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， 芯片采购平台-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，很好地解决了这一问题。硬件电路设计MSP430F2011MSP430是TI公司的一个超低功耗单片机系列，完美地整合了低功耗、速度和片上外围器件：CPU采用16位精简指令集，集成了16个通用寄存器和常数发生器，极大提高了代码的执行效率;该系列单片机还将大量的外围模块整合到片内，适合构成较完整的片上系统;提供了5种低功耗模式，主要面向电池供电的应用。本设计选用的MSP430系列中更低成本，更高性能的新型单片机—MSP430F2012。IA4420IA4420是IntegraTIon公司推出的一体化无线数传芯片，RF功能全内置，外部只要一个10MHz晶振即可工作。主动式RFID标签的电路图见图1。

图1 主动式RFID标签电路图

通讯协议所有的标签和阅读器的无线数据传输均工作在同一个无线电频率。在标签阅读器的读取范围（无线信号覆盖范围）内只有一个标签的情况下，标签与阅读器进行点对点无线通讯，无线电信号不会产生冲突。但如果阅读器的读取范围有多个标签存在，则需要考虑多个标签同时发送数据（多路存取）时产生的无线电信号冲突，并制定相应的防冲突机制加以解决。本设计遵从ISO/IEC 18000-7《433 MHz有源RFID空中接口通信参数》中关于主动式RFID标签通讯协议的物理层、数据链路层的所有约定。结语本设计通过合理选择元件，围绕低成本、低功耗、长距离、电池供电等特性要求优化电路以及在设计中遵从ISO/IEC标准通讯协议，设计完成的主动式RFID标签在性能指标、稳定性、兼容国际标准和低硬件成本方面具有非常大优势。以本设计完成的RFID标签，与配套的阅读器可以组成人员或物品电子识别/定位系统，广泛应用于采矿、工业生产、道路交通、物流运输、医疗、医药、国防安全等众多领域。

• 基于
• RFID
• MSP430F2012
• IA4420
• 主动式