作者：王明磊

    摘 要：提出一种主动式rfid标签的设计方案，实现了主动式rfid标签的低成本、长距离、防冲突、电池供电、长寿命。

    关键词：主动式；rfid；标签；msp430；ia4420

    概述

    射频识别(rfid)是近年来成长最快的无线技术之一，它将条形码及无线技术的优势带入资产管理、产品跟踪、海运及运输识别、库存控制和定位检测中。大多数rfid系统采用通过rf从阅读器获取电源的被动式标签。这样有利于减小标签尺寸和降低成本，但是会限制读取范围和数据存储能力。带电池的主动式标签可以提供较大范围的读取能力和更强的可靠性，不过其尺寸较大，也更贵一些。采用最新的低功耗单片机和无线数传芯片，设计一种不仅读取距离远、可靠度高，而且成本更低、寿命更长的主动式rfid标签是本设计研究的目的。

    设计方案分析

    本设计完成的主动式rfid应具有：低成本、低功耗、阅读距离长及距离可调、电池供电等特性。分析主动式rfid的这些特性要求，形成设计方案如下：

    低成本：以通常的基于rfid的电子识别系统来讲，用于标示物体的rfid标签总是有较大的使用量。标签的单价直接影响到系统整体造价的高低。虽然主动式 rfid相比被动式rfid具有：识别距离远、识别速度快、防冲突性能好等优势，但如果价格差别较大，也会成为应用推广中的障碍。所以，应尽可能降低标签成本。

    从器件选型入手，选用集成度高的mcu和无线数传芯片，尽量减少外围器件的数量，不仅可以降低硬件成本，还避免了生产过程中的统调工作，降低了生产成本。本设计选用msp430f2012单片机，内部pll电路可以节省一般单片机必需的外部晶振；内建电源电压监测/欠压复位模块 (bor)省去了外部复位电路；选用ia4420无线数传芯片，是目前同类无线数传芯片中外围元件最少的一种(仅需一个10mhz晶振)；差分天线接口可直连设计在pcb上的微带天线。这些都使得本设计的硬件成本降到了最低。

    低功耗：由于主动式rfid标签为电池供电，为了延长电池使用寿命，系统对低功耗性能要求严格。msp430单片机拥有0.5ma的保持模式待机电流和250ma/mips的运行功耗，是目前业界公认的低功耗单片机； ia4420的低功耗待机模式电流消耗低至0.3ma。为本设计的低功耗性能提供了基础保证。

    低功耗设计，一方面从元器件的选择入手，另一方面要设计优化合理的运行时序，在完成标签功能的前提下，使电路在大多数时间处于待机状态。

    长距离及距离可调：无线信号在自由空间中的视距传输距离，与系统总增益的log对数成正比，在不增加发射信号强度的情况下，选择高接收灵敏度无线数传芯片可以达到增加传输距离的效果。

    ia4420 具有-109dbm的接收灵敏度和最大8dbm射频信号输出功率，室外开阔地实测传输距离达200米以上。按“6db”法则，在无线系统中，总增益每增加或减少 6db ，传输距离延长或缩短一倍。ia4420的信号输出功率具有0，-3dbm，-6 dbm，-9 dbm，-12 dbm，-15 dbm，-18 dbm，-21 dbm共8级可调，配合0、-6、-14、-20可调的接收端lan增益，实现了标签阅读距离的大范围多级可调。

    电池供电：本设计选用单节cr2032纽扣式锂锰电池，该电池公称电压3v，容量200mah，建议间歇放电电流<15ma。cr2032具有每年低于1%的内在超低漏电以及极其平坦的放电曲线(这两种特性是延长电池使用寿命的理想选择)。本设计省去电池到器件之间的稳压电路，直接由电池给系统供电。也节省了稳压电路所带来的静态电流消耗，使电池寿命进一步延长。为防止发射状态较大的电流造成电池电压瞬态降低，使用较大容量电容与电池并联。

    直接用电池为单片机供电，一个值得注意的问题是：更换电池时电池导线的机械接触会产生电源噪声，使单片机复位不完全而产生随机错误操作。 msp430f2012内部集成零功耗欠压复位 (bor) 保护功能，可以在电压低于安全操作范围时执行完全复位，很好地解决了