無(wú)源溫感芯片這兩年在圈子里被討論得越來(lái)越多尤其是冷鏈、電力、工業(yè)巡檢這些場(chǎng)景的朋友幾乎每隔一陣就會(huì)來(lái)問(wèn)我一句這東西到底靠不靠譜能不能真的做到“免供電還測(cè)溫”。最近看到有廠商正式把無(wú)源溫感芯片推上市我一點(diǎn)都不意外因?yàn)閺募夹g(shù)路線到落地需求這個(gè)方向早就該有人認(rèn)真做了。我自己前前后后折騰過(guò)好幾輪UHF RFID的溫感標(biāo)簽從最早的只讀ID、到帶溫度傳感器的半有源方案再到現(xiàn)在真正意義上的無(wú)源溫感芯片踩過(guò)的坑不算少。這篇文章就把我理解的這套東西從頭到尾講清楚它是什么、靠什么工作、能解決哪些實(shí)際問(wèn)題、怎么選型、怎么部署、怎么避坑盡量讓剛接觸的朋友也能看懂做過(guò)RFID的老手也能撈到點(diǎn)細(xì)節(jié)。1. 無(wú)源溫感芯片到底是個(gè)什么東西1.1 先把“無(wú)源”和“溫感”兩件事拆開(kāi)看很多人第一次聽(tīng)到“無(wú)源溫感芯片”腦子里是懵的沒(méi)有電它怎么測(cè)溫度怎么把數(shù)據(jù)傳出來(lái)其實(shí)把它拆成兩個(gè)能力就清楚了。第一個(gè)能力是“無(wú)源”意思是這顆芯片本身不帶電池它靠讀寫(xiě)器發(fā)出來(lái)的射頻能量工作。第二個(gè)能力是“溫感”意思是芯片內(nèi)部集成了一個(gè)溫度傳感單元能把周?chē)h(huán)境的溫度轉(zhuǎn)成數(shù)字量跟著ID一起被讀出來(lái)。你可以把它想象成一個(gè)“靠喊話供電的小哨兵”。讀寫(xiě)器相當(dāng)于一個(gè)大喇叭對(duì)著標(biāo)簽喊一嗓子標(biāo)簽從這聲喊話里“偷”一點(diǎn)能量攢夠了就回一句“我是某某編號(hào)現(xiàn)在溫度是零下18.3度?！焙霸捯煌Ｋ陀炙瞬缓碾姟⒉话l(fā)熱、不需要維護(hù)。這就是無(wú)源溫感芯片最樸素的工作原理也是它跟傳統(tǒng)帶電池溫度記錄儀最本質(zhì)的區(qū)別。我最早接觸的是13.56MHz的ISO 15693方案也就是常說(shuō)的NFC/HF頻段。這類(lèi)標(biāo)簽在手機(jī)旁邊就能讀做實(shí)驗(yàn)很方便米思齊這類(lèi)Arduino平臺(tái)上也有現(xiàn)成的RFID實(shí)驗(yàn)?zāi)K拿來(lái)入門(mén)理解“射頻取能數(shù)據(jù)回傳”這套邏輯非常合適。但HF頻段的讀取距離通常只有幾厘米到十幾厘米做資產(chǎn)管理還行做冷鏈托盤(pán)、電力柜這種需要幾米外批量讀的場(chǎng)景就力不從心了。所以真正在工業(yè)場(chǎng)景里扛大梁的是UHF RFID頻段的無(wú)源溫感芯片讀取距離能到幾米甚至十幾米還能多標(biāo)簽同時(shí)讀。1.2 它和傳統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)方案的核心差異要理解這顆芯片的價(jià)值最好的辦法是拿它跟現(xiàn)有方案擺在一起比。我整理了一張表把幾種常見(jiàn)溫度監(jiān)測(cè)方式的關(guān)鍵維度列出來(lái)你一看就明白它卡在什么位置。對(duì)比維度傳統(tǒng)溫度記錄儀半有源溫感標(biāo)簽無(wú)源溫感芯片供電方式內(nèi)置紐扣電池內(nèi)置電池射頻輔助完全靠射頻取能使用壽命1到3年受電池限制2到5年理論上無(wú)限無(wú)電池?fù)p耗單點(diǎn)成本較高中等大批量下可壓得很低讀取距離需接觸或近場(chǎng)數(shù)米UHF下可達(dá)數(shù)米到十幾米批量讀取基本不支持支持支持且數(shù)量大溫度精度高可到±0.1度中等常見(jiàn)±0.5度好的可到±0.3度維護(hù)成本高要換電池中極低典型場(chǎng)景實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)藥驗(yàn)證冷鏈抽檢冷鏈、電力、工業(yè)巡檢從這張表能看出來(lái)無(wú)源溫感芯片不是要在精度上碾壓記錄儀它贏在“免維護(hù)”和“可批量”。一個(gè)冷庫(kù)里有幾千個(gè)托盤(pán)你不可能每個(gè)托盤(pán)塞一個(gè)記錄儀然后定期去換電池但你可以每個(gè)托盤(pán)貼一張無(wú)源溫感標(biāo)簽叉車(chē)經(jīng)過(guò)門(mén)口時(shí)門(mén)框上的讀寫(xiě)器一掃所有托盤(pán)的溫度一次性全收上來(lái)。這個(gè)賬算下來(lái)人力成本省的不是一點(diǎn)半點(diǎn)。1.3 為什么現(xiàn)在才“正式上市”有朋友會(huì)問(wèn)RFID都這么多年了怎么無(wú)源測(cè)溫現(xiàn)在才火這里面有幾個(gè)現(xiàn)實(shí)原因。一是芯片設(shè)計(jì)和工藝的進(jìn)步早期把溫度傳感器集成到無(wú)源芯片里取能效率低、測(cè)溫誤差大讀出來(lái)的溫度飄得厲害。二是UHF RFID的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)逐步完善芯片廠商有了統(tǒng)一的接口規(guī)范下游做讀寫(xiě)器和天線的廠商才能配套跟上。三是應(yīng)用端的需求真的起來(lái)了尤其是醫(yī)藥冷鏈和電力設(shè)備測(cè)溫監(jiān)管和運(yùn)維都要求有連續(xù)、可追溯的溫度數(shù)據(jù)傳統(tǒng)人工巡檢根本滿足不了。所以這次“正式上市”與其說(shuō)是技術(shù)突然突破不如說(shuō)是技術(shù)成熟度、成本、需求三件事終于湊到了一起。對(duì)做集成的朋友來(lái)說(shuō)這意味著選型時(shí)終于有了穩(wěn)定可量產(chǎn)的貨源不用再拿實(shí)驗(yàn)室樣品湊合了。2. 核心技術(shù)點(diǎn)拆解一顆芯片是怎么做到免供電測(cè)溫的2.1 射頻取能芯片的“口糧”從哪來(lái)無(wú)源溫感芯片工作的第一步是取能。讀寫(xiě)器天線發(fā)射出UHF頻段的射頻信號(hào)標(biāo)簽天線接收到這部分能量通過(guò)整流電路把它變成直流電給芯片內(nèi)部的邏輯電路和溫度傳感器供電。這個(gè)過(guò)程聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單實(shí)際門(mén)道很多。取能效率直接決定了讀取距離和測(cè)溫穩(wěn)定性。芯片內(nèi)部一般會(huì)有一個(gè)儲(chǔ)能電容射頻能量先給電容充電等電壓達(dá)到工作閾值芯片才啟動(dòng)、測(cè)溫、回傳。如果讀寫(xiě)器功率不夠、天線增益不足或者標(biāo)簽離得太遠(yuǎn)電容充不滿芯片就啟動(dòng)不了表現(xiàn)出來(lái)就是“讀不到”。這也是為什么同樣一顆芯片換個(gè)天線、換個(gè)讀寫(xiě)器讀取距離能差出一倍。我實(shí)測(cè)下來(lái)UHF無(wú)源溫感標(biāo)簽在典型配置下讀取距離大概在3到8米之間具體取決于讀寫(xiě)器輸出功率、天線增益、標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)和環(huán)境遮擋。金屬和液體是兩個(gè)大敵金屬會(huì)反射射頻、液體