手持式RFID讀寫(xiě)器的低功耗設計與測試

　　0 引言

　　射頻識別RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)是利用無(wú)線(xiàn)射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信，以達到識別目標和交換數據的目的，實(shí)現對各種對象在不同狀態(tài)下的自動(dòng)識別和管理的一種技術(shù)。目前廣泛應用于身份識別、門(mén)禁管理、防偽、商業(yè)供應鏈、公共交通管理、物流管理、生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化及過(guò)程控制、動(dòng)物的跟蹤及管理、容器識別等領(lǐng)域。射頻識別讀寫(xiě)器根據應用場(chǎng)合可分為固定式讀寫(xiě)器和手持式讀寫(xiě)器等，其中手持式讀寫(xiě)器具有比較大的靈活性，適用于不宜安裝固定式RFID 系統的應用環(huán)境。

　　作為一種便攜式設備，手持式RFID 讀寫(xiě)器一般采用可充電的電池來(lái)進(jìn)行供電，因此，采用先進(jìn)技術(shù)改進(jìn)系統設計，降低功耗以提高其使用時(shí)間，是手持式讀寫(xiě)器設計中需要重點(diǎn)研究解決的問(wèn)題。本文主要介紹手持式RFID 讀寫(xiě)器的低功耗設計方法，并通過(guò)測試軟件對所設計的讀寫(xiě)器進(jìn)行功耗測試。

　　1 系統硬件組成及工作原理

　　為滿(mǎn)足不同領(lǐng)域的應用需求及二次開(kāi)發(fā)設計需要實(shí)現各種功能的要求，手持式RFID 讀寫(xiě)器主要由主控制模塊、RF 收發(fā)模塊、顯示模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、擴展存儲模塊、USB 接口模塊、串行通信接口模塊、以太網(wǎng)絡(luò )接口模塊、鍵盤(pán)模塊及電源系統等組成，其硬件組成結構圖如圖1 所示。手持式RFID 讀寫(xiě)器通常由操作人員手持設備在某一區域內完成對射頻標簽相關(guān)信息的采集及顯示，并將相應數據存儲于讀寫(xiě)器的存儲器中，待與計算機連接后通過(guò)串行通信接口或USB 接口傳送到本地計算機，也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口傳送到遠程的網(wǎng)絡(luò )計算機，以便計算機系統進(jìn)行相應的數據處理及應用。為便于針對具體應用場(chǎng)合與應用系統計算機進(jìn)行數據通信的需要，還提供了各種備選的通信接口，如USB 接口、RS232 接口、以太網(wǎng)絡(luò )接口等，二次開(kāi)發(fā)時(shí)可根據需要適當選擇是否保留。同時(shí)，為使手持式RFID 讀寫(xiě)器能滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的供電需要，電源系統采用了USB 電源、AC 電源以及電池供電相結合的模式，以便為RFID 系統進(jìn)行工作供電或電池充電。

　　圖1 RFID 讀寫(xiě)器的組成結構圖

　　2 系統硬件低功耗設計

　　在單片機系統中，系統的功耗由靜態(tài)功耗s P 和動(dòng)態(tài)功耗d P 組成，如式（1）、（2）所示。

　　式中， DD U 為工作電源電壓， DD I 為靜態(tài)時(shí)由電源流向電路內部的電流， TC I 為脈沖電流的時(shí)間平均值， T C 為芯片的負載電容， f 為工作頻率。

　　由式（1）（2）可知,對系統的功耗影響最大是工作電源電壓,其次是工作頻率,再就是負載電容。對設計人員而言，負載電容一般是不可控的，故在不影響系統性能的前提下，系統低功耗設計主要是盡可能選擇低工作電壓的器件，并在電路設計中使用低頻率的時(shí)鐘。

　　為了盡量減少系統的功耗，在手持式RFID 讀寫(xiě)器的硬件設計中盡量采用低功耗器件，并根據不同工作狀態(tài)對系統的工作時(shí)鐘頻率進(jìn)行調節。其中主控制器選用了高性能、超低功耗的MSP430F149 單片機，工作電壓為1.8～3.6V，可提供了6 種工作模式，即活動(dòng)模式（AM）和低功耗模式0-4(LPM0-4)，能不同程度的減少芯片內部以及外部模塊的功耗。相應接口模塊也分別選用電壓工作為3.3V 以下的器件，如RF 收發(fā)模塊選用FM1702SL 射頻卡讀寫(xiě)芯片，擴展存儲模塊選用AT45DB161B 串行FLASH 存儲器，顯示模塊及驅動(dòng)芯片選用P13501 顯示模塊（含內置驅動(dòng)芯片SSD1303）， USB 接口選用IPS1582，串行通信接口選用MAX3232、網(wǎng)絡(luò )接口模塊選用ENC28J60 等。