基于RFID技术的温度监测系统的设计

1、基于rfid技术的温度监测系统的设计蔡志敏(温州医科大学附属第一医院浙江温州325000)【摘要】基于集成温度传感器的主动式有源射频识别(radio frequencyidentification, rfid)电子标签，解决医院检验科冰箱的温度监测问题。在分析 现有温度监测手段的缺点的基础上，木文利用集成温度传感器的主动式有源rfid 电了标签设计出温度监测系统的架构，其中箱体温度由集成的传感器探测，再通 过无线射频传送给主机进行实时显示。通过对连续温度变化的分析，并结合三种 最典型的温度模型，软件系统可以判断箱体温度以及冰箱是否工作正常，并实现 针对使用者和维修者的分类报警。该监测系统可同时

2、满足临床部门和维修部门的 需求。【关键词】rfid温度监测温度模型分类报警【中图分类号】r197.39【文献标识码】a【文章编号】2095-1752 (2014) 12-0114-02desig n of temperature mon itori ng system based on rfid tech no logycai zhiminthe first affiliated hospital of wenzhou medical collegeabstract in view of the request of the temperature monitoring of refriger

3、ators in hospital clinical laboratory, the design based on active radio frequency identification (rfid) tag integrated temperature sensor is proposed. in this paper,based on analyzing the disadvantages of the existing temperature monitoring methods,the system hardware principle diagram is designed.

4、the temperature of refrigerators measured by the integrated sensor can display on host computer real time through wireless rf transmission. by analyzing the change of the temperature and combining with the three most typical temperature model, the software system can judge the refrigerators and the

5、temperature are operating normal or not, then realizes class讦ication of alarms of users and repair engineers. this monitoring system can satisfy the needs of clinical department and repair departme nt.【key words rfid temperature monitoring temperature modelclassification alarms研究背景大型三甲医院检验中心通常都有大量的冷

6、库、冰箱、超低温冰箱用来保存样 品、试剂。准确可靠的检测结果，需要大量合格的试剂保证。试剂的保存需要合 适的冰箱温度。一旦温度失控，将导致试剂的失效，从而影响检测结果的可靠性。 因此，检测结果的质量控制就必然要求对冰箱温度的监测。国家实验室认可委执 行的iso15189标准，明确规定，存储试剂、以及孵育的箱体温度必须连续监测。 温度失控主要有两大类原因，使用原因和机器故障。使用原因可有普通使用者解 决。如果是故障导致温度失控，则维修部门必须及时介入。目前，通常的温度监测有两种类型，普通纸质记录与电子式记录器。普通纸 质记录，每-个小时记录一次，需要专人负责记录。由于冰箱数量多，比如30 台，每

7、台半分钟的话，也需要15分钟。人工操作耗吋耗力，工作量大，而且容 易遗漏。纸质记录，不易保存，在目前办公电子化的环境下，后期的数据处理工 作量也较大。电子式记录器，目前电子式记录器通常都是放置于箱体内，记录温 度以后，把记录器拿出箱体，读取数据。只能对单个箱体进行记录，而且这是事 后监测，在使用过程中，如果温度岀现波动，无法及吋干预。本文通过分析现有温度监测手段的缺点以及临床的实际需求得出，理想的温 度监测系统应该是实时、连续、可多台同吋监测、自动数字化且具有温度异常自 动分类报警功能。分类报警指温度异常但冰箱工作正常，则向使用人员报警；温 度异常且冰箱制冷故障，则同时向使用人员和维修人员报警

8、。1技术背景本设计采用基于集成温度传感器的主动式射频识别（radio frequencyidentification,rfid）电子标签，来解决温度测量、信号发送的问题，后端的软件 系统解决温度异常的分类报警、温度数据存储处理的问题。这样就较好的完成了 本设计所要解决的问题。1.1 rfid 简介rfid技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。rfid标签（俗 称电子标签）具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读 写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。rfid技术与 互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。rfid技 术应用

9、于物流、制造、公共信息服务等行业，可大幅提高管理与运作效率，降低 成本。目前，rfid在工业领域应用更广泛。沃尔玛超市就要求全球上万家供应商 全面启用电子标签代替传统的条形码。上海世博会门票也采用了电子标签，电子 标签的快速读写能力使每天几十万的游客在有限的几个入口顺利入园。高速公路 etc通道的广泛应用，也将会使高速公路出入口的通行能力大幅提升，常见的收 费站排队现象也会消失。1.2 rfid的基本元件标签，主要负责存储标签的id号。标签可以做成各种形式，卡式、纽扣式、 手环式等各种封装类型。标签分为2类，被动式和主动式。被动式标签只有在读 写器发送射频信号后，天线获得能量，然后把自己的id

10、号发送回给读写器。主 动式标签，也称有源标签，集成了电源，通常是电池，能按照预设的时间间隔主 动发送自己的id号给读写器。随着封装技术的成熟，现在大量的传感器可以封 装在标签里。比如集成温度传感器的主动式有源标签，温度传感器负责环境温度 的测量，传感器把测量到的温度数据通过标签的天线发送出去，由读写器接收。目前，集成温度传感器的无源电子标签已经设计出来2。但在技术成熟度， 商品化方面仍待完善。技术参数方面，尤其是测温方面，测温范围-10-120°c, 测温精度±2°c,不符合我们的使用要求，因此，不采用无源电子标签。读写器，负责读写电子标签上的资料。它

11、通过射频无接触的读取并识别电子 标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体及数据的目的。读写器通常通 过rs232串口与主机连接，或使用wlan技术进行数据传送，所读取的标签信息 被传送到主机后进一步处理。天线，负责无线电讯号的感应，在标签和读写器之间传递射频信号。2系统架构与设计在硬件结构上，本系统由集成温度传感器的有源电子标签、读写器、计算机 组成。系统便件架构如下图所示。电子标签放置于冰箱内，一个电子标签监测一 台冰箱。由于箱体内部温度并不均匀，因此选择温度最高的位置放置，通常为靠 近门侧处。如果是重点监测对象，也可放置多块标签以达到全面监测的目的。下 面将介绍本设计的重点部分。图2屯

12、子标签硬件结构图figure 2 tag hardware structure diagramcc2430包含了 1个高性能2.4 ghz的直接序列扩频(dsss)射频收发器核心和 1个工业级小巧高效的8051控制器，在单个芯片上整合了射频(rf)前端、内存和 微控制器。ds18b20是dallas公司生产的单线式数字温度传感器，它具有3引脚to-92 小封装体积，其不锈钢外壳封装形式可以防水防潮，适合恶劣的现场温度检测， 其温度测量范围为55°c+125°c，测温分辨率可达0.5°c。除部分工作温度在80°c 超低温冰箱外，大部分的冰箱温度都在其测量范

13、围内。因此，对监测对象的全覆 盖，仍有待新型小型温度传感器的岀现。当电子标签上电后，首先对无线射频模块及传感器进行初始化，然后微控制 器把传感器定时采集到的温度数据通过通信接口发送给射频芯片，射频芯片再通 过发射模式把标签的id号与温度信号发送给读写器，读写器通过串口发送给上 位机进行实时显示。2.2结果的后处理结果的显示，可以以数据表格的形式体现，也可以以曲线图的形式体现。由 于rfid技术能实时识别多个标签，一般能同时识别100个，因此，一个箱体放 置一个标签，即可以实现对该箱体的温度监测。箱体的增减，通过取放标签以及 软件内标签对应箱体的编号就可以实现，因此使用极其方便。软件系统还需要对

14、 结果的分析，以达到自动分类报警的功能。目前，大部分的温度监控系统，对温度的报警处理，仍停留在预设一个温度 范围，超出该范围就报警的阶段。在频繁的使用过程中，报警次数多，容易导致 使用者忽视报警。由于冰箱在实际使用过程中，使用原因和机器故障都会导致温 度失控，从而导致报警。使用原因比如门未关闭和机器故障如压缩机故障是需要 不同的人员进行处理的。普通使用人员离冰箱距离近，不具备维修能力，可以处 理使用原因的报警。而维修人员距离冰箱远，通常需要一定的时间才能到达现场。 因此，温度监控系统发生如实现分类报警功能，则可以使普通使用人员和维修人 员尽快处理问题，从而使保存的物品不变质。表1三种典型的温度

15、模型冰箱编号8点温度/°c 9点温度/°c 10点温度/°c 点温度/°c1#-20-18-17-182#111211123#4101212表1为典型常见的三种温度模型。实际情况下，冰箱温度变化情况更复杂本 文试以该三种温度模型分析箱体温度及冰箱工作是否正常，并实现分类报警的功 能。1#冰箱，8点上班前，为20°c,工作正常；上班后，随着工作人员取放试剂， 箱体温度变高，但仍维持在设定温度±5°c内。因此，该冰箱工作正常， 系统不报警。2#冰箱,8点上班前，温度已达到口。c,超过通常设定的4-10°c的

16、正常范围, 但上班时间内，温度波动范围小。由此推断该冰箱有制冷能力，但制冷能力已经 无法达到正常值因此该冰箱工作不正常需要维修，系统向使用人员和维修人员 同吋报警。3#冰箱，8点上班前，温度4°c,在正常范围内，但上班吋间内，温度超过 设定值，并维持在一个温度附近。通常，冰箱压缩机不会突然损坏，因此很有可 能是使用者在使用过程中没有关好冰箱门，导致超温。这种情况在【口冰箱中最常 见，原因为门封条磁性减弱，导致吸力不足。因此，系统只向使用人员报警。使 用人员先进行自查，排除这个因素后，温度仍然无法达到设定值，再通知维修人 员进行维修。3总结集成温度传感器的rfid电子标签已不仅广泛应用于固定位置的果蔬保鲜温 湿度监测4,也应用于移动的冷链物流中5。但多数的监控系统着重于温度的 连续监测，而不重视报警功能的深化。温度监测的目的在于全过程控制，从而实 现实时监测、预警管理。结合了温度模型的异常温度分析，实现了分类报警 的功能，该温度监测系统从而满足了临床使用者和维修工程师的需求。参考文献1张欣露，吴勇，等集成温度传感器的有源电子标签设计几微型机与应 用,2010,29(3):29-342沈红伟，李力南,陈国华集成温度传感器的超高频