1.引言

RFID(RadioFrequeneyIdentification)射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。射頻識別系統(tǒng)主要由閱讀器和電子標簽兩部分組成，數據存儲在電子標簽中，當電子標簽進入閱讀器有效作用距離內，雙方即可按照一定的協議進行通信。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽， 操作快捷方便。 短距離射頻產品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，可在這樣的環(huán)境中替代條碼，例如用在工廠的流水線上跟蹤物體。長距射頻產品多用于交通上，識別距離可達幾十米，如自動收費或識別車輛身份等[6]。另外，由于該技術很難被仿冒、侵入，使電子標簽具備了極高的安全防護能力。RFID的應用非常廣泛，目前典型應用有動物晶片、汽車晶片防?器、門禁管制、停車場管制、生產線自動化、物料管理。各國及相關國際組織都在積極推進RFID 技術標準的制定。目前，還未形成完善的關于RFID的國際和國內標準。當前主要的RFID 相關規(guī)范有歐美的EPC 規(guī)范、日本的UID(UbiquitousID)規(guī)范和ISO 18000系列標準。

RFID電子標簽種類很多，分類方式多樣。按照供電方式可分為有源和無源的電子標簽;按照載波頻率可分為低頻(134.2kHz)、高頻(13.56MHz)、超高頻(433MHz和915MHz)，以及微波電子標簽(2.45GHz以上)[6];RFID電子標簽的單項技術已經趨于成熟，但不管在物流業(yè)還是制造業(yè)的實際應用中還存在大量的技術難題。如：經濟性、信號干擾、識別率的提高、信息安全和隱私保護、標準化等問題。

基本 RFID 系統(tǒng)由 RFID 標簽(Tag)、RFID 閱讀器(Reader)及應用支撐軟件等幾部分組成。CC2430芯片以強大的集成開發(fā)環(huán)境作為支持，內部線路的交互式調試以遵從IDE的IAR工業(yè)標準為支持，得到嵌入式機構很高的認可。同時也適用2.4 GHz頻率的設備。CC2430芯片采用O.18μm CMOS工藝生產，工作時的電流損耗為27 mA;在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。采用7 mm×7mm QLP封裝，共有48個引腳。全部引腳可分為I/O端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類[5]。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。特別適合應用于RFID系統(tǒng)的設計。本文以TI公司的CC2430為核心，設計有源RFID標簽。使用3。3-4。5V?？墒褂眉~扣電池供電" title="電池供電">電池供電，該芯片功耗低。所需外圍電路少，高頻元件全部集成于芯片內其工作性能穩(wěn)定不受外界影響。非常適合于對低功耗，高性能要求的應用環(huán)境。

2．標簽的硬件設計

2．1 硬件電路結構

典型的有源RFID標簽由天線，射頻模塊" title="射頻模塊">射頻模塊，控制模塊，存儲器，喚醒電路，電池模塊等組成如圖1所示。其中射頻模塊完成調制和解調標簽和讀寫器" title="讀寫器">讀寫器之間的控制信號和應答信號?？刂破鲌?zhí)行讀寫器的指令。存儲器存儲標簽的相關信息和單片機的控制程序?？刂破鲗Υ鎯ζ鬟M行讀寫操作。射頻模塊包括發(fā)射部分和接收部分。發(fā)射部分主要有調制器，功放，帶通濾波器" title="帶通濾波器">帶通濾波器，混頻器和本振等組成。接收部分由低噪放，帶通濾波器，解調器，檢波整形等組成。TI公司的CC2430芯片集成了所有的無線通信系統(tǒng)部分只需添加少數的外圍電路即可使之構成無線通信模塊，這樣降低了系統(tǒng)成本和簡化了標簽的設計。CC2430芯片采用O．18μmCMOS工藝生產，工作時的電流損耗為27 mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25 mA。采用7 mm×7mm QLP封裝，共有48個腳。全部引腳可分為I／O端口線引腳、電源線引腳和控制線引腳三類。CC2430的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。特別適合應用于RFID系統(tǒng)的設計。本標簽設計匹配電路使輸出匹配50歐的微帶貼片天線。PCB設計中全采用表貼元件，這樣簡化了系統(tǒng)的復雜度和標簽的尺寸大小。整個PCB控制在10CM*5CM內，滿足了標簽小型化的設計。標簽的電路圖如圖2所示。

2．2 標簽的低功耗設計

對于有源標簽，由于其使用電池供電，所以標簽的工作壽命有限這就要求標簽要節(jié)能并且其功耗要低。從而節(jié)省電池的能量達到延長標簽的工作壽命。CC2430芯片采用O．18μmCMOS工藝生產，工作時的電流損耗為27 mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25 mA。在標簽的設計過程中加入一定的控制程序可使得標簽僅在讀寫器的工作范圍內才進入工作狀態(tài)響應讀寫器的查詢請求。從而最大程度的節(jié)省了能量。

2．3 讀寫器的設計

讀寫器要與計算機應用網絡連接。我們采用串行通信方式。其最大傳輸距離30米．通信速率一般低于20kbps[7]。由于大多數MCU計算機上的串行口都是RS-232C標準的９芯接口．而MCU的引腳一般輸入／輸出使用TTL電平，距離短傳輸質量差．所以我們要轉換這兩種不同的電平才能正確的實現讀寫器與計算機的通信連接．讀寫器的電路圖如圖3所示。

3．標簽的軟件設計

3．1 寄存器的設置

芯片射頻部分的重要參數，如：接收地址，收發(fā)頻率，無線傳輸速率，收發(fā)模式等均要在其相應的寄存器配置字里面設置。正確的設置這些參數可以提高標簽的工作效率和可靠性。

3．2 標簽工作流程

標簽在平時處于斷電狀態(tài)，當標簽進入讀寫器的工作區(qū)域內。喚醒信號的能量使功率比較器輸出高電平激活觸發(fā)器使之控制電源芯片為主電路供電。這樣標簽控制器按照防碰撞算法程序在適當時機從存儲器讀出標簽的信息，然后將其通過射頻模塊調制，放大通過天線發(fā)射出去。當讀寫器正確識別標簽后將發(fā)送該標簽的關閉信號。標簽收到后進行判斷，如果為本標簽的關閉信號，則標簽不再向讀寫器發(fā)送信息。當標簽離開了讀寫器的工作范圍時。觸發(fā)器控制電源開關芯片使標簽主工作電路斷電。從而達到節(jié)能的目的。標簽的工作流程圖如圖4所示。

3．3 計算機端軟件設計

計算機端設計的軟件界面如圖所示，它由串口" title="串口">串口設置區(qū)，通信狀態(tài)區(qū)，接收和發(fā)送區(qū)，ID 信息顯示區(qū)組成。當標簽收到讀寫器的請求后，發(fā)送自身的信息給讀寫器，通過天線接收讀寫器對信息進行處理相應，然后通過串口發(fā)送給計算機。計算機在數據庫中查詢相應的信息進行處理后。將其對應的信息顯示在軟件界面上如圖5 所示。