摘要：提出一種使用RFID電子標(biāo)簽替代EEPROM代碼芯片來存儲血糖試紙信息的方法。該方法使用目前非常成熟的RFID技術(shù)，解決了使用校正參數(shù)部件帶來的一些問題。實際應(yīng)用表明，該方法安全可靠，具有較高的實用性。
關(guān)鍵詞：血糖儀；RFID；空間電磁場耦合

引言
    現(xiàn)在社會人們的物質(zhì)生活條件非常優(yōu)越，患有糖尿病的人越來越多，手持式血糖儀漸漸走入了普通人的生活中。在血糖儀依據(jù)血糖試紙進(jìn)行血糖測量時，需要使用一個代碼芯片。常用做法是，使用一個帶EEPROM代碼芯片的可插拔部件，將試紙的有效期等重要信息存儲在這個
EEPROM中。由于這個代碼芯片部件和血糖儀之間通過簧片進(jìn)行連接，需要經(jīng)常插拔替換，因此存在著接觸不良、用戶在使用新的試紙時忘記更換代碼芯片部件的風(fēng)險。本文詳細(xì)介紹了一種使用無源RFID替代EEPROM代碼芯片，來存儲血糖試紙的有效期等重要信息的方法。

1 RFID簡介
    RFID(Radio Frequency Identification)俗稱電子標(biāo)簽。它是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預(yù)，操作快捷方便。RFID由一個詢問器(或閱讀器，可讀寫標(biāo)簽的信息)和單個或多個應(yīng)答器(或應(yīng)答標(biāo)簽，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼)組成。
    RFID技術(shù)的基本工作原理是：閱讀器發(fā)出射頻信號，形成一定范圍的電磁場；應(yīng)答標(biāo)簽進(jìn)入電磁場后感應(yīng)接收到命令信號，依據(jù)命令返回相應(yīng)的信號給閱讀器；閱讀器接收到信號數(shù)據(jù)后，提供給MCU進(jìn)行相應(yīng)的處理。
    應(yīng)答標(biāo)簽可分為以下兩種：
    ①有源電子標(biāo)簽(主動標(biāo)簽)。內(nèi)部裝有電池，在接收到命令信號后能主動發(fā)送相應(yīng)的信號數(shù)據(jù)給閱讀器。有源電子標(biāo)簽讀／寫距離較遠(yuǎn)，體積較大，成本較高，電池不能長久使用，能量耗盡后就無法工作。
    ②無源電子標(biāo)簽(被動標(biāo)簽)。內(nèi)部無電池，在進(jìn)入閱讀器的工作范圍內(nèi)之后接收微波信號，將部分微波能量轉(zhuǎn)化為直流電供自己工作，然后將存儲在芯片中的信息數(shù)據(jù)發(fā)送給閱讀器。無源電子標(biāo)簽成本很低，有很長的使用壽命，體積更小，讀寫距離較近。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    手持式血糖儀采用電池供電，因此對各個功能模塊和元件的功耗有很高的要求。綜合各方面的考慮，血糖儀采用低功耗RF IC產(chǎn)品和MCU組成的射頻識別(RFID)讀取電路，血糖試紙包裝盒上使用無源RFID電子標(biāo)簽存儲試紙的信息。在進(jìn)行血糖測量的過程中，按照提示使用血糖儀讀取血糖試紙包裝盒上的信息，就可以進(jìn)行正常測量了。它是一種非接觸的通信方式，RFID直接通過空間電磁場耦合通信，沒有機(jī)械接觸點，無磨損，數(shù)據(jù)傳輸安全可靠。
    血糖儀在進(jìn)行血糖測量的時候，需要得到試紙的信息以便計算測量結(jié)果，因此在測量之前用戶需要判斷血糖儀存儲在內(nèi)部存儲器中的試紙信息是否正確。一般是核對顯示在LCD屏上的代號是否和試紙包裝盒上印刷的代號一致)，如果不對，就需要運行血糖儀上的RFID通信模
塊，將存儲在血糖試紙包裝盒上無源RFID電子標(biāo)簽中的試紙信息讀入血糖儀中，參與計算測量結(jié)果。
    血糖測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。在血糖儀上有一個RFID信號收發(fā)電路，在試紙包裝盒上有一個無源RFID電子標(biāo)簽，它們之間通過空間電磁場耦合進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。


    RFID信號收發(fā)電路如圖2所示。考慮到射頻識別(RFID)電路對RF IC的低功耗需求，選擇TI公司的TRF7962芯片。TRF7962是高度集成、多標(biāo)準(zhǔn)模擬前端及數(shù)據(jù)成幀系統(tǒng)，用于13．56 MHz的RFID讀取器，內(nèi)置編程選項；工作電壓為2．7～5．5 V，休眠電流僅1μA，接收狀態(tài)工作電流為10 mA，輸出功率可編程控制為100mW或者200 mW。TRF7962芯片本身具有同時識別多個無源RFID電子標(biāo)簽時的防碰撞的功能；TRF7962采用低功耗模式，能有效降低系統(tǒng)的功耗性。天線采用 PCB腐蝕線圈，通信可靠性高。


    血糖試紙包裝盒是一個塑料材質(zhì)的圓筒狀容器，體積比較小，可利用的面積也有限，因此在選擇無源RFID電子標(biāo)簽的時候?qū)w積也有很高的要求。在經(jīng)過對比后，排除了普通名片大小的RFID射頻卡，選擇了體積相對很小、功耗較低的PVC錢幣卡作為試紙校準(zhǔn)參數(shù)的載體。它采
用優(yōu)質(zhì)PVC層合生產(chǎn)而成，標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固并且完全防水，尺寸很小，但是數(shù)據(jù)存儲容量、通信距離、通信頻率等參數(shù)不會因為體積小而有所影響，非常適用于本應(yīng)用。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    在系統(tǒng)軟件的設(shè)計中，通信采用ISO15693協(xié)議，增大了識別無源RFID電子標(biāo)簽的距離、數(shù)據(jù)傳輸速度；對各個命令和信號進(jìn)行加密處理、通信中對命令和數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，保證了讀取無源RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的可靠性和安全性；13．56 MHz的工作頻率保證了讀取無源RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的便捷性和快速性。
    手持式血糖儀在不使用的時候處于休眠待機(jī)狀態(tài)，除了維持MCU必要的時間功能外，其余的各個電路都處于休眠狀態(tài)。使用它進(jìn)行血糖測量時，需要從試紙包裝盒中取出一條測試試紙，插入血糖儀的試紙插入口，使得血糖儀開始工作，各個電路功能模塊逐一喚醒進(jìn)入工作模式。
    在進(jìn)行必要的內(nèi)部電路自檢后，將存儲在血糖儀內(nèi)部存儲器中的試紙信息讀出，并將代號顯示在LCD屏上，由用戶核對代號是否和試紙包裝盒上的代號一致。如果不一致，則RFID信號收發(fā)電路開始向外發(fā)送信號，尋找無源RFID電子標(biāo)簽，同時在LCD顯示屏上提示用戶將試紙包
裝盒靠近正在工作的血糖儀，使血糖儀能讀取到該試紙的校正系數(shù)。
    試紙包裝盒靠近正在工作的血糖儀后，安裝在包裝盒上的無源RFID電子標(biāo)簽接收到微波信號，將部分微波能量轉(zhuǎn)化為直流電供自己工作，同時依據(jù)命令信號將自己的識別碼發(fā)送給RFID信號收發(fā)電路，接收血糖儀發(fā)送的確認(rèn)命令后，再將自身存儲的試紙信息參數(shù)發(fā)送出去。
    血糖儀的RFID信號收發(fā)電路接收到無源RFID電子標(biāo)簽的識別碼后，判斷該電子標(biāo)簽是不是用于存儲試紙信息的部件：如果不是，繼續(xù)發(fā)送信號尋找正確的電子標(biāo)簽；如果識別碼正確，則發(fā)送試紙信息讀取命令，等待接收試紙信息數(shù)據(jù)。
    血糖儀的RFID信號收發(fā)電路在接收到試紙信息參數(shù)后，將數(shù)據(jù)存入MCU的RAM中，MCU控制電路控制RFID信號收發(fā)電路進(jìn)入休眠狀態(tài)，然后將試紙信息參數(shù)代碼顯示在LCD顯示屏上，提示用戶進(jìn)行血糖測量。
    如果RFID信號收發(fā)電路在接收信號過程中得到好幾個識別碼，那么表示在血糖儀附近有好幾個血糖試紙包裝盒，血糖儀會提醒用戶將不正確的試紙包裝盒拿走，只剩下與使用的試紙對應(yīng)的包裝盒，直到在RFID信號收發(fā)電路工作范圍內(nèi)只剩下一個無源RFID電子標(biāo)簽為止。由于手持式血糖儀需要考慮整體功耗，如果在一定時間內(nèi)沒有找到正確的電子標(biāo)簽，則提示出錯信息，結(jié)束本次測量。
    血糖儀軟件由主程序、顯示子程序、按鈕處理子程序(包含通信子程序)、試紙測量子程序等組成。主程序流程如圖3所示。


    試紙測量子程序如圖4所示，是RFID在血糖儀應(yīng)用上的重點部分。在RFID電路和電子標(biāo)簽通信的過程中，為了防止遭遇意外干擾而導(dǎo)致
通信失敗，需要著重考慮通信的容錯設(shè)計，還需要添加校驗功能、加密功能，以保證識別電子標(biāo)簽的正確性和信息的保密性。即使添加了這么多軟件功能，軟件設(shè)計時還是要充分考慮各種可能的出錯情況，歸結(jié)到對應(yīng)的出錯代碼，從而保證用戶界面的友好。

結(jié)語
    RFID在電子設(shè)備上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但在小型手持式設(shè)備上用的還不多。本文實現(xiàn)了RFID在手持血糖儀上的應(yīng)用，采用無源RFID存儲血糖試紙的信息參數(shù)，開拓了RFID的應(yīng)用領(lǐng)域。實驗證明，該設(shè)計方案是可行性的，并且取得了滿意的應(yīng)用效果。