摘 要： 為了對易腐爛食品,、藥品和其他對溫度敏感的物品在生產,、運輸和存儲過程中進行實時監(jiān)控，利用射頻識別技術RFID,、電子溫度測量技術,、無線傳輸技術設計了基于射頻識別技術的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)。該設計實現(xiàn)了對生產,、運輸和存儲過程中產品溫度的實時監(jiān)測,，具有超溫報警功能，保障了產品生產,、運輸和存儲過程中的品質,。
關鍵詞： 射頻識別技術；無線傳輸,；溫度監(jiān)測,；RC522
0 引言
人們的生活與溫度息息相關，化學,、物理,、生物等學科的研究都離不開溫度。在電力,、石油,、化工、機械制造、冶金,、大型倉儲室,、農場塑料大棚甚至人們的居室里經常需要對環(huán)境溫度進行監(jiān)測，并根據實際的要求對環(huán)境溫度進行控制,。
隨著無線傳輸技術的發(fā)展、電子測溫技術的普及以及射頻識別技術的成熟,，實時溫度監(jiān)測系統(tǒng)與運輸過程透明化變得切實可行,。射頻識別技術是一種新式的非接觸識別技術，通過射頻信號可對無源非接觸IC卡進行供電與通信,，該過程中無需人工干涉并且可工作于惡劣環(huán)境,，而電子測溫結果準確、可測定范圍廣,，正滿足了產品生產,、運輸過程中的不同需求。
本系統(tǒng)基于射頻識別技術設計了溫度實時無線監(jiān)測系統(tǒng),，實現(xiàn)了超溫報警,、溫度信息儲存和無線傳輸，對保證產品生產,、運輸和存儲安全具有一定意義[1],。
1 溫度監(jiān)測系統(tǒng)總體設計
系統(tǒng)功能框圖如圖1所示，該監(jiān)測系統(tǒng)有主機和從機兩部分,。從機實現(xiàn)溫度收集功能,，并將數據發(fā)送到主機。主機則將溫度儲存,，待有非接觸式RFID卡靠近時,，根據按鍵指令將溫度信息從RFID卡中讀取或者將從機采集到的溫度信息寫入RFID卡，卡中相關信息則在液晶屏顯示告知用戶,。如果接收到從機采集的溫度信息超出安全范圍則提供報警功能,，提示用戶溫度超過安全范圍，進行緊急處理,。
2 溫度監(jiān)測系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設計
2.1 主機硬件系統(tǒng)模塊
主控芯片采用ATMEL公司的AT89S51,。AT89S51單片機是一種具有低功耗、高性能的CMOS 8位微處理器,，自帶4 KB在系統(tǒng)可編程Flash存儲器,。合理地調配資源，以完成溫度信息接收,、非接觸式IC卡的讀寫,、信息顯示與報警等功能。
射頻識別讀寫芯片采用NXP公司的RC522,。RC522利用了先進的調制和解調概念,，完全集成了在13.56 MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議,，且支持ISO14443A的多層應用[2]。
無線收發(fā)則采用nRF24L01,。nRF24L01是工作在2.4 GHz~2.5 GHz ISM頻段的,、由NORDIC生產的單片無線收發(fā)器芯片。輸出功率頻道的選擇和協(xié)議的設置可以通過對SPI接口寄存器的設置實現(xiàn),。它幾乎可以與各種單片機芯片連接,，完成對數據的無線傳送工作[3]。
2.2 從機硬件系統(tǒng)模塊
從機主控芯片采用TI公司的MSP430G2553,。MSP430系列微型處理器具有超低功耗特性,，可使溫度采集節(jié)點長時間處于工作狀態(tài)。而G2553體積小,，在僅僅進行溫度采集與數據發(fā)送工作時,，可以更進一步降低功耗，同時可使溫度采集節(jié)點小型化,。
無線收發(fā)采用nRF24L01無線芯片,。溫度檢測部分采用的是DSl8B20單線數字測溫芯片，它能在現(xiàn)場采集溫度數據,，并將溫度數據直接轉換成數字量輸出,。該傳感器測量溫度的范圍是-55℃~+125℃，測量精度為0.125℃,。
3 軟件系統(tǒng)設計
3.1 主機軟件設計
主機系統(tǒng)流程圖如圖2所示,。依次完成LCD、無線傳輸,、射頻識別模塊的初始化,，然后標志位置位，示意初始化完成,。
首先對液晶屏進行初始化,，接著配置無線模塊地址、主接收功能,，再進行射頻識別模塊的初始化,。完成初始化后，開始接收溫度信息,，并將接收到的溫度信息在LCD上予以顯示,。當非接觸式RFID接近射頻讀寫模塊時，將卡ID與用戶ID進行比對,，如果為用戶ID則提示用戶進行按鍵操作,，與此同時進行按鍵功能查詢，用戶可選擇將溫度信息寫入RFID卡，清除RFID卡中溫度信息,、讀出RFID卡溫度信息,。完成按鍵選擇后主控器執(zhí)行相應功能，對RFID卡進行特定操作,。
射頻識別模塊的工作流程圖如圖3所示,。
3.1.1 射頻識別模塊初始化
射頻識別模塊核心芯片RC522可以與所有13.56 MHz類型的射頻卡進行通信，支持ISO14443A協(xié)議下的的多層應用,。發(fā)送接收均集成了幀錯誤校驗（奇偶校驗,、CRC），其雙向數據傳輸速率高達424 kb/s,，有效距離為0~10 cm[4]。
射頻識別模塊作為本系統(tǒng)的核心模塊,，對其的合理操作便顯得尤為重要,。第一步便是初始化RC522[5]。對CommandReg低4位置位,，讓RC522進入軟掉電模式進行軟復位,。寫入CRC初始值。將TxControlReg配置為0x83,，即配置天線TX1,、TX2驅動使能，置TxAutoReg為0x40,，即將其ASK設置為100%,。完成基本配置后，將天線軟啟動,。以上配置均正確完成時,，對應引腳TX1、TX2之間存在載波能量信號,。
3.1.2 射頻識別模塊的尋卡與防沖撞
首先確定所巡卡片狀態(tài),，代碼0x52對應尋感應區(qū)內所有符合14443A標準的卡[6]，而代碼0x26對應尋未進入休眠狀態(tài)的卡,，將尋卡方式寫入RC522,，則RC522進入尋卡階段，與此同時讀取卡信息,，與對應十六進制代碼進行比對,，當符合對應代碼則說明卡片已經尋到，返回卡尋到標志,?？愋团c其對應的十六進制代碼如表1所示。完成尋卡后清除所有沖撞信息。將防沖突命令字0x93寫入卡中,，讀取防沖撞信息即卡片ID號碼,，確定無沖撞后，將CollReg寄存器最高位置1,。
3.1.3 射頻識別模塊的選定卡片與驗證卡密
令RC522將Mifare_One卡卡片選定命令字0x70寫入卡中,，而后將防沖撞過程中讀取到的卡片ID寫入卡中則完成卡片的選定。接著,，可進行卡密驗證,，按照驗證卡密模式、塊地址,、密碼,、卡ID的順序將對應代碼依次寫入卡中，得到成功信息則說明卡密驗證成功,；否則可讀取Status2Reg寄存器,，當Status2Reg寄存器最高位為1時，說明卡密驗證失敗,，需重新驗證卡密,。
3.1.4 射頻識別模塊的讀寫卡信息
讀數據只需將讀數據指令0x30、所讀取塊地址依次寫入卡中,，然后便可讀取數據,，數據最多只能讀取144字節(jié)。
寫數據同樣需要將寫數據指令0xA0,、所寫塊地址寫入卡中,。為確保數據寫入準確，需計算CRC值,，分別將寫數據指令與塊地址所計算得出的CRC的最低位和最高位作為后兩位數據,，將寫數據指令、塊地址,、最低位,、最高位依次寫入卡中。接著便可往卡中寫入信息,。
此時射頻讀寫模塊對卡的操作均可實現(xiàn),。
3.2 從機軟件設計
從機軟件流程圖如圖4所示，對MSP430進行時鐘配置,、IO端口配置,，對無線傳輸、溫度采集模塊進行初始化,。定時器每2 s觸發(fā)一次中斷,，并在中斷中對溫度采集標志進行置位,。等待定時器置位標志，每2 s進行一次溫度序列轉化,。完成溫度轉換后,，將數據壓入無線模塊待發(fā)送區(qū)域，完成數據發(fā)送,。在等待定時器置位過程中處理器進入低功耗模式,，以降低整個模塊功耗。
4 設計實現(xiàn)結果
將測量溫度與普通溫度計示數進行比對,，采用朝陽,、背陰、正常室內3種不同環(huán)境對整個系統(tǒng)模擬運行,，記錄數據如表2所示,。經分析處理，溫度采集誤差百分比在2％以內,，系統(tǒng)運行準確可靠,。
5 結論
本文設計了中距離溫度實時無線監(jiān)測系統(tǒng)，同時可將溫度信息在非接觸式RFID卡中進行存儲,，測溫準確可靠,，提高了貨物生產,、運輸過程中溫度信息的透明度,。本系統(tǒng)可應用于貨物生產、運輸過程,，實時監(jiān)控生產,、運輸環(huán)節(jié)溫度情況，將溫度情況實時告知管理人員,，使得生產運輸過程中的溫度在安全溫度范圍之內,。
參考文獻
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