近場通信( NFC) 是一種射頻識別技術(shù)( ＲFID) ， 可以在短距離內(nèi)實現(xiàn)設(shè)備之間的快速通信。雖 然近場通信已存在十多年，但這種技術(shù)直到付費系 統(tǒng)的大量使用才得以延伸。此外，目前大多數(shù)智能手機都配備 NFC，NFC 在物聯(lián)網(wǎng)場景中的重要性正 在快速增長。

1 系統(tǒng)設(shè)計

圖 1 描繪了該工作中提出的系統(tǒng)工作原理。當(dāng) 智能手機靠近 NFC 天線時，天線接收到來自手機的 磁場，NFC IC( Ntag I 2 C) 會自動喚醒。如果能量收 集模式被激活并且磁場強度足夠( 高于芯片配置的 能量收集的閾值) ，Ntag I 2 C 從 ＲF 場接收的過剩能 量可以為檢測系統(tǒng)的其他組成部分供電。該芯片在 最高電流吸收模式下能夠提供 5mA 的電流。

當(dāng)積能單元被啟動，信號測量的各組成部分開始 工作。恒流電路產(chǎn)生穩(wěn)定的電流給溫度傳感器( 熱敏電阻) ，熱敏電阻上的電壓信號被放大后進行 A/D 轉(zhuǎn) 換，對數(shù)字信號進行計算和處理可以得到溫度測量結(jié) 果。這個結(jié)果被發(fā)送到 Ntag I 2 C，通過 NFC 天線傳送 到智能手機，在 APP 程序界面上顯示。由于 NFC 芯片從智能手機感應(yīng)出能量并且輸 出電流在 3．0 V 時小于 5 mA，無法承擔(dān)整個電路的 功耗; 因此，積能單元是整個系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技 術(shù)。如圖 2 所示，給出了一種分時控制的積能方法。 NFC 芯片從智能手機感應(yīng)能量并輸出 3．0 V 電壓 ( VNFC ) 以對儲能電容器( Cst ) 充電。隨著時間的增加，能量在電容器中累積到一定的閾值電壓。低壓 差穩(wěn)壓器打開，為測量電路的各個部分供電。當(dāng)儲 能電壓( Vst ) 低于某個閾值時，穩(wěn)壓器關(guān)閉，能量再 次累積在儲能電容器中。通過控制切換時間，可以 實現(xiàn)與測量電路相對應(yīng)的不同電流負載( Ｒload ) 。具 體地，可以通過更長的關(guān)斷時間來使儲能電容器中 累積的能量更多，從而獲得更大的負載電流。為了 確保輸出電壓 Vload的穩(wěn)定性，使用 2．5 V 輸出電壓 調(diào)節(jié)器裝置作為開關(guān)電路; 通過將具有不同占空比 的控制信號( Ssc ) 輸入到電壓調(diào)節(jié)器的控制引腳，可 以實現(xiàn)分時開關(guān)控制。NTC 熱敏電阻為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，根據(jù)體溫測量需要，對 NTC 熱敏電阻在 35 ℃ ～ 42 ℃ 采用密閉高低溫試驗箱（上海一恒BPHS-500A）控制溫度，使用精密 LCＲ 數(shù)字 電橋來測量 NTC 熱敏電阻隨著溫度變化而對應(yīng)的 電阻值，測得的實際數(shù)據(jù)如下。

2 實驗及結(jié)果分析

為了確定積能效應(yīng)的性能，因此對電路積能部 分進行了實驗分析。積能效應(yīng)通過分時控制來實 現(xiàn)，具體為通過調(diào)節(jié)低壓差穩(wěn)壓器的開關(guān)時間來實 現(xiàn)不同的能量積累需求。電路工作原理為，給穩(wěn)壓 器件的開關(guān)引腳輸入占空比不同的電平，來實現(xiàn)不 同的積能。描述了 Ｒch = 800 Ω，Cst = 940 μF， Ｒload = 200 Ω 時，控制電平與積能電壓和負載電壓的 關(guān)系。當(dāng)控制引腳上的電平為低時，儲能電容充電， 負載電源關(guān)閉。隨著充電時間的增加，儲能電壓上 升至飽和電壓 3．0 V，負載電壓為 0 V。當(dāng)控制電平 為高時，積能電壓下降，而負載電壓輸出 2．5 V。低 電平對應(yīng)的積能時間越長，負載能力越強。儲能電容的大小對積能效應(yīng)有一定的影響，電 容越大，積能能力越強。為對不同儲能電 容大小時，負載時間隨著充電時間的改變。從圖中 可以看出，在儲能電容大小不同時，負載時間隨著充 電時間的增加而增加。但是電容越小，越容易飽和。 當(dāng)儲能電容為 470 μF 時，負載時間最長只能達到 20 ms，而電容增加到 940 μF 時，負載時間可以達到 40ms。在大多數(shù)情況下，電容越大，相同的積能時 間會帶來更長的負載時間。但是，越大的電容需要 越長的最小充電時間?？梢钥吹?，當(dāng)儲能電容為 1 410 μF時，如果積能時間為 1．0 s，幾乎不能產(chǎn)生有 效的負載時間。在積能時間為 1．5 s 時，也出現(xiàn)了大 電容負載時間小于小電容負載時間的情況。這是因 為在電容越大的情況下，過短的積能時間難以提高 儲能電壓 Vst，這使得穩(wěn)壓器件不能正常工作，從而 造成更短的負載時間。

3 結(jié)論

本文呈現(xiàn)一種基于 NFC 的低成本、無源體檢系 統(tǒng)方案。針對 NFC 感應(yīng)的能量不足，嘗試了一種分 時控制的積能方式，力圖實現(xiàn)一種較高功耗下的測 量模式，可以擴展應(yīng)用到更多的醫(yī)療檢測系統(tǒng)中。 通過研制一種基于 NTC 熱敏電阻溫度傳感器的體 溫測量樣機，初步驗證了這種方案的可行性。實驗 結(jié)果表明，基于 NFC 的測量系統(tǒng)，利用隨時攜帶的智能手機可以方便實現(xiàn)體溫測量，測量結(jié)果可以在 手機應(yīng)用程序上顯示，或上傳到云端進行存儲和對 數(shù)據(jù)進一步分析。