有源RFID电子标签的设计

港121装卸2008年第2期(总第178期)
C S N 、 M O S I 、 S C K 来 完 成 的 ， M S P 4 3 0 F 2 0 1 2 与 择的，如果退避区间太大，识别电子标签所需要的 时
nRF 2 4 L 0 1 接 口 连 接 见 图 3 。 本 文 介 绍 的 有 源 电 子 间会很长，不利于高速运行状态下的识别；如果退避
(UID)以电磁波的形式传给阅读器。有 天线和电池组成。有源电子标签设计的难点在于低 源电子标签始终处于激活状态，在有效识别区域内 功耗和防碰撞算法的实现。由于有源电子标签需要
和阅读器发射的射频微波相互作用，具有较远的识 内置电池给控制电路和射频电路供电，为了达到延
2台空调同时出故障而影响岸桥正常作业的情况。 (3)空调室外机的安装位置需注意，岸桥上安装
本文设计的有源电子标签硬件结构框图见图 2，控制芯片选用TI公司的MSP430F2XX系列单片 机。MSP430F2XX系列芯片是TI公司专门针对电 池供电产品设计的芯片，其功耗较MSP430F1XX系 列更低，其最小指令周期为62．5 ns，是 MSP430F1XX系列的一半，其原理与使用方法见
P1．3
Ke y wo r d s ： Ac t i ve RFID；anti—collision；low p ow e r c o n s u m p t i o n ； n R F 2 4 L 0 1
1 硬件的设计
别距离。
射频识别(RFID)是一种非接触式的自动识别
技术，它可以通过射频信号自动识别目标并获取所
XIN
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XOUT
P1．5
SCK MSP430F201 2
P1．6
P1．7
P1．2
CE CSN
MOSl MISO IRO
文 献[1]。基础时钟模块与MSP430F1XX系列不
同， 它除了有LFXTlCLK、XT2CLK、DCOCLK
之外，还有 一个片内超低功耗、12 kHz的低频振荡器VLOCLK。
SPI—RW—Reg(WRITE—REG+EN—AA，0x00)；
本文设计的2．45 G H z 有 源 R F I D 电 子 标 签 系 统 工
SPI—RW —Reg(W RITE—REG+EN—RXADDR，Ox01)；
作流程图见图4。
SPI—RW —Reg(W RITE—REG+SETUP—AW ， 0x10)；
设计可以结合史密斯圆图进行阻抗匹配分析，电子 标签的高频电路设计可以结合ADS2005射频电路 仿真软件进行分析。电池选用3．3 V额定容量为
nRF2402更低。多种低功耗模式(掉电模式和空闲 550 mAh的CR2450钮扣电池。 模 式 I 、 空 闲 模 式
Ⅱ)，使低功耗设计更方便。 nRF24L01除了能够实现更低功耗外，空中传输速度
M S P 4 3 0 F 2 0 X X series a n d the radio f requency chip of n R F 2 4 X X seri es，and the realization of l o w p o we r c o n su m p t i o n a n d t h e algorithm of ant i —collision ．These kinds of ac tive tags c a n be u s e d a s a u t o m a t i c identification remotely for containers in the e n v i r o n m e n t of the t erminals，as well a s the s y s t e m for r e m o t e identification a n d control s u c h a s in the information col— lection a n d control for the v e h i c l e transit a n d the toll gate in the c a s e of vehicle non—stopping．
新型单片射频收发器件，内置频率合成器、功率放大
引脚。器、晶体振荡器、调制器等功能模块，其中输出功
率
设计过程中，为了达到最优化、高性能，天线的
和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗 低，在以一6 d B m 的 功 率 发 射 时 ， 工 作 电 流 也 只 有 9
mA；接收时，工作电流只有12．3 m A ，比nRF24 01 ／
达到2 Mbps，有6个数据通道，有载波检测(CD)功 协
2软件的设计 目前没有2．45 GHz有源RFID系统的通信
能 。 另 外 由 于 融 合 了 E n h a n c e d ShockBurst技术， nRF24L01具有自动应答和自动重发等功能，相较于
议标准，有源电子标签的通信协议设计可以参考 IS01800—4和IS01800—7标准。nRF24L01的工
需数据。有源RFID系统根据其有源电子标签是否
有接收有效信息功能可分为只读有源RFID系统和
可读写有源RFID系统，本文设计的有源电子标签
为只读型电子标签。只读有源RFID系统如图1所
示，阅读器不需要向电子标签供电，电子标签自带电
池。有源电子标签又称为主动标签，当电子标签进
图1只读有源RFID系统
入阅读器的工作范围后，电子标签主动地将存储的 有源电子标签主要由控制电路、射频电路以及 身份识别码
印制天线理论设计雌】。天线直接在PCB板上印制，
24X芯X萧NRF∞24¨L01)俐天线 2)吲)l、r—∥I NR射频F
便于同射频电路连接，调试也比较简单，可以通过改
(
)l、r—∥“I
变天线的长度来
让天线达到谐振点。PCB板天线
电池 图2 电 子 标 签 的 硬 件 结 构
区别于传统单端天线的地方在于它的金属导体是附 着在以PCB板为基底的材料上的。它有特殊性，金 属导体并非处在均匀空气介质中。所以天线长度不
备凝露。
(2)空调的温度设定适当即可，不必低于25℃。
屈人才：511462，广州市南沙经济开发区万倾沙龙穴岛 收稿日期：2007一lO—05
万方数据
27
Port Operation 2008．No．2(Serial No．178)
长使用寿命的目的，它对低功耗要求非常高，所以控
降低产品的开发成本。
制芯片和射频芯片的选型至关重要。
void Init—nRF24L01(void)
系统的初始化
SPI — RW —Reg(W RITE— REG +SET UP_ RETR ， Ox00)；
SPI—R w—Reg(W RITE—REG+RF—CH， 0x10)；
装载加密后的lD
SPI—RW —Reg(WRITE—REG+RF—SETUP，0x07)； SPI—Write—Buf(WRITE—REG+TX—ADDR，TX—AD-
nRF2401／nRF2402更适合有源电子标签的设计。 本文设计的2．45 G H z 有 源 电 子 标 签 接 口 简 图
见万图方3数， 其据中 LE D发光二极管主要起指示作用，实际
标
作原理见文献[3]。 nRF24L01可以通过SPI接口与控制芯片 MSP430F2012进行数据交换，MSP430F2012没有
元件，地层、顶层的空余地方都要敷上铜，这些敷铜
阅读器进行识别，但对功耗要求甚高，所以选用
通过过孔与底层的地相连。在PCB中，可尽量多打
n RF 2 4 XX系 列 射 频 芯 片 。 n RF 2 4 XX系 列 芯 片 包 括 一些通孔，使顶层和底层的地能够充分接触。直流
nRF2401、nRF2402、 nRF24L01。 nRF24L01 是一 款 电源及电源滤波电容要尽量靠近nRF24L01的VDD
(1)在电气房中的变频器发热量较大，空调始
(4)定时安排保养紧固，定时清洗冷凝器、蒸发
终处于制冷状态时，应当将屏柜内的空调加热器关
器、过滤网、换热器，擦除灰尘，防止散热器堵塞。因
闭。空调在制冷时同时除湿，在南方等湿度较大的
岸桥工作时振动和摇晃较大，故必须定期对空调接
梅雨季节，可以有效地控制电气房内的湿度，防止设 线和各类安装螺丝进行检查和紧固。
关键词：有源RFID；防碰撞；低功耗；nRF24L01 D e s i g n of E l e c t r o n i c T a g s in Active R F I D S y s t e m s
School of Logi stics Engineering of W u h a n University of T e c h n o l o g y Z h e n g X i a n z h o n g C a o X i a o h u a Z h e n g wenli Ab str a ct ：T h i s p a p e r f ocuses o n hardware design for the a c t i v e tags b a s e d o n the l o w p o we r c o n s u m e d single chip of
目前工作在全球通行的 ISM 2．45 G H z 频 段 可 带
等于2．45 GHz的1／Leabharlann 波长30．2 m m ，可以借鉴微
选用的射频芯片有NORDIC公司的nRF24XX系列
线的设计方法来计算单端天线的长度。
射频芯片和TI的CC24XX／CC25XX系列射频芯片
PCB的设计对nRF24L01的整体性能影响很
避 区 间 为 2 0 0 — 3 0 0 m8，考虑到低功耗设计的需要，