一种射频测温系统及其温度测量方法与流程

1.本发明属于远程测温技术领域，具体涉及一种射频测温系统及其温度测量方法。


背景技术：

2.集成温度传感器的射频识别(radio frequency identification,rfid)标签芯片可用于远程测温。
3.由于rfid的特性，温度传感器功耗需要尽可能低，因此采用基于时间数字转换器(time-to-digital converter，tdc)结构的温度传感器，tdc结构的温度传感器输出的二进制数字信号与温度线性相关。
4.但是考虑到工艺导致的偏移，通常需要对测温输出进行校准；同时由于对功耗的严格限制，在对测温输出进行校准时需要保证测温功耗尽可能低。然而，目前市场上测温系统的测温功耗都比较高，不仅影响了测温的准确性，而且降低了测温系统的工作距离。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种射频测温系统及其温度测量方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
6.本发明实施例提供了一种射频测温系统，包括：
7.射频读写器，用于在校准模式下发送温度校准命令，在测温模式下发送测温命令并获取第一数值和第二数值；
8.射频温度传感器标签，与所述射频读写器连接，用于在校准模式下根据所述温度校准命令采集若干校准点对应的所述第一数值并存储所述第一数值，在测温模式下根据所述测温命令采集并输出测温点的所述第二数值，同时输出所述第一数值。
9.在本发明的一个实施例中，所述射频读写器还用于根据所述第一数值和所述第二数值进行温度计算，得到所述测试点的测试温度值。
10.在本发明的一个实施例中，所述校准点的数量为2个。
11.在本发明的一个实施例中，所述测试温度值为：
[0012][0013]
其中，t
x
为测试温度值，t
x-1
为第一校准点温度，t
x-2
为第二校准点温度，d
x
为第二数值，d
x-1
为第一校准点温度对应的第一数值，d
x-2
为第二校准点温度对应的第一数值，x≥3。
[0014]
在本发明的一个实施例中，所述射频温度传感器标签的数量大于或等于1个，且所述射频读写器的数量与射频温度传感器标签的数量相等。
[0015]
在本发明的一个实施例中，所述射频温度传感器标签包括：
[0016]
射频模拟前端，与所述射频读写器连接，用于接收所述温度校准命令或所述测温命令；
[0017]
数字基带，与所述射频模拟前端连接，用于识别所述温度校准命令或所述测温命
令，得到第一识别结果或第二识别结果；
[0018]
温度传感器，与所述数字基带连接，用于根据所述第一识别结果测量并输出所述第一数值，根据所述第二识别结果测量并输出所述第二数值；
[0019]
存储器，与所述数字基带连接，用于根据所述第一识别结果储存所述第一数值。
[0020]
本发明的另一个实施例提供了一种射频测温系统的温度测量方法，包括步骤：
[0021]
在校准模式下发送温度校准命令；
[0022]
根据所述温度校准命令采集若干校准点对应的第一数值并存储所述第一数值；
[0023]
在测温模式下发送测温命令；
[0024]
根据所述测温命令采集并输出测温点的第二数值，同时输出所述第一数值；
[0025]
根据所述第一数值和所述第二数值进行温度计算，得到所述测试点的测试温度值。
[0026]
在本发明的一个实施例中，校准点的数量为2个。
[0027]
在本发明的一个实施例中，所述测试温度值为：
[0028][0029]
其中，t
x
为测试温度值，t
x-1
为第一校准点温度，t
x-2
为第二校准点温度，d
x
为第二数值，d
x-1
为第一校准点温度对应的第一数值，d
x-2
为第二校准点温度对应的第一数值，x≥3。
[0030]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0031]
本发明的测温系统通过在校准阶段测量温度并存储数据，在测温阶段测量温度并读取数据，使得大功耗的写存储器操作在无需考虑功耗的校准阶段完成，在测温阶段避免大功耗的写存储器操作，仅进行低功耗的读存储器操作，不仅保证了射频标签的测温模式的低功耗设计，提高了射频标签测温的工作距离，而且保证了测温的准确性。
附图说明
[0032]
图1为本发明实施例提供的一种射频测温系统的结构示意图；
[0033]
图2为本发明实施例提供的一种射频温度传感器标签的结构示意图；
[0034]
图3为本发明实施例提供的一种射频测温系统的温度测量方法的流程示意图。
具体实施方式
[0035]
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0036]
实施例一
[0037]
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种射频测温系统的结构示意图。
[0038]
该射频测温系统包括射频读写器和射频温度传感器标签。
[0039]
射频读写器用于在校准模式下发送温度校准命令，在测温模式下发送测温命令并获取第一数值和第二数值。射频温度传感器标签作为温度传感器的载体，与射频读写器连接，用于在校准模式下根据温度校准命令采集若干校准点对应的第一数值并存储第一数值，在测温模式下根据测温命令采集并输出测温点的第二数值，同时输出第一数值。
[0040]
可以理解的是，该测温系统可执行校准模式和测温模式：
[0041]
在校准模式下，射频读写器靠近射频温度传感器标签，例如，将射频读写器设置在射频温度传感器的0～3cm处，射频读写器发送温度校准命令，该温度校准命令包括温度测量命令和写存储器命令；射频温度传感器标签接收到命令后，首先测量校准点对应的第一数值，然后将第一数值写入存储器对应的地址进行存储。
[0042]
在测温模式下，射频读写器靠近射频温度传感器标签，例如，将射频读写器设置在射频温度传感器的1～3cm处，发送测温命令，射频温度传感器标签接收到命令后，测量测温点对应的第二数值，将第二数值直接输出到射频读写器，并且输出存储器对应地址所存储的第一数值到射频读写器。
[0043]
具体的，第一数值和第二数值均为二进制数值。
[0044]
在上述执行过程中，射频读写器还可以向射频温度传感器标签提供其工作所需的电源。本实施例中，由于写存储器功耗远远大于读存储器的功耗，因此，在校准模式下，将射频读写器靠近射频温度传感器标签，读写器可以向标签提供足够的电源功耗来支持标签中对第一数值的写存储器操作，进而，在校准模式下执行写存储器操作，在测温模式下仅执行读存储器操作，可以保证射频标签足够远的工作距离。
[0045]
在一个具体实施例中，射频读写器还用于根据第一数值和第二数值进行温度计算，得到并显示测试点的测试温度值。
[0046]
本实施例中，在测温模式下，将校准模式写入存储器的参数读取后发送至射频读写器，在读写器中进行温度值计算并显示，避免在射频标签中进行过多的计算，从而降低了功耗。
[0047]
在一个具体实施例中，校准采用两点校准方式，即校准点的数量为2个。具体的，首先利用射频温度传感器标签获取第一个校准点温度对应的第一数值并写入存储器，然后利用射频温度传感器标签获取第二个校准点温度对应的第一数值并写入存储器，在测温模式下将两个校准点对应的第一数值和第二数值均输出。在另一个实施例中，也可以将两个射频温度传感器标签分别放置在两个校准点来获取两个校准点对应的第一数值，实现两点校准。
[0048]
具体的，当校准模式采用两点校准方式时，测试点的测试温度值为：
[0049][0050]
其中，t
x
为测试温度值，t
x-1
为第一校准点温度，t
x-2
为第二校准点温度，d
x
为第二数值，d
x-1
为第一校准点温度对应的第一数值，d
x-2
为第二校准点温度对应的第一数值，x≥3。
[0051]
以校准点的数量为2个，测试点的数量为1个为例，采用两点校准方式对测量点进行测量得到的温度的计算公式为：
[0052][0053]
其中，t3为测试点温度值，t1为第一个校准点温度，t2为第二个校准点温度，d3为第二数值，d1为第一个校准点温度对应的第一数值，d2为第二个校准点温度对应的第一数值。
[0054]
需要说明的是，本实施例的两个校准点可以通过改变同一校准点的温度实现，也可以通过改变同一物体表面的校准点位置实现。
[0055]
在一个具体实施例中，射频温度传感器标签的数量大于或等于1个，且射频读写器的数量与射频温度传感器标签的数量相等。
[0056]
具体的，射频读写器与射频温度传感器标签一一对应；当射频温度传感器标签的数量为1个时，射频读写器的数量也为1个；当射频温度传感器标签的数量为多个时，射频读写器的数量也为多个，即可以采用一定数量的射频标签进行批量校准。
[0057]
进一步的，射频温度传感器标签的数量为1个时，其在校准模式下采用两点校准方式，其测试温度值的计算参见上述公式。
[0058]
当射频温度传感器标签的数量为多个时，可以将多个射频温度传感器标签依次进行编号，放置于多个校准点，获取多个第一数值，利用多个第一数值与测温点的第二数值来计算测试温度值，其温度计算的公式仍为两点校准方式的测试温度计算公式。例如，射频温度传感器标签的数量为4个，将4个射频温度传感器标签分别放置于4个校准点，4个校准点的温度分别记为ta、tb、tc、td，对应的第一数值分别记为da、db、dc、dd，测试温度记为t3，第二数值记为d3，t3的计算方式可以为：
[0059]
根据ta、tb、da、db和d3计算t
10
：
[0060][0061]
根据tc、td、dc、dd、d3计算t
20
：
[0062][0063]
根据t
10
和t
20
计算t3：
[0064]
t3＝(t
10
t
20
)/2。
[0065]
当然，也可以将每个射频温度传感器标签均放置于两个校准点，计算每个校准点的测试温度值，最后取多个射频温度传感器标签的平均值。
[0066]
本实施例中，在校准阶段采用两点校准方式，可以获得较为准确的测试温度，保证了测温的准确性。
[0067]
请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种射频温度传感器标签的结构示意图，该射频温度传感器标签包括：射频模拟前端、数字基带、温度传感器和存储器。
[0068]
具体的，射频模拟前端与射频读写器连接，用于接收温度校准命令或测温命令。进一步，射频模拟前端还用于接收读写器发送的电源信号、时钟信号和复位信号，并对信号进行调制调解，将接收端收到的数字频带信号还原成数字基带信号，将各种数字基带信号转换成适用于信道传输的数字调制信号。
[0069]
数字基带与射频模拟前端连接，用于识别温度校准命令或测温命令，得到第一识别结果或第二识别结果；进一步的，数字基带根据第一识别结果或第二识别结果控制温度传感器和存储器执行相应的操作。
[0070]
具体的，数字基带与射频模拟前端可以整体采用pn532模块。
[0071]
温度传感器为tdc结构温度传感器，与数字基带连接，用于根据第一识别结果测量并输出第一数值，根据第二识别结果测量并输出第二数值。温度传感器采用tdc结构温度传感器，其功耗较低，可以降低射频标签的功耗，提高射频标签的工作距离。
[0072]
存储器为eeprom，与数字基带连接，用于在校准模式下根据第一识别结果储存第
一数值。
[0073]
以恒温箱的测温为例，上述测温系统的工作流程如下：
[0074]
校准模式：校准采用两点校准方式，将射频标签放置在恒温箱中，并设置温度得到第一个校准点，射频读写器发送温度校准命令，rfid标签中的温度传感器输出当前温度下的采样值即第一数值，并写入存储器；改变温度得到再次进行上述操作，共在存储器中储存两个校准温度点的第一数值。
[0075]
测温模式：
[0076]
射频读写器发送测温命令，射频标签根据测温命令将存储器中的两个第一数值以及当前温度传感器输出的第二数值共同发送给射频读写器，由射频读写器进行温度计算并显示。
[0077]
本实施例的测温系统通过在校准阶段测量温度并存储数据，在测温阶段测量温度并读取数据，使得大功耗的写存储器操作在无需考虑功耗的校准阶段完成，在测温阶段避免大功耗的写存储器操作，仅进行低功耗的读存储器操作，同时计算量较大的温度计算过程在射频读写器内完成，保证了射频标签的测温模式的低功耗设计，降低了射频的功耗，提高了读写距离，提高了射频标签测温的工作距离；而且采用两点式校准，保证了测温精度，提高了测温的准确性。
[0078]
实施例二
[0079]
在实施例一的基础上，请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种射频测温系统的温度测量方法的流程示意图。该方法包括步骤：
[0080]
s1、在校准模式下发送温度校准命令。
[0081]
s2、根据温度校准命令采集若干校准点对应的第一数值并存储第一数值。
[0082]
s3、在测温模式下发送测温命令。
[0083]
s4、根据测温命令采集并输出测温点的第二数值，同时输出第一数值。
[0084]
s5、根据第一数值和第二数值进行温度计算，得到测试点的温度值。
[0085]
以两点校准方式对恒温箱的测温为例，该温度测量方法具体包括步骤：
[0086]
首先执行校准模式：
[0087]
s1、在校准模式下发送温度校准命令。
[0088]
首先，将射频温度传感器标签置于恒温箱内部，将射频读写器尽可能近得置于恒温箱旁边，例如射频读写器位于恒温箱旁的0～3cm处。
[0089]
然后，设置恒温箱温度为t1，并保持一段时间，例如30s～1min，使恒温箱内部温度稳定，得到第一校准点温度。
[0090]
接着，打开射频读写器，发送温度校准命令1。
[0091]
s2、根据温度校准命令采集若干校准点对应的第一数值并存储第一数值。
[0092]
具体的，在温度校准命令1的控制下，首先使能温度传感器；然后，温度传感器采集温度模拟值，模拟值再转换为二进制数值即第一校准点温度对应的第一数值d1并输出；接着，保存上述第一数值d1到存储器中的地址a1处；最后，关闭温度传感器。
[0093]
s3、在校准模式下发送温度校准命令。
[0094]
具体的，首先，设置恒温箱温度为t2，t2可以大于t1，并保持一段时间，例如30s～1min，使恒温箱内部温度稳定，得到第二校准点温度。
[0095]
然后打开射频读写器，发送温度校准命令2。
[0096]
s4、根据温度校准命令采集若干校准点对应的第一数值并存储第一数值。
[0097]
具体的，在温度校准命令2的控制下，首先使能温度传感器；然后，温度传感器采集温度模拟值，模拟值再转换为二进制数值即第二校准点温度对应的第一数值d2并输出；接着，保存上述第一数值d2到存储器中的地址a2处；最后，关闭温度传感器。
[0098]
至此，温度校准模式所需的数据采集完毕，进行测温模式：
[0099]
s5、在测温模式下发送测温命令。
[0100]
具体的，将射频读写器以及射频温度传感器标签置于合适位置，例如，将射频读写器设置在射频温度传感器的1～3cm处。
[0101]
然后，打开rfid读写器，rfid读写器发送测温命令。
[0102]
s6、根据测温命令采集并输出测温点的第二数值，同时输出第一数值。
[0103]
具体的，在测温命令的控制下，首先，使能温度传感器；然后，温度传感器采集温度模拟值，模拟值再转换为二进制数值即测试点温度对应的第二数值d3并发送至射频读写器；接着，读取存储器地址a1和a2的数值d1和d2，并发送至射频读写器。
[0104]
s7、根据第一数值和第二数值进行温度计算，得到并显示测试点的测试温度值。
[0105]
测试点的测试温度值为：
[0106][0107]
其中，t
x
为测试温度值，t
x-1
为第一校准点温度，t
x-2
为第二校准点温度，d
x
为第二数值，d
x-1
为第一校准点温度对应的第一数值，d
x-2
为第二校准点温度对应的第一数值，x≥3。
[0108]
以校准点的数量为2个，测试点的数量为1个为例，采用两点校准方式对测量点进行测量得到的测试温度计算过程为：
[0109][0110]
移项得到：
[0111][0112]
其中，t3为测试温度值，t1为第一校准点温度，t2为第二校准点温度，d3为第二数值，d1为第一校准点温度对应的第一数值，d2为第二校准点温度对应的第一数值。
[0113]
综上，经过校准的测温系统输出的测试温度值为t3。
[0114]
本实施例的温度测量方法通过在校准阶段测量温度并存储数据，在测温阶段测量温度并读取数据，使得大功耗的写存储器操作在无需考虑功耗的校准阶段完成，在测温阶段避免大功耗的写存储器操作，仅进行低功耗的读存储器操作，计算量较大的温度计算过程也在射频读写器内完成，不仅保证了射频标签的测温模式的低功耗设计，提高了射频标签测温的工作距离，而且保证了测温的准确性。
[0115]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的
保护范围。