如何才能解決有源RFID標(biāo)簽設(shè)計(jì)功耗低的問題？

　　射頻識(shí)別技術(shù)RFID (射頻識(shí)別)是通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別特定目標(biāo)的id來獲取目標(biāo)信息和獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的技術(shù)。 與傳統(tǒng)磁卡和IC卡不同，RFID技術(shù)解決了被動(dòng)和無接觸兩大問題，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和多用途識(shí)別，廣泛應(yīng)用于各種場合。 其突出的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能透過非金屬材質(zhì)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，抗干擾性強(qiáng)。 根據(jù)供電方式，可以將RFID分為被動(dòng)RFID和主動(dòng)RFID兩種。 被動(dòng)RFID動(dòng)作時(shí)，標(biāo)簽通過讀寫器的電磁場獲得能量，標(biāo)簽本身不需要電池。 活動(dòng)RFID相反，需要提供所有設(shè)備運(yùn)行所需的電源，電子標(biāo)簽需要配備電池。 與被動(dòng)標(biāo)簽相比，主動(dòng)RFID溫濕度標(biāo)簽具有對領(lǐng)導(dǎo)發(fā)射功率要求低、有效閱讀距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，因此在冷鏈物流、醫(yī)療系統(tǒng)、倉庫物資管理、疫苗生產(chǎn)物流、衛(wèi)生防疫系統(tǒng)、科研機(jī)構(gòu)等方面但是，活動(dòng)的RFID溫濕度傳感器標(biāo)簽在壽命、可靠性、體積等方面有很高的要求。 因此，設(shè)計(jì)壽命長、可靠性高、體積小的有源RFID溫濕度傳感器標(biāo)簽對國民生活具有非常重要的意義。 本文主要解決了有源標(biāo)簽設(shè)計(jì)的低功耗問題。

　　1主動(dòng)RFID系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理

　　如圖1所示，活動(dòng)RFID系統(tǒng)由活動(dòng)標(biāo)簽、讀取器、應(yīng)用系統(tǒng)三部分構(gòu)成。 活動(dòng)標(biāo)簽具有唯一的id(id )，有些活動(dòng)標(biāo)簽內(nèi)部集成了用于測量特定物理量的傳感器。 在讀取器的有效工作范圍內(nèi)，電子標(biāo)簽以電磁波的形式向讀取器發(fā)送自己的ID和測量的物理量，讀取器將相關(guān)信息存儲(chǔ)在自己的存儲(chǔ)裝置中，讀取器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是以太網(wǎng)端口、RS-232、USB等通信接口

　　2活動(dòng)溫濕度傳感器標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)

　　2.1結(jié)構(gòu)

　　本文設(shè)計(jì)的能動(dòng)溫濕度傳感標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。 有源標(biāo)簽的核心是微控制器(MCU )，射頻模塊通過天線進(jìn)行射頻信號(hào)的收發(fā)。 EEPROM存儲(chǔ)標(biāo)簽的識(shí)別碼和物品的屬性等信息。 溫度檢測和濕度檢測分別用于檢測標(biāo)簽所在環(huán)境的溫度和濕度，為了簡化設(shè)計(jì)，可以使用收集溫濕度并一體檢測的芯片。 電量檢測模塊檢測電池的電壓，根據(jù)電池電量和電壓的對照關(guān)系間接地檢測電池的馀量。 電池為每個(gè)模塊的正常工作供電。2.2整體電路

　　2.2.1主模塊

　　主模塊的Microchip機(jī)型采用了PIC24F16KA102的16 bit超低功耗單片機(jī)。 該系列的MCU采用了nanoWatt XLP(eXtreme Low Power )的極低功耗技術(shù)，其典型的休眠電流低至20 nA，實(shí)時(shí)時(shí)鐘電流低至490 nA，看門狗計(jì)時(shí)器電流為370 nA MCU無需更換電池即可連續(xù)運(yùn)行20年以上，是業(yè)界8 bit和16 bit MCU中耗電量最低的MCU。 這臺(tái)單片機(jī)具有SPI、I2C、UART、九個(gè)模擬輸入通道、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、三個(gè)外部中斷，完全可以滿足活動(dòng)標(biāo)簽的需要。

　　2.2.2無線收發(fā)模塊

　　nRF24L01是一個(gè)單片無線收發(fā)器芯片，工作在2.4 GHz~2.5 GHz的世界通用ISM頻帶。 nRF24L01主要由調(diào)制解調(diào)器、CRC編碼/解碼器、GFSK濾波器、中帶通濾波器、功率放大器、低噪聲放大器(LNA )、先進(jìn)先出緩沖器(FIFO )組成。 通過SPI接口與MCU進(jìn)行通信，其電路圖如圖4所示。 NRF 24批次無線收發(fā)芯片有以下優(yōu)點(diǎn)。

　　(1)具有125個(gè)可選工作信道，能夠用于跳頻工作方式，能夠有效地減少周圍環(huán)境的干擾。

　　(基于QFN20的安裝面積僅為4 mmTImes。 4毫米，占用小PCB面積。

　　(3)低功耗。 在發(fā)送模式下動(dòng)作的發(fā)送功率為-6 dBm時(shí)，電流消耗為9.0 mA，在接收模式下為12.3 mA，停電模式和待機(jī)模式下的電流消耗更低。

　　(4)具有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)重發(fā)功能。

　　(5)高數(shù)據(jù)傳輸率。 ShockBurstTM模式為1 Mb/s秒，擴(kuò)展ShockBurstTM模式為2 Mb/s秒。