一种集成RFID电子标签的传感器节点设计

温度采集模块采用美国Dallas公司生产的DS18B20单总线数字式智能型温度传感器，它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，它的输出电压与摄氏温度成线性比例，而且不需要外部校准或微调，直接将温度物理量转化为数字信号，并以总线方式传送到控制器进行数据处理。DS18B20对于实测的温度提供了9～12位的数据和报警温度寄存器，测温范围为55～+125℃，其中在10～+85℃的范围内测量精度为±0.5 ℃。DS18B20的输出电压与摄氏温度呈线性关系，0℃时输出为0 V，每升高1℃，输出电压增加10 mV此传感器可适用于各种领域、各种环境的自动化测量及控制系统，具有微型化、功耗低、性能高、抗干扰能力强、易配微处理器等优点。此外，每一个DS18B20有唯一的系列号，因此多个DS18B20可以存在于同一条单线总线上。DS18B20温度传感器与主控芯片MSP430连接图如图5所示。

2 射频收发器单元

RFID射频收发器单元和传感器采集单元集成在一个传感器节点上，兼有电子标签和传感器的功能，传感器采集单元采集电压、电流、温度值，电子标签将数据存储在起来，读写器通过访问射频收发器单元实时读取标签的信息。实物模拟图如图6所示。

将射频收发器单元融入网络节点是RFID的发展趋势之一，RFID网络如实时定位系(RTLS)己经非常成熟，这表明我们可以把RFID标签融入传感器节点中，来更好地读取我们想要的数据信息。电子标签可以像自组织的无线传感器网络节点那样密集地部署。全自动地工作，把数据信息采用多跳的方式发送到sink节点。由于在同一区域内的标签的信息比较类似，所以这些信息可以在每个智能节点中通过简单有效的数据压缩方法进行压缩，保证数据流量不至于太大，能耗方面也有优势。图7为节点射频收发器单元工作原理图。

3 读写器控制单元设计

考虑电池厂高尘、高电磁影响、高酸的环境，以及批量读取等特性和本身的需求，读写器须满足如下要求：读写器网络供电，为Ether net802.3模式A及模式B(支持100 M线长);直流供电电压10-30VDC，最大功耗15 W;工作温度-20～-60℃;存储温度-40～-85℃;读写器被设置在上位机上，当被检测的电池未达到规定的参数要求时，读写器发出警报信息，同时状态显示在哪个环节出现问题以及对应的负责人和检测时间。同时读写器的设计考虑了与企业内部局域网的连接，可以通过以太网端口或Wifi接口连接到企业内部网络。具体的硬件结构图如图8所示。

4 实验和结论

我们在电池生产车间进行充放电实地实验，将RFID电子标签的智能节点(图9左)，射频收发器(图9右)固定在电池极板上，读写器模块放在控制终端连接上位机。电池进行充放电循环实验，智能节点不断将充放电过程的数据发送至射频收发器。如图10所示，上位机将实时数据进行统计处理后，可得到电池的充放电实时曲线。

由图10可见：充放电过程的参数采集能良好反应电池的充放电过程，即：恒流充电、恒压充电和浮充等阶段。

5 结束语

本文针对电磁干扰和遮挡非常严重的电池生产车间的复杂环境，设计一种集成RFID电子标签的传感器网络智能节点。在每个电池上安置一个采集节点，节点由集成了RFID电子标签的传感器组成，兼有电子标签和传感器的功能，在采集的电压、电流、温度值之后将数据存储在电子标签中，由上位机上的读卡器实时读取，所有节点构成一个庞大的无线传感器网络。全过程不需人工干预进行实时监控，同时将充放电过程的数据存储在数据库中，以实现电池售后的质量跟踪和追溯。相对于传统电池充放电方法，采集节点将充放电过程的监控做到了自动化、专家化。