電轉換器，進而還原出電信號輸出至上位計算機系統；其三是，所述閱讀器將採集到的環境參數以無線數據傳輸方式傳輸至上位計算機系統。更進一步的，為了實現環境參數的長時間 保存，所述上位計算機系統通過網線與資料庫伺服器連接通信，將採集到的環境參數定時地保存在資料庫伺服器中，以方便監測人員調取、詢查。與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是本實用新型將RFID技術應用於倉庫內部的溫溼度檢測過程中，結合目前大型糧倉、設備倉庫普遍使用的溫度、溼度傳感器進行環境參數測量裝置的專門設計，不僅能夠很好地完成自動檢測倉庫溫度和溼度的任務，而且大大縮短了倉庫環境參數的檢測時間，節約了大量的人力、物力，是一種低成本、高安全、高穩定運行、高效率的新型測量裝置。結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述後，本實用新型的其他特點和優點將變得更加清楚。
圖I是本實用新型所提出的基於RFID環境參數測量裝置的系統整體架構圖；圖2是圖I中環境參數無線傳感模塊的一種實施例的電路原理框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細地說明。本實用新型結合現代糧倉、設備倉庫的實際需求，使用目前成熟的RFID技術，設計了一種基於RFID技術的環境參數測量裝置，為倉庫環境的自動監測提供了一種比較完善的解決方案。RFID即射頻識別技術，是一種利用射頻頻段實現非接觸雙向數據通信的自動識別技術。基本的RFID系統包括閱讀器和射頻卡(應答器)兩部分。閱讀器可以是只讀裝置，也可以是讀寫裝置，通常包含射頻模塊(發射和接收)、控制單元以及與射頻卡耦合的元件(例如電感線圈或者天線等)。此外，在閱讀器上還應配置有可與外部設備相連接的通信接口，以方便將其所獲取的數據傳送給外圍設備，例如上位機等。射頻卡放置在待識別的物體上，是RFID系統真正的數據載體，通常由耦合元件和微電子晶片組成。根據射頻卡的數據調整方式，目前可分為主動式和被動式兩種RFID系統。主動式RFID系統為有源系統，即射頻卡利用自身的射頻能量主動發送數據給閱讀器，調製方式可以為調幅、調頻或調相。被動式RFID系統為無源系統，利用讀寫器發射的電磁波為射頻卡提供能量，重量輕、體積小、壽命長、價格便宜，但發射距離受限，一般只有幾十釐米，且需要讀寫器具有較大的發射功率。本實用新型將有源RFID技術應用到倉庫內部的環境參數檢測過程中，設計了一種環境參數測量裝置，實現了倉庫環境的自動監測功能。下面通過一個具體的實施例來詳細闡述所述環境參數測量裝置的具體組建結構及其工作原理。實施例一，參見圖I所示，本實施例的環境參數測量裝置主要由環境參數無線傳感模塊I、閱讀器2和上位計算機系統5三部分組成。其中，在環境參數無線傳感模塊I中設置有用於檢測倉庫環境參數的傳感器以及用於與閱讀器2構成RFID無線傳輸系統的射頻卡，通過所述射頻卡可以將傳感器檢測輸出的環境參數調製成無線射頻信號，發射給閱讀器2進行接收，進而通過閱讀器2與上位計算機系統5連接通信，完成環境參數的上傳和遠程監測任務。』所述環境參數無線傳感模塊I可以根據倉庫的實際檢測需要同時設置多個，分別布設在需要檢測的物品周圍的適當位置處。在每一座倉庫的頂部、四周牆壁或者其他合適的位置處可以安裝一個或者多個閱讀器2，具體可以根據射頻卡與閱讀器2之間的無線傳輸距離進行合理配置，以準確接收不同射頻卡發出的射頻信號。將每一個閱讀器2與上位計算機系統5連接(可以採用有線連接方式，也可以採用無線傳輸方式)，以構成檢測監察網絡，由此一來，監測人員只需在控制室內通過操作上位計算機系統，即可完成對倉庫環境的監測和詢查任務。為了方便傳感器與射頻卡之間進行數據傳輸，在所述環境參數無線傳感模塊I中還進一步設置有處理器，以單片機為例進行說明，連接在傳感器與射頻卡之間，完成數據格式的轉換及通信管理任務。在本實施例中，所述傳感器為用於檢測環境溫度和溼度變化的溫溼度傳感器，可以將採集到的溫度和溼度參數以模擬信號或者數位訊號的形式輸出。為了節約單片機的接口資源，優選採用配置有I2C總線接口的溫溼度傳感器進行所述環境參數無線傳感模塊I的整體設計，參見圖2所示。將所述溫溼度傳感器的總線接口 SDA、SCL通過I2C總線連接到單片機，將採集到的溫度和溼度參數轉換成I2C總線數據格式，發送至單片機進行處理和暫存。為了滿足環境參數無線傳感模塊I中各用電負載的供電要求，在所述環境參數無線傳感模塊I中還設置有電池，優選採用輸出幅值為3. 3V的鋰電池作為供電電源，分別連接溫溼度傳感器、單片機和射頻卡的供電端VCC，為溫溼度傳感器、單片機和射頻卡提供工作電壓。為了提高溫溼度傳感器與單片機之間數據傳輸的穩定性和可靠性，在連接溫溼度傳感器與單片機的I2C總線上還可以進一步連接上拉電路，例如通過上拉電阻R連接鋰電池的電壓輸出端，以防止環境參數在線路傳輸過程中因受幹擾信號的影響而出現錯誤，提高信號傳輸的抗幹擾能力。 在所述溫溼度傳感器的供電端VCC與接地端GND之間還可以進一步連接電容C，以起到去耦濾波的作用。對於單片機與射頻卡之間優選採用SPI總線進行數據的雙向通信，如圖2所示。射頻卡通過SPI接口接收到單片機發出的命令後，選擇進入發射或者接收數據模式，在閱讀器與射頻卡之間進行無線通信。射頻卡接收或者發射完有效的數據包後，將其數據就緒引腳DR置高，單片機檢測到射頻卡的DR引腳為高電平後，將射頻卡轉入低功耗的待機模式。[0033]在所述射頻卡與閱讀器之間採用半雙工的數據通信方式，數據通信採用傳輸前偵聽的「載波檢測協議」，即接收前先檢測載波信息和地址匹配信息，只有當載波存在且發送地址正確(高電平)時才接收數據包。發送數據前也要先轉到接收模式進行載波信息的偵聽，只要傳輸的頻率通道未被佔用，方可轉入發射模式發送數據。使用此數據通信協議可以實現簡單有效的防碰撞。採用主動式RFID系統設計環境參數測量裝置，信息實時性好、數據容量大、作用 距離遠，並具有集成度高、易於調試、低功耗、低成本和易擴展等優點，因而可以廣泛應用在對數據實時性要求高或者數據需要反覆讀寫的場合。對於閱讀器2與上位計算機系統5之間可以採用有線和無線多種數據傳輸方式進行通信，如圖I所示，下面分別進行描述。其一是，採用RS232或者RS485串行總線連接在閱讀器2與上位計算機系統5之間，利用串口通信方式實現二者之間的數據交互。其二是，採用基於光纖的有線數據傳輸方式。此時，需要在閱讀器2 —側和上位計算機系統5 —側分別安裝光電轉換模塊3、4。對於閱讀器2需要上傳至上位計算機系統5的環境參數採樣數據，首先通過與閱讀器2相連接的光電轉換模塊3進行電信號到光信號的轉換處理後，通過光纖傳輸至上位計算機系統5 —側的光電轉換模塊4，經由光電轉換模塊4進行光信號到電信號的轉換處理後，傳輸至上位計算機系統5進行分析、顯示。在上位計算機系統5中安裝並運行環境監測軟體，監測人員通過操作上位計算機完成倉庫溫度和溼度的檢測和查詢工作。對於檢測到的環境參數可以通過網線傳輸至與所述上位計算機系統5相連接的資料庫伺服器6中進行保存，或者導入到其他存儲介質中，以方便監測人員隨時調取和詢查。反之，對於上位計算機系統5發出的控制命令(例如要求閱讀器2上傳環境參數的控制指令或者定時上傳採樣數據的定時時間等系統配置信息)則首先由安裝在上位計算機系統5 —側的光電轉換模塊4轉換成光信號後，通過光纖傳輸至與閱讀器2相連接的光電轉換模塊3，進而還原出原始的電信號，輸出至閱讀器2，以響應上位計算機系統5的控制命令。其三是，基於無線數據傳輸方式。此時，需要在閱讀器2 —側和上位計算機系統5一側分別安裝射頻收發模塊，以建立起閱讀器2與上位計算機系統5之間的無線通信鏈路，進而實現數據的無線通信功能。本實施例的環境參數測量裝置具有以下顯著優點(I)倉庫內無線傳輸，解決了以往蜘蛛網狀的布線問題，特別適應應急組網的需求；(2)倉庫外數據傳輸可以採用有線方式、無線方式或者有線、無線混合方式，運用靈活；(3)射頻卡可以連續工作6 8年，且功耗極低；(4)倉庫內設備的氣密性強、無毒、無汙染；(5)使用上位計算機系統進行倉庫內環境的自動實時監測，同時具備歷史數據查詢和安全存儲的功能；(6)倒倉成本低,不易損壞,為企業節約開支；(7)維修簡單，可以在系統運行條件下更換部分配件，不受環境限制。當然，上述說明並非是對本實用新型的限制，本實用新型也並不僅限於上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本實用新型的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本實用新型的保護範圍。·
權利要求1.一種基於RFID的環境參數測量裝置，其特徵在於包括環境參數無線傳感模塊、閱讀器和上位計算機系統；在所述環境參數無線傳感模塊中包含有用於檢測環境參數的傳感器以及將傳感器檢測輸出的環境參數以射頻信號的形式發射輸出的射頻卡；所述射頻卡與閱讀器建立無線連結，通過閱讀器接收射頻卡發出的射頻信號，並進行信號轉換後傳輸至所述的上位計算機系統。
2.根據權利要求I所述的基於RFID的環境參數測量裝置，其特徵在於在所述環境參數無線傳感模塊中還包含有處理器，連接在所述的傳感器與射頻卡之間。
3.根據權利要求2所述的基於RFID的環境參數測量裝置，其特徵在於所述傳感器為溫溼度傳感器，採集環境的溫度和溼度參數，並通過I2C總線傳輸至所述的處理器。
4.根據權利要求2所述的基於RFID的環境參數測量裝置，其特徵在於所述處理器通過SPI總線連接射頻卡，傳輸環境參數。
5.根據權利要求2所述的基於RFID的環境參數測量裝置，其特徵在於在所述環境參數無線傳感模塊中還設置有用於為傳感器、處理器和射頻卡供電的電池。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的基於RFID的環境參數測量裝置，其特徵在於所述環境參數無線傳感模塊設置有多個，每一個環境參數無線傳感模塊均與一個或者多個閱讀器建立無線通信鏈路。
7.根據權利要求I至5中任一項所述的基於RFID的環境參數測量裝置，其特徵在於所述閱讀器通過RS232或者RS485串行總線與上位計算機系統連接通信。
8.根據權利要求I至5中任一項所述的基於RFID的環境參數測量裝置，其特徵在於在所述閱讀器和上位計算機系統兩側分別連接有光電轉換器，通過閱讀器輸出的電信號經由連接在閱讀器一側的光電轉換器轉換為光信號後，通過光纖傳輸至連接在上位計算機系統一側的光電轉換器，進而還原出電信號輸出至上位計算機系統。
9.根據權利要求I至5中任一項所述的基於RFID的環境參數測量裝置，其特徵在於所述閱讀器將採集到的環境參數以無線數據傳輸方式傳輸至上位計算機系統。
10.根據權利要求I至5中任一項所述的基於RFID的環境參數測量裝置，其特徵在於所述上位計算機系統通過網線與資料庫伺服器連接通信。
專利摘要本實用新型公開了一種基於RFID的環境參數測量裝置，包括環境參數無線傳感模塊、閱讀器和上位計算機系統；在所述環境參數無線傳感模塊中包含有用於檢測環境參數的傳感器以及將傳感器檢測輸出的環境參數以射頻信號的形式發射輸出的射頻卡；所述射頻卡與閱讀器建立無線連結，通過閱讀器接收射頻卡發出的射頻信號，並進行信號轉換後傳輸至所述的上位計算機系統。本實用新型將RFID技術應用於倉庫內部的溫溼度檢測過程中，結合目前大型糧倉、設備倉庫普遍使用的溫度、溼度傳感器進行環境參數測量裝置的專門設計，不僅能夠很好地完成自動檢測倉庫溫度和溼度的任務，而且大大縮短了倉庫環境參數的檢測時間，節約了大量的人力、物力。
文檔編號G01D21/02GK202433039SQ201220003758
公開日2012年9月12日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者丁黎, 于慧彬, 宋文杰, 成文, 漆隨平, 王東明, 王平 申請人:山東省科學院海洋儀器儀表研究所