有源RFID標簽省電機制的研究

一般來(lái)說(shuō)，完整的射頻識別（RFID）系統主要由射頻標簽、射頻讀寫(xiě)設備及天線(xiàn)和后臺計算機系統組成。根據射頻標簽內部是否有電池供電，可將射頻標簽分為有源射頻標簽和無(wú)源射頻標簽。

無(wú)源射頻標簽內部沒(méi)有電池供電，依靠讀寫(xiě)器發(fā)來(lái)的電磁波來(lái)工作，因此傳輸距離較
近、抗干擾能力較差、存儲空間小、功能單一，但是無(wú)源射頻標簽不需要維護，使用簡(jiǎn)便；有源射頻標簽內部有電池供電，能夠依靠自身的能量發(fā)射信號，因此傳輸距離較遠、抗干擾能力較強、存儲空間較大，還可以與傳感器結合起來(lái)，組成功能復雜的傳感器射頻標簽。但是隨著(zhù)標簽內部電池電量的消耗，需要定期地更換電池或者充電，這給有源射頻標簽的使用帶來(lái)了新的課題，即如何延長(cháng)有源射頻標簽內部電池的單次放電壽命。

傳統的有源標簽低功耗設計

傳統的有源射頻標簽主要由3部分構成，分別是甚高頻射頻電路、單片機系統和電池。單片機系統工作時(shí)的電流一般為微安級，甚高頻射頻電路工作時(shí)的電流一般為毫安級。為了降低有源射頻標簽的平均功耗，有源射頻標簽中的甚高頻電路并不一直工作，而是間隔的。如圖２所示。

一段時(shí)間自動(dòng)“蘇醒”，然后監聽(tīng)是否有數據包接收到。如果沒(méi)有接收到數據包，則進(jìn)入省電的“睡眠”狀態(tài)；如果接收到數據包，則進(jìn)入數據包處理環(huán)節，相應接收到的數據包，提取出命令，發(fā)送響應的命令回應數據包，當數據包處理結束后進(jìn)入省電的“睡眠”狀態(tài)。睡眠狀態(tài)的標簽再間隔一段時(shí)間又自動(dòng)“蘇醒”，重復上面的工作，如此周而復始的循環(huán)，達到節省電能的目的。

采用這種省電機制的有源射頻標簽，電路設計簡(jiǎn)單，程序穩定，但應用不太靈活。我們把有源射頻標簽從一次“蘇醒”的結束到下次“蘇醒”開(kāi)始的時(shí)間間隔叫做“睡眠周期”，將一次“睡眠”的結束到下次“睡眠”開(kāi)始的時(shí)間間隔叫做“蘇醒周期”。因此，可以看做這種有源射頻標簽的狀態(tài)是處于“睡眠周期”和“蘇醒周期”周而復始的循環(huán)。“睡眠周期”和“蘇醒周期”的長(cháng)度是標簽出廠(chǎng)時(shí)，單片機中程序設定好的。

如果睡眠深度過(guò)小，射頻標簽將頻繁地“蘇醒”，而大多數的“蘇醒”周期并沒(méi)有接收到數據包，這些“蘇醒”過(guò)程中使用的能量做了無(wú)用功，標簽功耗將增大，不利于標簽的長(cháng)壽命設計；如果睡眠深度過(guò)大，標簽的響應時(shí)間以及多標簽識別能力將大大折扣，標簽不能應用在需要快速響應的場(chǎng)合，例如車(chē)輛標簽快速經(jīng)過(guò)讀寫(xiě)器的場(chǎng)合。因此，傳統有源射頻標簽省電機制設計的關(guān)鍵是，在特定應用場(chǎng)合中應該尋找到一個(gè)適當的睡眠深度。

雙頻有源標簽設計

如何使有源射頻標簽在標簽使用頻度高的時(shí)候自動(dòng)降低睡眠深度，而在使用頻度低的時(shí)候自動(dòng)提高睡眠深度，以達到電能消耗絕無(wú)浪費呢？為了使射頻標簽的睡眠深度能夠根據使用頻度的變化而自動(dòng)變化，當不需要蘇醒時(shí)絕不蘇醒，當需要蘇醒時(shí)快速蘇醒，需要在傳統的有源射頻標簽的硬件電路上作以改動(dòng)，加上低頻激勵電路。與此同時(shí)，在雙頻有源射頻識別系統中，引入了另一個(gè)射頻讀寫(xiě)設備—激勵器，如圖３。