DE19705615A1 - Chip-card for measuring and displaying temperature e.g. for monitoring foodstuffs cooling chain during transportation - Google Patents

Chip-card for measuring and displaying temperature e.g. for monitoring foodstuffs cooling chain during transportation

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DE19705615A1
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Abstract

The device measures and displays temperature sequences in which the temperature is electronically measured in uniform predetermined intervals. The data is digitally recorded in a semiconductor memory device and the display is powered by a battery or other portable energy source. The required electronic functions together with the temperature sensor, the semiconductor memory, the program memory, a digital processor, a time generator and a digital serial interface are all integrated on a single semiconductor chip. This chip is integrated in a plastic card provided with contacts, together with a battery and a time determining component i.e. quartz, with such dimensions as are usual for telephone and other chip cards. The data stored on the card is digitally compressed, encoded and provided with additional data containing a standardisation and individual characteristics of the card. The card can only be read with a computer program when there is an authorised user.

Description

1. Problemstellung und Stand der Technik1. Problem and state of the art

Die Erfindung betrifft mobile Vorrichtungen zur Messung und Aufzeichnung von Temperaturzeitreihen, bei denen die Temperatur in regelmäßigen, vorbestimmten Intervallen elektronisch gemessen wird und die Aufzeichnung in einem Halbleiterspeicher erfolgt. Geräte dieser Art sind bekannt und werden zur Überwachung von thermischen Prozessen, zum Nachweis der Kühlkette bei Lebensmitteltransporten, bei Anbau von Pflanzen, im Gartenbau sowie zu wissenschaftlichen Zwecken eingesetzt. Der aufgezeichnete Temperaturverlauf (Temperaturprofil) wird sehr unterschiedlichen Auswertungen zugeführt, so kann er sowohl zur Messung zuvor unbekannter Temperaturprofile dienen wie auch zum Nachweis von Abweichungen von vorgegebenen Grenzwerten. In beiden Fällen ist eine Eichung und eine große Zuverlässigkeit gefordert, zudem muß durch integrierte Mittel eine nachträgliche Manipulation der erfaßten Werte verhindert werden.The invention relates to mobile devices for measuring and recording Temperature time series at which the temperature at regular, predetermined intervals is measured electronically and recorded in a semiconductor memory. equipment of this type are known and are used for monitoring thermal processes, for detection the cold chain for food transports, plant cultivation, horticulture and used for scientific purposes. The recorded temperature profile (temperature profile) If very different evaluations are supplied, it can be used both for measurement beforehand Unknown temperature profiles also serve as evidence of deviations from predetermined limits. In both cases there is calibration and great reliability required, in addition, a subsequent manipulation of the detected by integrated means Values are prevented.

Die bisher bekannt gewordenen Ausführungen realisieren eine solche Vorrichtung durch eine elektronische Schaltung aus einzelnen Bauteilen, bestehend aus einem Mikroprozessor mit Programmspeicher und Schnittstelle, einem Sensor zur Temperaturerfassung, Mitteln zur Umwandlung der am Sensor abgegriffenen Analogspannung in Digitalwerte, einem elektronischen Zeitgeber sowie einem größeren Halbleiterspeicher, in dem die Meßwerte abgelegt werden. Bei mobilen Ausführungen wird die Vorrichtung von einer Batterie versorgt, das Gehäuse wird entsprechend dem Anwendungsbereich dicht und korrosionsfest ausgeführt.The previously known designs implement such a device by a electronic circuit from individual components, consisting of a microprocessor with Program memory and interface, a sensor for temperature detection, means for Conversion of the analog voltage tapped at the sensor into digital values, an electronic one Timer and a larger semiconductor memory in which the measured values are stored. At Mobile versions, the device is powered by a battery, the housing Dense and corrosion-resistant according to the area of application.

Die bekannten Ausführungen aus vielen einzelnen Bauteilen, die auf einer Leiterplatte miteinander verschaltet sind, weisen den großen Nachteil auf, daß sie trotz Miniaturisierung immer noch relativ groß und vor allem zu teuer sind, so daß ein Einsatz in großen Stückzahlen unrentabel ist. Hinzu kommt, daß zum Auslesen spezielle Geräte benötigt werden und keine Standardisierung der Datenübertragungs-Schnittstelle vorliegt. Damit bleibt die Verwendung auf wissenschaftliche oder Sonderzwecke beschränkt.The well-known versions of many individual components that together on a circuit board are connected, have the major disadvantage that they are still in spite of miniaturization are relatively large and, above all, too expensive, so that use in large numbers is unprofitable. In addition, special devices are required for reading and no standardization the data transmission interface is present. This leaves the use open limited to scientific or special purposes.

Weiterhin kann bei diskreter Ausführung der Schaltung eine Manipulation der Daten nie vollständig ausgeschlossen werden, ebenso ein Eingriff in die Eichung, was die Zeugnisfähigkeit der Meßergebnisse einschränkt.Furthermore, manipulation of the data can never occur if the circuit is designed discretely be completely excluded, as well as an intervention in the calibration, which is the ability to testify of the measurement results.

Nicht zuletzt ist bei diskreter Ausführung der Energieverbrauch erheblich und erfordert größere Batterien mit entsprechenden Verpackungsproblemen, inbesondere bei Betriebszeiten über längere Zeiträume (Monate, Jahre).Last but not least, with a discrete design, the energy consumption is considerable and requires larger ones Batteries with corresponding packaging problems, especially when operating for longer periods Periods (months, years).

Temperaturzyklen stellen für diskret aufgebaute Elektronik eine starke mechanische Belastung dar, da durch die thermische Dehnung der Leiterplatte und Gehäuse die Lötstellen hoch beansprucht werden. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit herabgesetzt und die Vorrichtung neigt gerade dann zum Ausfall, wenn besonders interessante Wechselprofile erfaßt werden sollen. Angesichts der langen Erfassungszeiträume und dem damit hohen Wert der Daten, auch bei der Anwendung als "Zeuge" bei Transporten hochwertiger Güter, ist den Meßwerten häufig ein sehr hoher Geldwert zuzuordnen, so daß der Zuverlässigkeit der Datenerfassung allerhöchste Priorität einzuräumen ist.Temperature cycles place a strong mechanical load on discrete electronics because the thermal expansion of the circuit board and housing makes the solder joints high be claimed. This reduces reliability and tilts the device to failure especially when particularly interesting change profiles are to be recorded. In view of the long acquisition periods and the high value of the data, also with the Use as a "witness" when transporting high-quality goods is often a very measured value assign high monetary value, so that the reliability of data collection is the top priority is to be granted.

2. Gegenstand der Erfindung2. Subject of the invention

Es ist Gegenstand der Erfindung, die Elektronik zur Erfassung von Temperatur-Zeitreihen, bestehend aus einem Mikroprozessor, einem digitalen Schreib-Lesespeicher (RAM), einem digitalen Programmspeicher (ROM), einer seriellen Schnittstellenschaltung, einer Schaltung zur Kontrolle der Stromaufnahme, einem programmierbaren Zeitgeber, einem Temperatursensor mit Analog/Digitalumsetzung sowie erforderliche Hilfsschaltungen komplett auf einem einzigen elektronischen Mikrochip zu integrieren und zusammen mit einer Energieversorgung (z. B. Batterie) und einem zeitbestimmenden Bauteil (Quarz) in einer Plastikkarte (Chip-Karte) geschützt gegen Umwelteinflüsse einzubauen und damit die Herstellkosten bedeutend zu senken und die Zuverlässigkeit und Handhabbarkeit zu erhöhen.It is the subject of the invention, the electronics for recording temperature-time series, consisting of a microprocessor, a digital read-write memory (RAM), a digital program memory (ROM), a serial interface circuit, a circuit for Control of current consumption, a programmable timer, a temperature sensor with Analog / digital conversion as well as necessary auxiliary circuits completely on one integrate electronic microchip and together with a power supply (e.g. Battery) and a time-determining component (quartz) in a plastic card (chip card) Install protected against environmental influences and thus significantly reduce manufacturing costs and increase reliability and manageability.

Erfindungsgemäß werden die gespeicherten Daten durch Kontaktierung der Karte über ein handelsübliches Chipkarten-Auslesegerät ausgelesen und mit Hilfe eines Rechnerprogramms ausgewertet und dargestellt. Hierbei ist in den Daten der Karte erfindungsgemäß individuell ein Identifizierer gespeichert, der Zugang zu den Daten wird erfindungsgemäß durch Passwort und mehrere Zugangsebenen kontrolliert freigegeben.According to the invention, the stored data are obtained by contacting the card via a Commercial chip card reader read out and with the help of a computer program evaluated and presented. Here, according to the invention, an individual is in the data of the card Identifier stored, access to the data is according to the invention by password and several access levels controlled released.

Es ist ferner Gegenstand der Erfindung, daß die Daten auf der Chipkarte in digitaler Form verschlüsselt und mit Hilfe eines Daten-Komprimierverfahrens gespeichert sind.It is also an object of the invention that the data on the chip card in digital form encrypted and stored using a data compression process.

Erfindungsgemäß verfügt die Karte mindestens über die Betriebsarten "Herstellerkonfiguration" "Anwender Konfiguration", "passiv", "aktiv", "ruhen", "auslesen", die folgende Funktionen beinhalten:According to the invention, the card has at least the operating modes "manufacturer configuration" "User configuration", "passive", "active", "resting", "reading", the following functions include:

"Herstellerkonfiguration""Manufacturer configuration"

In dieser Betriebsart wird die Karte erfindungsgemäß beim Hersteller mit einer individuellen Kennzeichnung (z. B. Nummer) sowie Herstelldatum, Batterietyp usw. versehen. Ferner werden die individuellen Eichdaten, die eine quantitative Beziehung zwischen den Meßwerten des Sensors auf der Karte und der Umgebungstemperatur herstellen, eingespeichert. Diese Daten sind erfindungsgemäß durch ein besonderes Herstellerpaßwort geschützt und vom Anwender nicht mehr veränderbar. Nach der Herstellerkonfiguration wird die Karte in die Betriebsart "passiv" überführt.In this operating mode, the card is inventively with the manufacturer with an individual Provide identification (e.g. number) as well as date of manufacture, battery type, etc. Furthermore the individual calibration data, which is a quantitative relationship between the measured values of the sensor on the map and the ambient temperature, saved. These dates are according to the invention protected by a special manufacturer password and not by the user more changeable. After the manufacturer's configuration, the card is switched to "passive" mode transferred.

"passiv""passive"

In dieser Betriebsart ist der interne Oszillator der Karte abgeschaltet. Die Karte kann nahezu beliebig lange gelagert werden, da bis auf Leckströme des Speichers und der Batterie kein Stromverbrauch erfolgt. Der Speicherinhalt bleibt jedoch erhalten. In dieser Betriebsart wird die Karte gelagert und gehandelt.In this operating mode, the card's internal oscillator is switched off. The card can almost be stored for any length of time, as there is none except for leakage currents in the memory and the battery Electricity consumption takes place. However, the memory content is retained. In this mode, the Card stored and traded.

"Anwender-Konfiguration""User configuration"

In dieser Betriebsart wird die Karte erfindungsgemäß individuell für den Anwendungsfall programmiert. Hierzu werden Daten des Anwenders (Name, Firmenname, Datum, Uhrzeit, Applikation usw.) zusammen mit dem gewünschten Meßintervall auf der Karte gespeichert, zusammen mit einem Paßwort, welches zum Auslesen der Meßwerte später benötigt wird. Mit Abschluß der Konfiguration wird die Karte in die Betriebsart "aktiv" oder, "ruhen" überführt. In this operating mode, the card is individual for the application according to the invention programmed. For this purpose, user data (name, company name, date, time, Application etc.) are saved on the card together with the desired measuring interval, together with a password, which will be needed later to read out the measured values. With At the end of the configuration, the card is switched to the "active" or "resting" mode.  

"aktiv""active"

In dieser Betriebsart führt die Karte erfindungsgemäß eine Messung der Temperatur durch und speichert den Meßwert in digitaler, komprimierter Form in dem integrierten Halbleiterspeicher. Die Kompression der Daten erfolgt blockweise, d. h. erst wenn eine bestimmte Anzahl von Meßwerten zusammengekommen ist. Die Zeiger zur Verwaltung des Speichers werden geeignet nachgeführt. Weiterhin wird in diesem Betriebszustand erfindungsgemäß die Batteriespannung überwacht und bei Unterschreiten einer vorgegebenen Schwelle die Meßdatenerfassung eingestellt und ein entsprechender Fehlerkode abgelegt. Anschließend geht die Karte in den Betriebszustand "ruhen" über.In this operating mode, the card carries out a measurement of the temperature and stores the measured value in digital, compressed form in the integrated semiconductor memory. The data is compressed in blocks, i.e. H. only when a certain number of Measured values came together. The pointers for managing the memory become suitable updated. Furthermore, according to the invention, the battery voltage is in this operating state monitors and the measurement data acquisition is set when a predetermined threshold is undershot and stored a corresponding error code. The card then goes into the operating state "rest" over.

"ruhen""rest"

In diesem Betriebszustand werden alle elektronischen Funktionen der Karte erfindungsgemäß auf ein Minimum reduziert, so daß lediglich der Zeitgeber noch aktiv ist. Damit ist der Stromverbrauch der Elektronik sehr klein und jede Eigenerwärmung wird vermieden. Der Betriebszustand wird beendet mit Ablauf des programmierten Zeitgebers, der die Elektronik wieder in den Zustand "aktiv" bringt. Die Zeitdauer des "Ruhens" ist durch die Konfiguration erfindungsgemäß programmierbar (Meßintervall) und um ein vielfaches länger als die "aktiv" Zeitdauer.In this operating state, all electronic functions of the card are opened according to the invention reduced to a minimum so that only the timer is still active. So that's the Power consumption of the electronics is very low and any self-heating is avoided. Of the The operating state ends when the programmed timer, which is the electronics returns to the "active" state. The period of "rest" is by configuration programmable according to the invention (measuring interval) and many times longer than the "active" Duration.

"auslesen""read out"

Dieser Betriebszustand wird durch die elektrische Kontaktierung der Karte ausgelöst und ermöglicht in Zusammenwirken mit einem entsprechenden Rechnerprogramm einen Zugriff auf die in der Karte gespeicherten Daten. Diese werden erfindungsgemäß nach einem Dialog, in dem das zuvor konfigurierte Paßwort verlangt wird, an den Rechner übertragen und dort dekomprimiert und dargestellt bzw weiterverarbeitet. Hierbei werden auch die Header-Daten (die vom Hersteller und Anwender konfigurierten Daten) ausgewertet sowie die individuelle Eichung der Karte durch Verwendung der Eichdaten berücksichtigt. Die Datenübertragung ist erfindungsgemäß durch digitale Sicherungsverfahren (z. B. Parität, Blocksumme) gegen Übertragungsfehler gesichert.This operating state is triggered by the electrical contacting of the card enables access to in cooperation with an appropriate computer program the data stored in the card. According to the invention, these are based on a dialogue in which the previously configured password is requested, transferred to the computer and there decompressed and displayed or further processed. This also includes the header data (the data configured by the manufacturer and user) and the individual Calibration of the card taken into account using the calibration data. The data transfer is according to the invention using digital security methods (e.g. parity, block sum) against Transmission errors saved.

Nach dem Auslesevorgang kann die Karte neu konfiguriert (gelöscht) werden, auch dieser Vorgang ist erfindungsgemäß durch Paßwort geschützt. Damit kann die Karte mehrfach verwendet werden, wobei die Anzahl der Meßvorgänge erfindungsgemäß intern gezählt und damit die noch vorhandene Batteriekapazität unter Verwendung der gemessenen Temperaturprofile abschätzend berechnet wird.After the reading process, the card can be reconfigured (deleted), including this one According to the invention, the process is protected by a password. This allows the card to be used multiple times are used, the number of measurement processes being counted internally according to the invention and thus the remaining battery capacity using the measured temperature profiles is estimated.

Die Software der Karte ist erfindungsgemäß so organisiert, daß auf der Karte selbst im Festwertspeicher (ROM) nur Unterprogramme abgelegt sind, das eigentliche Applikationsprogramm aber erst bei der Konfiguration heruntergeladen wird. Das Applikationsprogramm ruft dabei die fest programmierten Unterroutinen auf (BIOS), ist deshalb verhältnismäßig kurz und wird im Meßwert-Speicher (RAM) gehalten. Damit kann bei sonst gleicher Chipkarte eine sehr flexible Anpassung an unterschiedliche Anwendungsbereiche erreicht werden. Das Herunterladen des Applikationsprogramms erfolgt dabei entweder bei der Herstellerkonfiguration oder bei der Anwenderkonfiguration, eine gemischte Form ist ebenfalls möglich.The software of the card is organized according to the invention so that on the card itself in Read only memory (ROM) only subroutines are stored, the actual Application program is only downloaded during configuration. The Application program calls the permanently programmed subroutines (BIOS), is therefore relatively short and is held in the measured value memory (RAM). Otherwise same chip card achieved a very flexible adaptation to different areas of application will. The application program is either downloaded from the Manufacturer configuration or in the user configuration, a mixed form is also possible.

Es ist ferner Gegenstand der Erfindung, daß die Chipkarte mit beschreibbaren Flächen ausgerüstet ist, die eine Anbringung von Kennzeichnungen ermöglicht. It is also an object of the invention that the chip card with writable areas is equipped, which enables the application of labels.  

Erfindungsgemäß soll die Karte zudem über eine Ausstanzung verfügen, die eine Befestigung und Verplombung der Karte an Waren oder Transportcontainern ermöglicht.According to the invention, the card should also have a punched-out area that has an attachment and Sealing of the card on goods or transport containers allowed.

3. Beschreibung der Erfindung an einem Beispiel3. Description of the invention using an example

In Bild 1 ist der prinzipielle mechanische Aufbau der Chipkarte (1) dargestellt. Die Karte hat die Standardmaße einer Scheckkarte bzw Telefonkarte von ca. 85 × 54 mm, die Dicke wird wegen der integrierten Folienbatterie (3) ca. 1 mm betragen. Das Material ist so gewählt, daß die Batterie eingeschweißt werden kann und in dem Einsatztemperaturbereich der Karte flexibel bleibt. Das Material verfügt ferner über Lebensmittelechtheit und enthält keine Stoffe (Weichmacher), die bei Temperatur ausdiffundieren oder durch übliche Lösungsmittel herausgelöst werden können. Geeignete Materialien sind Stand der Technik. Figure 1 shows the basic mechanical structure of the chip card ( 1 ). The card has the standard dimensions of a check card or telephone card of approx. 85 × 54 mm, the thickness will be approx. 1 mm due to the integrated foil battery ( 3 ). The material is selected so that the battery can be welded in and remains flexible in the operating temperature range of the card. The material is also food-safe and does not contain any substances (plasticizers) that diffuse out at temperature or can be dissolved out by common solvents. Suitable materials are state of the art.

Die Karte ist mit Firmenaufdruck (7), Bezeichnung (5) und einem Beschriftungsfeld (6) versehen, eine eingestanzte Lasche (4) ermöglicht erfindungsgemäß eine sichere Befestigung an Waren oder Transportbehältern.The card is provided with a company imprint ( 7 ), designation ( 5 ) and a labeling field ( 6 ). According to the invention, a stamped-in tab ( 4 ) enables secure attachment to goods or transport containers.

Für Einsatzbereiche mit großer mechanischer-, thermischer- oder Schmutz-Belastung wird eine Schutztasche aus Plastik oder Metall vorgesehen, in die Karte eingeschoben werden kann. Damit werden insbesondere die elektrischen Kontakte vor Kurzschluß oder Beschädigung geschützt. Die Gestaltung dieser Schutztasche ist frei und kann dem jeweiligen Einsatzzweck angepaßt werden.For applications with high mechanical, thermal or dirt loads, a Protective bag made of plastic or metal is provided, into which the card can be inserted. In order to In particular, the electrical contacts are protected against short circuit or damage. The Design of this protective bag is free and can be adapted to the respective purpose.

Es ist eine Kontaktierung durch Kontakte (2), die auf der Karte angeordnet sind, vorgesehen. Anordnung, Gestaltung und Funktion der Kontakte entsprechen dem Telefonkartenstandard, es werden die dort vorhandenen preiswerten Kontaktadapter zum Auslesen verwendet. Die Datenübertragung über die Schnittstelle lehnt sich an den Telefonkartenstandard an, ist jedoch nicht direkt kompatibel, wobei sich die Modifikation auf die Anordnung und Bedeutung der übertragenen Daten beziehen. Die Kontakte sind gegen Verschmutzung vergoldet, weitergehender Schutz kann durch mechanische Schutztaschen oder einen Klebestreifen erfolgen.Contacting is provided by contacts ( 2 ) which are arranged on the card. The arrangement, design and function of the contacts correspond to the calling card standard; the inexpensive contact adapters available there are used for reading. The data transmission via the interface is based on the telephone card standard, but is not directly compatible, the modification relating to the arrangement and meaning of the transmitted data. The contacts are gold-plated to protect them from dirt; further protection can be provided by mechanical protective pockets or an adhesive strip.

Elektrisch sind die Kontakte ferner durch entsprechende Ausführung der Eingangsschaltkreise der Integrierten Schaltung gegen elektrische Störeinflüsse geschützt, es werden die Standards, wie sie für die Telefonkarte definiert wurden, soweit wie möglich hier angewendet. Die Karte wird EMV-mäßig geprüft und hält die einschlägigen Normen ein.Electrically, the contacts are also by appropriate design of the input circuits Integrated circuit protected against electrical interference, it will be the standards as they are have been defined for the phone card as far as possible. The card becomes EMC-compliant checked and complies with the relevant standards.

In einer alternativen Version ist auch eine induktive Datenübertragung möglich, wird hier aber nicht weiter dargestellt.In an alternative version, inductive data transmission is also possible, but is here not shown further.

In Bild 2 ist der innere Aufbau der Karte beispielhaft dargestellt. Der Chip (11) wird auf der Rückseite der Kontaktplatte (12) montiert, gebondet (11) und mit einem Kunststofftropfen versiegelt. Andere Montagearten (z. B. Flip-Chip) sind ebenfalls möglich und Stand der Technik. Für Karten mit erweitertem Temperaturbereich sind auch andere Schutzmethoden (Keramik-Deckel) denkbar. Die Kontaktplatte ist über eine flexible Folie (13) mit Leiterbahnen mit der Batterie (3, 8) und einem Quarz (9) verbunden. Die Batterie ist aufgelötet oder geklebt. Figure 2 shows an example of the internal structure of the card. The chip ( 11 ) is mounted on the back of the contact plate ( 12 ), bonded ( 11 ) and sealed with a plastic drop. Other types of mounting (e.g. flip chip) are also possible and state of the art. Other protection methods (ceramic cover) are also conceivable for cards with an extended temperature range. The contact plate is connected to the battery ( 3 , 8 ) and a quartz ( 9 ) via a flexible film ( 13 ) with conductor tracks. The battery is soldered or glued.

Die Montagetechnologie ist konventionell und in der Uhrenbranche weit verbreitet. Der ganze Modul wird zwischen zwei Kunststoffkarten eingelegt, die über entsprechende Einsenkungen bzw einen Durchbruch für die Kontakte verfügen und anschließend thermisch verschweißt und ausgehärtet. The assembly technology is conventional and widely used in the watch industry. The whole The module is inserted between two plastic cards, which can be lowered or lowered accordingly have a breakthrough for the contacts and then thermally welded and hardened.  

Neben dieser Ausführung in Plastik sind auch Ausführungen in Edelstahl oder anderen Materialien, z. B. Keramik oder Glas möglich, wobei die Forderungen der jeweiligen Anwendungsgebiete berücksichtigt werden.In addition to this version in plastic, there are also versions in stainless steel or other Materials, e.g. B. ceramic or glass possible, the requirements of each Areas of application are taken into account.

Das Blockschaltbild der integrierten Schaltung zeigt Bild 3. Der integrierte Chip verfügt über einen internen Temperatursensor (14) mit integrierter Digitalisierung mit hoher Meßauflösung von z. B. 0.1 Grad C. Mit jedem Meßwert wird damit z. B. ein 12 bit Datum erfaßt, die Genauigkeit wird durch Interpolation zwischen geeichten Punkten auf der ansonsten leicht nichtlinearen Kennlinie des integrierten Sensors erreicht, wobei diese Berechnung erst in der Datenauswertung erfolgt. Entsprechende Sensoren sind Stand der Technik, ebenso die Verarbeitung und Digitalisierung der erfaßten Meßwerte. Die individuellen Eichdaten der Karte sind erfindungsgemäß Bestandteil der Konfigurationsdaten. Die Herstellung der Temperatursensoren als Bestandteil des Chips garantiert eine große Gleichförmigkeit und hohe Zuverlässigkeit der Ergebnisse. Für hohe Genauigkeit ist eine individuelle Eichung vorgesehen (im Los, z. B. 200 Karten in einem Durchgang), bei geringeren Genauigkeitsforderungen kann möglicherweise wegen der genauen Reproduzierbarkeit der Halbleitersensorik hierauf verzichtet werden (Low-Cost Karten).The block diagram of the integrated circuit is shown in Figure 3. The integrated chip has an internal temperature sensor ( 14 ) with integrated digitization with a high measurement resolution of e.g. B. 0.1 degrees C. With each measured value z. B. a 12 bit date is recorded, the accuracy is achieved by interpolation between calibrated points on the otherwise slightly non-linear characteristic of the integrated sensor, this calculation only being carried out in the data evaluation. Corresponding sensors are state of the art, as is the processing and digitization of the measured values acquired. According to the invention, the individual calibration data of the card are part of the configuration data. The manufacture of the temperature sensors as part of the chip guarantees a high degree of uniformity and high reliability of the results. For high accuracy, an individual calibration is provided (in the lot, e.g. 200 cards in one pass); with lower accuracy requirements, this may not be necessary due to the exact reproducibility of the semiconductor sensors (low-cost cards).

Die Eigenerwärmung des Chips hat bei ausreichend großem zeitlichen Abstand der Meßwerte nur geringen Einfluß auf das Meßergebnis.The self-heating of the chip only has a sufficiently large time interval between the measured values little influence on the measurement result.

Die vom Sensor gelieferten digitalen Meßwerte werden durch den auf dem Chip integrierten Mikroprozessor (15) bearbeitet und durch einen Kompressionsalgorithmus im Volumen stark reduziert. Es stehen mehrere geeignete Kompressionsalgorithmen als Stand der Technik zur Verfügung, wobei der Kompressionsgrad stark von der inneren Korrelation der Meßwerte abhängt. Bei typischen Temperaturverläufen wird auf dem Chip ein Äquivalent von etwa 20 000 Meßwerten problemlos gespeichert. Die genaue Ausführung dieser Rechnungen ist nicht Gegenstand dieser Erfindung.The digital measured values supplied by the sensor are processed by the microprocessor ( 15 ) integrated on the chip and greatly reduced in volume by a compression algorithm. Several suitable compression algorithms are available as state of the art, the degree of compression being strongly dependent on the internal correlation of the measured values. With typical temperature profiles, an equivalent of around 20,000 measured values is easily stored on the chip. The exact execution of these calculations is not the subject of this invention.

Als Speicher wird ein CMOS-statischer Speicher (17) eingesetzt, der einen sehr niedrigen Stromverbrauch aufweist. Der Prozessor wird mit einem Quarz-Takt betrieben, was in Verbindung mit einem integrierten Zeitgeber (18) eine genaue Zuordnung der Meßwerte zu absoluten Uhrzeiten und Datum ermöglicht. In der Betriebsart "ruhen" werden alle nicht benötigten Funktionen in der Zeit zwischen 2 Messungen abschaltet.A CMOS static memory ( 17 ), which has a very low power consumption, is used as the memory. The processor is operated with a quartz clock, which, in conjunction with an integrated timer ( 18 ), enables precise assignment of the measured values to absolute times and dates. In the "resting" mode, all functions that are not required are switched off between 2 measurements.

Als weiterer Modul ist eine serielle Schnittstelle (19) integriert, die eine Kommunikation zwischen dem Auslesegerät und der Chipkarte ermöglicht. Hierbei lehnen sich Taktrate und Protokoll an die von der Telefonkarte bekannten Standards an.A serial interface ( 19 ) is integrated as a further module, which enables communication between the reading device and the chip card. The clock rate and protocol are based on the standards known from the telephone card.

Der Chip verfügt erfindungsgemäß zudem über eine weitere serielle Schnittstelle (nicht dargestellt), mit der bei Bedarf ein serielles EEPROM (oder Flash-EPROM) angesprochen werden kann, mit dem ein externer großer Zusatzspeicher leicht realisiert werden kann. Diese Ausführung bleibt aber auf Sonderausführungen der Karte beschränkt.According to the invention, the chip also has a further serial interface (not with which a serial EEPROM (or flash EPROM) can be addressed if necessary with which an external large additional storage can be easily implemented. This Execution remains limited to special versions of the card.

Der Chip enthält zudem erfindungsgemäß die zum Betrieb der Karte erforderliche Software in einem ROM (16) als Firmware, wobei Teile der Software, die aus Flexibiltätsgründen veränderlich bleiben sollen, bei der Konfiguration geladen werden. Damit ist in Grenzen eine Anpassung des Chips an unterschiedliche Aufgabenstellungen auch noch nachträglich möglich.According to the invention, the chip also contains the software required for operating the card in a ROM ( 16 ) as firmware, parts of the software which are to remain variable for reasons of flexibility being loaded during configuration. This means that the chip can also be subsequently adapted to different tasks.

Die Karte wird in der beispielhaften Ausführung über die serielle Schnittstelle konfiguriert. Es sind mehrere Sicherheitsebenen, die jeweils durch Schlüsselkodes geschützt sind, vorgesehen:
In the exemplary embodiment, the card is configured via the serial interface. There are several levels of security, each protected by key codes:

  • 1. Firmware-Ebene: Individuelle Seriennummer, Eichdaten, Softwarekonfiguration, Datum Herstellung, Batterietyp, Batteriestand usw.1. Firmware level: individual serial number, calibration data, software configuration, Date of manufacture, type of battery, battery level, etc.
  • 2. Konfigurations-Ebene: Paßworte, Schreibschutz, Leseschutz, Löschen, Uhrzeit, Datum, Zeitabstand zwischen Messungen, Art der Erfassung usw.2nd configuration level: passwords, write protection, read protection, deletion, time, Date, time interval between measurements, type of acquisition, etc.
  • 3. Anwender-Ebene: Start Erfassung, Auslesen, Batteriestand abfragen, verfügbaren Speicher abfragen usw.3rd user level: start acquisition, readout, query battery level, available Query memory etc.

Die Karte weist die zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Betriebsarten auf.The card has the operating modes according to the invention described above.

Die Konfiguration und Nutzung der Karte erfolgt über ein PC-Lesegerät, welches über ein entsprechendes Programm (unter dem Betriebssystem MS-Windows) verfügt. Eine typische Ausführung besteht z. B. in einem tragbaren Rechner mit einem geeigneten PCMCIA-Adapter, in den die Karten eingeschoben werden können. Daneben sind auch dedizierte Lesegeräte (z. B. nur mit Drucker) denkbar.The configuration and use of the card is carried out via a PC reader, which is via a appropriate program (under the operating system MS Windows). A typical one Execution z. B. in a portable computer with a suitable PCMCIA adapter, in that the cards can be inserted. There are also dedicated readers (e.g. only with printer) possible.

Eine Akkumulator-Version der Chipkarte, die ein Wiederaufladen ermöglicht, ist für höherwertige Ausführungen (Sondergehäuse) ebenfalls realisierbar, wird aber hier in der Grundversion nicht weiter betrachtet. Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß an die Zuverlässigkeit des Akkumulators und Dauerbeständigkeit der Verpackungstechnik damit wesentlich höhere Anforderungen gestellt werden, die dem Low-Cost-Prinzip widersprechen. Die hohe Selbstentladungsrate der Akkumulatoren beschränkt den Einsatz zudem auf kurze Erfassungszeiträume.An accumulator version of the chip card that enables recharging is for Higher-quality versions (special housings) can also be implemented, but is here in the Basic version not considered further. However, it should be noted that Reliability of the accumulator and durability of the packaging technology much higher demands are made that contradict the low-cost principle. The high self-discharge rate of the batteries also limits their use to short ones Acquisition periods.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Messung und Aufzeichnung von Temperaturzeitreihen, bei denen die Temperatur in regelmäßigen, vorbestimmten Intervallen elektronisch gemessen wird und die Aufzeichnung digital in einem Halbleiterspeicher erfolgt und die mobil durch Batterie oder andere Energiequellen versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderlichen elektronischen Funktionen zusammen mit dem Temperatursensor, dem Halbleiterspeicher, dem Programmspeicher, einem digitalen Prozessor, einem Zeitgeber und einer digitalen seriellen Schnittstelle auf nur einem Halbleiterchip integriert sind und daß dieser Halbleiterchip in einer mit Kontakten versehenen Plastikkarte zusammen mit einer Batterie und einem zeitbestimmenden Bauelement (Quarz) in den Abmessungen integriert ist, wie sie für Telefon- und andere Chipkarten üblich ist, und daß die auf der Karte gespeicherten Daten digital komprimiert, verschlüsselt und mit Zusatzdaten versehen sind, die eine Eichung der Karte sowie individuelle Kennzeichnung der Karte enthalten und nur bei autorisierter Nutzung ein Auslesen der Karte mit Hilfe eines Rechnerprogramms ermöglichen.1. Device for measuring and recording temperature time series, in which the temperature is measured electronically at regular, predetermined intervals and the recording is carried out digitally in a semiconductor memory and which are powered by battery or other energy sources, characterized in that the required electronic functions together with the temperature sensor, the semiconductor memory, the program memory, a digital processor, a timer and a digital serial interface are integrated on only one semiconductor chip and that this semiconductor chip in a plastic card provided with contacts together with a battery and a time-determining component (quartz) in the Dimensions is integrated, as is common for telephone and other chip cards, and that the data stored on the card is digitally compressed, encrypted and provided with additional data that a calibration of the card and individual Identification of the card included and only possible to read out the card with the help of a computer program when authorized. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Chipkarte über eine Ausstanzung zur einfachen Befestigung an Ware sowie ein fest aufgedrucktes Schriftfeld mit Kennzeichnung der Karte und ein Feld zur freien Beschriftung enthält.2. Device according to claim 1, characterized in that the chip card has a Punching out for easy attachment to goods as well as a firmly printed text field with Contains identification of the card and a field for free labeling. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung und elektrische Funktion der Kontakte den üblichen Schnittstellenstandards für Chipkarten genügt und damit ein Auslesen mit üblichen Kartenlesegeräten und einem geeignet programmierten Rechner ermöglicht wird.3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the arrangement and electrical function of the contacts meets the usual interface standards for chip cards and thus reading out with conventional card readers and a suitably programmed Calculator is enabled. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Karte über eine Betriebsart verfügt, bei der alle Funktionen ruhen, jedoch der Speicherinhalt erhalten bleibt und bei der nur der durch die Halbleiterbauelemente und die Batterie gegebene Leckstrom fließt und aus welcher die Karte durch ein elektrisches Signal in eine aktive Betriebsart überführt werden kann,4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the card has a Operating mode in which all functions are idle, but the memory content is retained and in which only the leakage current given by the semiconductor components and the battery flows and from which the card is converted into an active operating mode by an electrical signal can be, 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Karte über eine Betriebsart verfügt, bei der nur ein Zeitgeber aktiv ist, der nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne die Karte in einen aktiven Zustand überführt,5. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that the card has a Operating mode, in which only one timer is active, which after a specified one Period of time the card is brought into an active state, 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Karte über eine Betriebsart verfügt, bei der die Karte in wesentlichen Eigenschaften konfiguriert werden kann, wobei einzelne Eigenschaften nur vom Hersteller, andere Eigenschaften nur vom Anwender modifiziert werden können, wobei Mittel zum Schutz vor unbefügtem Zugriff in die Karte integriert sind,6. The device according to claim 1 to 5, characterized in that the card has a Operating mode in which the card can be configured in essential properties, where individual properties only from the manufacturer, other properties only from the user can be modified, providing means of protection against unauthorized access to the card are integrated, 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Karte über eine Betriebsart verfügt, bei der die Umgebungstemperatur gemessen, digitalisiert und abgespeichert wird, wobei nach einer vorgegebenen Anzahl von Meßwerten (Datenblock) eine Datenkompression erfolgt und dadurch die Größe des verbrauchten Speicherplatzes gegenüber einer direkten Datenspeicherung verringert wird.7. The device according to claim 1 to 6, characterized in that the card has a Operating mode in which the ambient temperature is measured, digitized and is stored, with a. after a predetermined number of measured values (data block) Data compression takes place and thereby the size of the used storage space compared direct data storage is reduced. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Karte über eine Betriebsart verfügt, bei der die auf der Karte gespeicherten Daten aus der Karte ausgelesen werden können, wobei die Übertragung in digitaler, serieller Form erfolgt und Mittel zur Datensicherung angewendet werden und die Daten in der anschließenden Auswertung dekomprimiert, gemäß der Eichung der Karte umgerechnet und dargestellt werden.8. The device according to claim 1 to 7, characterized in that the card has a Operating mode in which the data stored on the card is read from the card can be, the transmission takes place in digital, serial form and means for  Data backup are applied and the data in the subsequent evaluation decompressed, converted and displayed according to the calibration of the map. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zugriffe auf die Karte sowie das Löschen der Datenbestände durch Schlüsselworte gegen Manipulation gesichert sind.9. The device according to claim 1 to 8, characterized in that all accesses to the card and the deletion of the data stocks secured by key words against manipulation are. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriespannung im aktiven Zustand gemessen und in Kombination mit der Anzahl der erfolgten Meßvorgänge, dem Temperaturverlauf und dem Batterietyp die verbleibende Batteriekapazität abgeschätzt wird und im Falle der Unterschreitung eines Grenzwertes ein Fehlerkode abgelegt, die erfaßten Daten gesichert sowie die Durchführung von neuen Messungen eingestellt werden.10. The device according to claim 1, characterized in that the battery voltage in the active Condition measured and in combination with the number of measurements, the Temperature curve and the battery type the remaining battery capacity is estimated and in the event of a limit value being undershot, an error code is stored which is detected Data saved and the execution of new measurements can be stopped. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Festwertsspeicher (ROM) des Chips nur Unterprogramme abgelegt sind, das eigentliche Anwenderprogramm erst bei der Konfiguration der Chipkarte im Schreib-Lesespeicher (RAM) heruntergeladen wird, wobei ein geringer Teil des Meßwertspeichers verwendet wird.11. The device according to claim 1, characterized in that in the read-only memory (ROM) of the Chips are only stored in subroutines, the actual user program only at the Configuration of the chip card in the random access memory (RAM) is downloaded, with a small part of the measured value memory is used. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip über eine zusätzliche serielle Schnittstelle zum Anschluß eines elektrisch löschbaren seriellen Schreib-Lesespeichers (EEPROMS) verfügt.12. The apparatus according to claim 1, characterized in that the chip has an additional serial interface for connecting an electrically erasable serial read / write memory (EEPROMS). 13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auch das EEPROM auf dem Chip mit angeordnet ist.13. The apparatus of claim 1 to 10, characterized in that the EEPROM on is arranged with the chip. 14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Abweichung von Anspruch 1 anstelle einer Kontaktfläche eine Spule in die Chipkarte integriert ist und die Kommunikation induktiv zwischen Kartenlesegerät und Chip-Karte stattfindet.14. The apparatus according to claim 1 to 12, characterized in that in deviation from Claim 1, a coil is integrated into the chip card instead of a contact surface and the Communication takes place inductively between the card reader and chip card. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abweichung von Anspruch 1 nicht die Form einer Standard-Chip-Karte, sondern eine kleinere Bauform ausgeführt wird.15. The apparatus according to claim 1, characterized in that in deviation from claim 1 not in the form of a standard chip card, but a smaller design. 16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abweichung von Anspruch 1 andere Materialien als Plastik zur Verkapselung und Montage verwendet werden.16. The apparatus according to claim 1, characterized in that in deviation from claim 1 Materials other than plastic can be used for encapsulation and assembly. 17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine wiederaufladbare Spannungsquelle als Stromversorgung integriert wird, wobei der Ladevorgang über das Kontaktfeld erfolgt.17. The apparatus according to claim 1, characterized in that a rechargeable Voltage source is integrated as a power supply, the charging process via the Contact field is done.
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