摘要：提出一種使用RFID電子標簽替代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，解決了使用校正參數部件帶來的一些問題。實際應用表明，該方法安全可靠，具有較高的實用性。
關鍵詞：血糖儀；RFID；空間電磁場耦合

引言
    現在社會人們的物質生活條件非常優越，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。在血糖儀依據血糖試紙進行血糖測量時，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行連接，需要經常插拔替換，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險。本文詳細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)俗稱電子標簽。它是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無需人工干預，操作快捷方便。RFID由一個詢問器(或閱讀器，可讀寫標簽的信息)和單個或多個應答器(或應答標簽，每個標簽具有唯一的電子編碼)組成。
    RFID技術的基本工作原理是：閱讀器發出射頻信號，形成一定范圍的電磁場；應答標簽進入電磁場后感應接收到命令信號，依據命令返回相應的信號給閱讀器；閱讀器接收到信號數據后，提供給MCU進行相應的處理。
    應答標簽可分為以下兩種：
    ①有源電子標簽(主動標簽)。內部裝有電池，在接收到命令信號后能主動發送相應的信號數據給閱讀器。有源電子標簽讀／寫距離較遠，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無源電子標簽(被動標簽)。內部無電池，在進入閱讀器的工作范圍內之后接收微波信號，將部分微波能量轉化為直流電供自己工作，然后將存儲在芯片中的信息數據發送給閱讀器。無源電子標簽成本很低，有很長的使用壽命，體積更小，讀寫距離較近。

2 系統硬件設計
    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電子標簽存儲試紙的信息。在進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，沒有機械接觸點，無磨損，數據傳輸安全可靠。
    血糖儀在進行血糖測量的時候，需要得到試紙的信息以便計算測量結果，因此在測量之前用戶需要判斷血糖儀存儲在內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電子標簽中的試紙信息讀入血糖儀中，參與計算測量結果。
    血糖測量系統結構框圖如圖1所示。在血糖儀上有一個RFID信號收發電路，在試紙包裝盒上有一個無源RFID電子標簽，它們之間通過空間電磁場耦合進行數據交換。


    RFID信號收發電路如圖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、多標準模擬前端及數據成幀系統，用于13．56 MHz的RFID讀取器，內置編程選項；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電子標簽時的防碰撞的功能；TRF7962采用低功耗模式，能有效降低系統的功耗性。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電子標簽的時候對體積也有很高的要求。在經過對比后，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參數的載體。它采
用優質PVC層合生產而成，標簽的結構穩固并且完全防水，尺寸很小，但是數據存儲容量、通信距離、通信頻率等參數不會因為體積小而有所影響，非常適用于本應用。

3 系統軟件設計
    在系統軟件的設計中，通信采用ISO15693協議，增大了識別無源RFID電子標簽的距離、數據傳輸速度；對各個命令和信號進行加密處理、通信中對命令和數據進行校驗，保證了讀取無源RFID電子標簽數據的可靠性和安全性；13．56 MHz的工作頻率保證了讀取無源RFID電子標簽數據的便捷性和快速性。
    手持式血糖儀在不使用的時候處于休眠待機狀態，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。使用它進行血糖測量時，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入工作模式。
    在進行必要的內部電路自檢后，將存儲在血糖儀內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信號收發電路開始向外發送信號，尋找無源RFID電子標簽，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。
    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電子標簽接收到微波信號，將部分微波能量轉化為直流電供自己工作，同時依據命令信號將自己的識別碼發送給RFID信號收發電路，接收血糖儀發送的確認命令后，再將自身存儲的試紙信息參數發送出去。
    血糖儀的RFID信號收發電路接收到無源RFID電子標簽的識別碼后，判斷該電子標簽是不是用于存儲試紙信息的部件：如果不是，繼續發送信號尋找正確的電子標簽；如果識別碼正確，則發送試紙信息讀取命令，等待接收試紙信息數據。
    血糖儀的RFID信號收發電路在接收到試紙信息參數后，將數據存入MCU的RAM中，MCU控制電路控制RFID信號收發電路進入休眠狀態，然后將試紙信息參數代碼顯示在LCD顯示屏上，提示用戶進行血糖測量。
    如果RFID信號收發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的包裝盒，直到在RFID信號收發電路工作范圍內只剩下一個無源RFID電子標簽為止。由于手持式血糖儀需要考慮整體功耗，如果在一定時間內沒有找到正確的電子標簽，則提示出錯信息，結束本次測量。
    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在血糖儀應用上的重點部分。在RFID電路和電子標簽通信的過程中，為了防止遭遇意外干擾而導致
通信失敗，需要著重考慮通信的容錯設計，還需要添加校驗功能、加密功能，以保證識別電子標簽的正確性和信息的保密性。即使添加了這么多軟件功能，軟件設計時還是要充分考慮各種可能的出錯情況，歸結到對應的出錯代碼，從而保證用戶界面的友好。

結語
    RFID在電子設備上已經得到了廣泛的應用，但在小型手持式設備上用的還不多。本文實現了RFID在手持血糖儀上的應用，采用無源RFID存儲血糖試紙的信息參數，開拓了RFID的應用領域。實驗證明，該設計方案是可行性的，并且取得了滿意的應用效果。