基于射頻識(shí)別技術(shù)RFID的電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)

1、基于射頻識(shí)別技術(shù)RFID的電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)XXX（ XXXX大學(xué)自動(dòng)化與電子工程學(xué)院，山東 青島 266042 ）摘要: 本課題研究的是利用射頻識(shí)別技術(shù)RFID識(shí)別有源電子標(biāo)簽（2.45GHz）。此標(biāo)簽可以用于港口碼頭環(huán)境下的集裝箱遠(yuǎn)程自動(dòng)識(shí)別，也可用于車輛出入信息采集與控制以及不停車收費(fèi)系統(tǒng)等有遠(yuǎn)距離識(shí)別與控制需求的系統(tǒng)。射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是利用射頻信號(hào)通過空間耦合實(shí)現(xiàn)非接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別的目的。RFID技術(shù)與其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，在諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用并具有巨大的發(fā)展和應(yīng)用潛力。在文中我們利用MSP430F2012和nRF24L01分別作為MCU和RF芯片

2、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了RFID系統(tǒng)中有源電子標(biāo)簽的硬件部分，同時(shí)利用ALOHA防碰撞算法，解決多標(biāo)簽同時(shí)存在的識(shí)別問題，對(duì)應(yīng)用到實(shí)際奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)識(shí)別技術(shù)；射頻識(shí)別；有源電子標(biāo)簽中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：ABASED on RFID Tags designZHANG Zhen-zhen（Qingdao University of Science and Technology Automation and Electronic EngineeringShandong Qingdao 266042）Abstract: This topic is the study of the act

3、ive tags (2.45GHz). This tag can be used in the container port environment remote automatic identification; also can used for car out information gathering and control and no parking charge systems, etc have long distance identification and control needs of systems. Radio frequency identification (R

4、FID) technology uses radio frequency signal through space coupling realize non-contact information transmission, and through the message to identify purpose. Compared with other automatic identification technology has many advantages, RFID technology is widely used in many fields, and has great deve

5、lopment and potential application. In this paper we use respectively MSP430F2012 and nRF24L01 as MCU and RF chip design and realized the RFID system hardware components of active tags. And using the ALOHA prevent collision algorithms to the multi-tags collision problem，corresponding to use actual la

6、id a foundation. Key words: Automatic identification technology; RFID; Active tags0引言射頻識(shí)別技術(shù)（RFID，Radio Frequency Identification）是20世紀(jì)90年代產(chǎn)生的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它是利用空間信號(hào)（交變磁場或電磁場）的耦合來達(dá)到無接觸式信息的傳遞并達(dá)到識(shí)別信息的目的。與傳統(tǒng)的識(shí)別技術(shù)不同，射頻識(shí)別解決了免接觸等問題，并可同步實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別。因此被廣泛應(yīng)用于物流系統(tǒng)、零售系統(tǒng)、身份識(shí)別、交通管理、農(nóng)牧行業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)等許多領(lǐng)域，成為20世紀(jì)最熱門的技術(shù)之一?，F(xiàn)今港口碼

7、頭環(huán)境下的集裝箱遠(yuǎn)程自動(dòng)識(shí)別，車輛出入信息采集與控制以及不停車收費(fèi)系統(tǒng)等有遠(yuǎn)距離識(shí)別與控制需求的系統(tǒng)變得越來越重要，這就需要它們自身帶有能夠遠(yuǎn)距離識(shí)別的有源標(biāo)簽。RFID技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)較其他技術(shù)有如下優(yōu)勢：受外界影響小，具有抗污染能力和耐久性；可重復(fù)使用；穿透性和無障礙閱讀；安全性好。所以選擇利用射頻識(shí)別技術(shù)RIFD來識(shí)別它們。本文介紹了RFID系統(tǒng)的閱讀器和應(yīng)答器以及它們的工作原理。其中圍繞RFID的工作原理、電子標(biāo)簽的配電方式、耦合方式，介紹RFID的系統(tǒng)特性。并對(duì)電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)中的天線、芯片技術(shù)等進(jìn)行簡單分析。還介紹了電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)，其中選擇RFID控制芯片MSP430F2012

8、和射頻RF芯片nRF24L01，這有利于達(dá)到低功耗，高效率。通過protel99se對(duì)芯片和電路連接的設(shè)計(jì)。利用純ALOHA算法防碰撞算法解決多個(gè)標(biāo)簽同事發(fā)送的碰撞問題。1射頻識(shí)別系統(tǒng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是利用空間信號(hào)通過空間耦合（電壓器/雷達(dá)原理）實(shí)現(xiàn)信息的傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別的目的的技術(shù)， 一般來說，射頻識(shí)別系統(tǒng)主要由應(yīng)答器（電子標(biāo)簽）、閱讀器和計(jì)算機(jī)組成，RFID中的信號(hào)通過閱讀器與應(yīng)答器之間的天線達(dá)到無線電波或微波的無線傳遞實(shí)現(xiàn)非接觸識(shí)別，再將所得信息反饋到計(jì)算機(jī)以供工作人員利用、分析。從信息的傳遞方式來看，RFID技術(shù)存在兩種耦合方式，在低頻段RFID采用變壓器耦合模型

9、（在初、次級(jí)線圈之間傳遞能量及信號(hào)），RFID技術(shù)在高頻段則采用雷達(dá)探測目標(biāo)的空間耦合模型（電磁波在空間的發(fā)射在碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回到雷達(dá)）。圖2.1.1 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Figure 2.1.1 RFID system structure上圖所示為RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入到閱讀器場能后通過各自耦合天線來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞。1.1射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成1） 應(yīng)答器（電子標(biāo)簽）應(yīng)答器是RFID系統(tǒng)中真正的數(shù)據(jù)載體，它也稱作射頻標(biāo)簽或射頻卡。根據(jù)發(fā)送射頻信號(hào)的方式不同，分為主動(dòng)標(biāo)簽和被動(dòng)標(biāo)簽。主動(dòng)標(biāo)簽通常有內(nèi)置電池，這類標(biāo)簽需要的電源不完全由閱讀器提供，因此又被叫做有源標(biāo)簽。相對(duì)于主動(dòng)

10、標(biāo)簽（有源標(biāo)簽）另外一種標(biāo)簽則為無源標(biāo)簽，這種標(biāo)簽發(fā)射能量和內(nèi)部處理器的運(yùn)行所需的能量都由閱讀器提供，當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入到閱讀器電磁場范圍則開始工作。電子標(biāo)簽通常是由耦合元件（天線）和微電子芯片組成。電子標(biāo)簽有區(qū)別于其他構(gòu)造形式的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：小、薄、柔韌、可植入多種材料內(nèi)部。芯片模塊是電子標(biāo)簽的核心。天線的作用是和閱讀器天線相耦合，利用變壓器原理或雷達(dá)技術(shù)原理達(dá)到信號(hào)的空間傳播與識(shí)別的目的。2） 閱讀器閱讀器主要包含有高頻模塊（發(fā)送器和接收器）、控制單元和應(yīng)答器連接的耦合元件。閱讀器控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀取信號(hào)，并接收來自標(biāo)簽的應(yīng)答，對(duì)標(biāo)簽的信息進(jìn)行解碼，將對(duì)象標(biāo)識(shí)信息連帶標(biāo)簽上其他相關(guān)信息傳送到計(jì)

11、算機(jī)進(jìn)行處理。3）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要于閱讀器通信，通過應(yīng)用程序，相關(guān)軟件來完成應(yīng)答器信息的閱讀、存放、處理等操作。1.2 RFID系統(tǒng)的工作原理電子標(biāo)簽粘貼在待識(shí)別的物體上，其中存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。閱讀器通過耦合天線發(fā)出一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場時(shí)感應(yīng)電流，同時(shí)利用此能量發(fā)出自身編碼等信息，閱讀器讀取信息并解碼后傳送至主機(jī)并進(jìn)行相關(guān)處理，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。當(dāng)今RFID的運(yùn)用上主要有低頻（LF）30kHz-200kHz、高頻（HF）3MHz-20MHz和超高頻（UHF）300MHz-3GHz三個(gè)層次，其中低頻近距離主要集中在125kHz、13.56MHz；高頻遠(yuǎn)距離主

12、要集中在915MHz、2.45Ghz和5.8GHz。本文使用的有源電子標(biāo)簽又稱主動(dòng)電子標(biāo)簽，標(biāo)簽在工作時(shí)所需要的能量不完全由閱讀器提供，而外加了一個(gè)內(nèi)部電源供電。標(biāo)簽在未進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)期處于休眠狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)除關(guān)鍵部分外基本不耗能。而當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器區(qū)時(shí)，將受到閱讀器的射頻信號(hào)激勵(lì)，進(jìn)入到工作狀態(tài)，此時(shí)標(biāo)簽內(nèi)部的系統(tǒng)在微處理器的控制下將進(jìn)入工作狀態(tài)，接收閱讀器信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理和完成與閱讀器的通信。1.3 RFID電子標(biāo)簽的信息儲(chǔ)存狀態(tài)一存儲(chǔ)器概述電子標(biāo)簽芯片為非接觸式智能卡，無源標(biāo)簽芯片工作所需要的能量均由模擬前端耦合閱讀器發(fā)出的電磁波產(chǎn)生，因而要求存儲(chǔ)器具有非揮發(fā)性和低功耗的特點(diǎn)，對(duì)于這樣的

13、要求，用于電子標(biāo)簽芯片的存儲(chǔ)器是具有數(shù)據(jù)保存時(shí)間長，可反復(fù)進(jìn)行擦寫的能力、低功耗EEPROM。 1.4 RFID電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)與耦合方式電感耦合電子標(biāo)簽是由電子數(shù)據(jù)作載體，通常由單個(gè)微型芯片以及用作天線的大面積線圈組成。電感耦合幾乎是無源工作的。這就是說，芯片工作所需要的能量全部由閱讀器提供，在這種情況下，獲取能量的方式可以看作是變壓器原理。閱讀器和應(yīng)答器通過各自的天線線圈來達(dá)到能量和信號(hào)的傳遞與識(shí)別。圖1.1 電感耦合原理示意圖 Figure 1.1 Inductance coupling principle diagram上圖示為電感耦合原理示意圖，發(fā)射磁場的一部分磁力線穿過距離閱讀器

14、天線線圈一定距離的應(yīng)答器天線線圈。通過感應(yīng)在應(yīng)答器的天線上產(chǎn)生一個(gè)電壓Ui，將其整流后作為數(shù)據(jù)載體的電源。將一個(gè)電容器Cr與閱讀器的天線線圈并聯(lián)，電容器電容的選擇是：與天線線圈的電感在一起，形成諧振頻率與閱讀器發(fā)射頻率相符的并聯(lián)諧振回路。該回路的諧振使得閱讀器天線線圈產(chǎn)生一個(gè)非常大的電流，這種方法也可用于生產(chǎn)供遠(yuǎn)距離應(yīng)答器工作所需要的場強(qiáng)。由于電感耦合是無源的，且系統(tǒng)的效率不高，所以一般只用于的低電流電路。只有功耗極低的只讀應(yīng)答器(135kHz)可用于1m以上的距離。而具有寫入功能和復(fù)雜安全算法的應(yīng)答器的功率消耗較大，因而一般的作用距離為15cm，個(gè)別有的能達(dá)到80cm。調(diào)制的反射橫截面從雷達(dá)

15、技術(shù)中得知：電磁波被大小超過波長一般的物體反射。一個(gè)物體反射電磁波的效率是通過其反射橫截面來說明的。物體同達(dá)到它的波前產(chǎn)生諧振時(shí)，其反射橫截面尤其大，這正是處于適當(dāng)?shù)念l率的天線所用的場合。圖1.2反向散射應(yīng)答器的作用原理 Figure1.2 The response of backscatter mechanism功率P1從閱讀器發(fā)射出來，它的一小部分達(dá)到應(yīng)答器天線，到達(dá)應(yīng)答器的功率P1作為HF電壓在天線接口處使用。經(jīng)二極管D1和D2整流后，可作為操作電壓以去活化省電的“低功耗”模式。所獲得的電壓足夠用于短距離作用的能量供應(yīng)。到達(dá)的功率P1，一部分被天線反射，返回功率P2。天線的反射性能會(huì)受到

16、連接的天線的負(fù)載變化的影響。為了從應(yīng)答器到閱讀器傳輸數(shù)據(jù)，與天線并聯(lián)的附加負(fù)載電阻R的接通和斷開要和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流一致，從而完成對(duì)由應(yīng)答器反射的功率P2振幅的調(diào)制。對(duì)應(yīng)答器來說，由應(yīng)答器反射的功率P2在空間自由輻射，其中一小部分被閱讀器天線接收，反射信號(hào)以“相反方向”進(jìn)入閱讀器的天線連接處，被定向耦合器解耦后送到閱讀器接收入口。2 UHF RFID有源電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)是UHF 2.45GHz的有源電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)。它是一種RFID主動(dòng)標(biāo)簽，不但具備被動(dòng)式標(biāo)簽的多種特征，還兼具讀取距離遠(yuǎn)、性能可靠、壽命長的特點(diǎn)。有源電子標(biāo)簽又稱主動(dòng)電子標(biāo)簽，標(biāo)簽在工作時(shí)所需要的能量不完全由閱讀器提供，而外加了一

17、個(gè)內(nèi)部電源供電。標(biāo)簽在未進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)期處于休眠狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)除關(guān)鍵部分外基本不耗能。而當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器區(qū)時(shí)，將受到閱讀器的射頻信號(hào)激勵(lì)，進(jìn)入到工作狀態(tài)，此時(shí)標(biāo)簽內(nèi)部的系統(tǒng)在微處理器的控制下將進(jìn)入工作狀態(tài)，接收閱讀器信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理和完成與閱讀器的通信。而當(dāng)整個(gè)通路考慮具有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)：微型化、成本低、功耗低過程完成后，標(biāo)簽又重新回到休眠狀態(tài)。主動(dòng)標(biāo)簽的設(shè)計(jì)應(yīng)功耗低、可靠性高、閱讀距離可調(diào)、電池供電等特點(diǎn)。因此在有源標(biāo)簽這方面的研究是值得一提的。并且當(dāng)今在低功耗IC技術(shù)的突破性發(fā)展也為發(fā)展小型、低功耗主動(dòng)標(biāo)簽創(chuàng)造了條件。2.1標(biāo)簽的硬件設(shè)計(jì)2.45GHz的有源電子標(biāo)簽由電源、控制單元和無限收發(fā)

18、單元三部分組成，具體結(jié)構(gòu)形式可由下圖示出：圖 2.1 2.45GHz 有源電子標(biāo)簽的組成Figure 2.1 2.45GHz active tag parts其中控制芯片選MSP430F2012，由于有源標(biāo)簽是由外加電池供電，為了延長電池使用時(shí)間，因此對(duì)于系統(tǒng)的低功耗性能要求很高。MSP430F2012（MSP430系列芯片）是德州儀器公司推出的低功耗系列Flash型16位RISC指令集單片機(jī)，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)完全以系統(tǒng)低功耗運(yùn)行為核心。由于它的低功耗、片內(nèi)設(shè)計(jì)豐富和方便靈活的開發(fā)手段，MSP430已成為眾多單片機(jī)系列中的一顆明星。MSP430的主要特點(diǎn)：（1）MSP430系列是一個(gè)16位并且擁有強(qiáng)

19、大的處理能力的單片機(jī)，采用的是RSIC指令集結(jié)構(gòu)，豐富的尋址方式、簡潔的內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以參加多種運(yùn)算。高速的處理能力，高效的查表處理指令。這些特點(diǎn)保證了可編出高效率的源程序。（2）運(yùn)行速度快，MSP430單片機(jī)能在8MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)125ns的指令周期。125ns的指令周期、16位的數(shù)據(jù)寬度以及多功能的硬件乘法器相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的一些算法（FFT等）。MSP430系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以實(shí)現(xiàn)任意嵌套，使用靈活方便。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時(shí)。用中斷請(qǐng)求將其喚醒只需6us。（3）MSP430系列單片機(jī)之所以超低功耗是由于其

20、在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘都有獨(dú)到之處。MSP430具有低功耗的原因：（1）MSP430系列單片機(jī)將很多外圍模塊集成到MCU芯片中，增加了硬件冗余。用戶通過特殊的寄存器選擇使用不同的功能電路，依靠軟件選擇不同的外圍功能模塊，對(duì)于不使用的模塊將停止工作，減小了芯片的功耗。（2）為了進(jìn)一步降低芯片功耗單片機(jī)采用了兩套獨(dú)立的時(shí)鐘源：外部時(shí)鐘和DCO片內(nèi)時(shí)鐘。通常情況，系統(tǒng)運(yùn)行的頻率越高，功耗消耗也就越大。但在MSP430中單片機(jī)可以在滿足功能需求的情況下按一定比例降低MCU主時(shí)鐘頻率，以降低電源功耗。當(dāng)不需要高速運(yùn)行時(shí)，可選用副時(shí)鐘低速運(yùn)行，進(jìn)一步降低功率消耗。通過軟件對(duì)特殊功能寄存

21、器賦值可改變CPU的時(shí)鐘頻率，或進(jìn)行主時(shí)鐘和副時(shí)鐘切換從而是實(shí)現(xiàn)總體功耗的控制。（3）系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)使用的功能模塊不同，采用不同的工作模式，芯片的功耗消耗有較大的差異。MSP430單片機(jī)有5種節(jié)能模式：LPM0、LPM1、LPM2、LPM3、LPM4。這5種模式為其功耗管理提供了很好的性能保證。當(dāng)在1MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流會(huì)在200-400uA左右，在等待方式下，耗電只有0.7uA，節(jié)電方式下，最低可達(dá)0.1uA。射頻芯片是整個(gè)RFID卡最核心的部分，直接關(guān)系著標(biāo)簽的讀寫距離與可靠性，同時(shí)也直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的功耗問題。本文中選用是nRF24L01射頻芯片。nRF24L01是Nor

22、dic公司生產(chǎn)的是一款新型單片機(jī)射頻收發(fā)器件，其工作于2.4GHz-2.5GHz ISM頻段，內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流僅9mA；在接收時(shí)，工作電流也只有12.3mA，多種低功耗工作模式使其節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。nRF24L01的特點(diǎn)及其工作原理1） 低電壓工作：1.9-3.6V低電壓工作；2）高速率：2Mpbs，由于空中傳輸時(shí)間短，極大地降低了無限傳輸中的碰撞問題；3）多頻點(diǎn)：125頻點(diǎn)，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信的需要；4）體積

23、?。后w積約為5mm*5mm5）功耗低：當(dāng)工作在應(yīng)答模式通信時(shí)，快速地控制傳輸及啟動(dòng)時(shí)間，極大地降低了電路消耗；6）成本低：nRF24L01的SPI接口可以利用單片機(jī)的硬件SPI口連接或用單片機(jī)I/O口進(jìn)行模擬，內(nèi)部有FIFO可以與各種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機(jī)。表2-1 nRF24L01快速參考數(shù)據(jù)列表Table 2-1 Quick reference data list of nRF24L01參數(shù)數(shù)值單位最低供電電壓1.9V最大發(fā)射功率0dBm最大數(shù)據(jù)傳輸率2000Kpbs發(fā)射模式下電流消耗 0dBm11.3mA接收模式下電流消耗 2000kpbs12.3mA溫度范圍-40到+

24、85數(shù)據(jù)傳輸率為1000kpbs下的靈敏度-85dBm掉電模式下電流消耗900nAnRF24L01最突出的特點(diǎn)是存在兩種通信模式：直接模式和突發(fā)模式。直接模式的使用與其他傳統(tǒng)射頻收發(fā)器的工作相同，需要通過軟件在發(fā)送端添加校驗(yàn)碼和地址碼，在接收端判斷是否為本機(jī)地址并檢測數(shù)據(jù)是否傳輸正確；突發(fā)模式使用芯片內(nèi)部的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)可以從低速微控制器送入，高速（2Mpbs）發(fā)射出，地址和校驗(yàn)碼硬件自動(dòng)添加和去除，這種模式的特點(diǎn)是：可使用低速微控制器控制芯片工作；減小功率消耗；射頻信號(hào)高速發(fā)射，抗干擾性能好；減小了整個(gè)系統(tǒng)的平均電流。因此使用nRF24L01芯片特有的突發(fā)模式使得系統(tǒng)整體性能和效率提高

25、。nRF24L01引腳功能及描述，芯片引腳排列如圖3.2.2所示：圖2.2 nRF24L01引腳功能及描述，芯片引腳排列Figure 2.2 NRF24L01 pins function and description，chip pins arrangementCE：使能發(fā)射或接受；CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳斷，微處理器可通過此引腳配置nRF24L01；IRQ：中斷標(biāo)志位；VDD：電源輸入端；VSS：電源地；XC2，XC1：晶體振蕩器引腳；VDD_PA：為功率放大器供電，輸出1.8V；ANT1，ANT2：天線接口；IREF：參考電流輸入。nRF24L01射頻芯片的工作模式通

26、過配置寄存器可將nRF24L01配置為發(fā)射、接受、空閑和掉電四種工作模式，具體工作模式如下表2-2：表2-2 nRF24L01 工作模式Table 3-2 NRF24L01 work pattens模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接受模式111-發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TXFIFO寄存器中發(fā)射模式1010停留在發(fā)送模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完成待機(jī)模式2101TX FIFO為空待機(jī)模式11-0無數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦?-待機(jī)模式1主要用于降低電流損耗，該模式下晶體振蕩器仍然工作；待機(jī)模式2則是在當(dāng)FIFO寄存器為空且CE=1時(shí)進(jìn)入此模式；待機(jī)模式下，所有配置仍然保留；在掉電模式下電流順號(hào)最小，同

27、時(shí)nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值這時(shí)仍然保留。nRF24L01可以和不帶SPI的接口的控制芯片MSP430F2012進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，MSP430F2012沒有標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，但是它提供了USI接口與既有SPI接口的芯片通信，nRF24L01芯片的配置通過引腳CE/CSN/MOSI/SCK來完成。電子標(biāo)簽控制芯片MSP430F2012和射頻芯片nRF24L01具體的硬件電路連接圖與MCU和RF在protel99se上的設(shè)計(jì)圖分別如圖：圖 2.3 MSP430F2012與nRF24L01兩芯片連接圖Figure 2.3 MSP430F2012 and nRF24L01 two c

28、hip connection diagram圖.2.4 MSP430F2012在protel上的設(shè)計(jì)圖Figure.2.4 MSP430F2012 designed on protel圖 2.5 nRF24L01在protel上的設(shè)計(jì)圖Figure 2.5 nRF24L01 designed on protel2.1軟件設(shè)計(jì)目前沒有2.45GHz有源RFID系統(tǒng)的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，有源電子標(biāo)簽的通信協(xié)議可以參考ISO1800-4和ISO1800-7標(biāo)準(zhǔn)。nRF24L01可以通過SPI接口與控制芯片MSP430F2012進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，MSP430F2012沒有標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，但是提供了USI接口與

29、具有SPI接口的芯片通信，nRF24L01芯片的配置是通過CE、CSN、MOSI、SCK來完成的，兩芯片接口圖可看前面一節(jié)。本文的有源電子標(biāo)簽只具有發(fā)射功能，初始化過程中關(guān)閉自動(dòng)重發(fā)功能，只采用Pipe0通道與閱讀設(shè)備通信，2個(gè)字節(jié)的CRC校驗(yàn)，地址寬度4個(gè)字節(jié)，發(fā)射功率0，空中傳輸速率1Mpbs。nRF24L01的初始化程序如下：P5OUT&=CE;SPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG,0xfe);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA,0x00);SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RSADDR,0x01);SPI_RW_Reg（WR

30、ITE_REG + SETUP_AW,0x10）;void Init_nRF24L01(void)SPI_RW_Reg（WRITE_REG + SETUP_RETR,0x00）;SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RF_CH,0x10）;SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RF_SETUP,0x07）;SPI_Write_Buf（WRITE_REG + TX_ADDR,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH）;SPI_RW_Reg（WRITE_REG + RX_PW_P0,TX_PLOAD_WIDTH）;SPI_Write_Buf（WRITE_REG + RX_AD

31、DR_P0,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH）；P5OUT=CE;其中SPI_Write_Buf（BYTE reg，BYTE byte）；SPI_Write_Buf（BYTE reg，BYTE*pBuf，BYTE bytes）函數(shù)分別為寫字節(jié)和寫字符串函數(shù)。3系統(tǒng)的防碰撞算法RFID系統(tǒng)工作時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)處在閱讀器范圍內(nèi)的情況，如果有多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)通信碰撞，數(shù)據(jù)相互之間干擾（碰撞），此時(shí)存在著兩種通信方式：（1）閱讀器到標(biāo)簽：在一個(gè)閱讀器范圍內(nèi)有多個(gè)標(biāo)簽，閱讀器發(fā)送的數(shù)據(jù)同時(shí)被多個(gè)標(biāo)簽接收，稱之為無線廣播式；（2）標(biāo)簽到閱讀器：在閱讀器范圍內(nèi)存在

32、多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)，這稱作多路存取式，每個(gè)信道有規(guī)定的容量，這是由信道的最大數(shù)據(jù)速率以及供其使用的時(shí)間片確定的，當(dāng)多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)把數(shù)據(jù)傳輸給一個(gè)單獨(dú)的閱讀器時(shí)就會(huì)出現(xiàn)相互碰撞。在RFID系統(tǒng)中最常用的是時(shí)分多路法，即把整個(gè)可供使用的信道容量按時(shí)間分配給多個(gè)用戶，也就是使每個(gè)標(biāo)簽在單獨(dú)的某個(gè)時(shí)隙內(nèi)占用信道和閱讀器進(jìn)行通信，防止碰撞發(fā)生，從而使得數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確地在閱讀器和標(biāo)簽之間進(jìn)行傳輸，這種協(xié)議稱之為防碰撞協(xié)議（Collision Resolution Protocols）。本文中采用純ALOHA算法，純ALOHA算法的基本思想是標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，如果有其他標(biāo)簽也在發(fā)送數(shù)據(jù)，則發(fā)生信號(hào)重疊導(dǎo)致完全或者部分碰撞。閱讀器檢測接收信號(hào)是否發(fā)生碰撞，如果發(fā)生碰撞，則閱讀器發(fā)送指令給標(biāo)簽，標(biāo)簽停止發(fā)送，隨機(jī)等待一段時(shí)間后再重新發(fā)送，以減少發(fā)生碰撞的概率。算法如圖所示：圖3.1 純ALOHA防碰撞算法時(shí)序圖Figure 31 Pure ALOHA prevent collision sequence chart algorithm純ALO