有源RFID標(biāo)簽省電機(jī)制的研究

一般來(lái)說(shuō)，完整的射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)主要由射頻標(biāo)簽、射頻讀寫設(shè)備及天線和后臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。根據(jù)射頻標(biāo)簽內(nèi)部是否有電池供電，可將射頻標(biāo)簽分為有源射頻標(biāo)簽和無(wú)源射頻標(biāo)簽。

無(wú)源射頻標(biāo)簽內(nèi)部沒(méi)有電池供電，依靠讀寫器發(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(chǔ)空間小、功能單一，但是無(wú)源射頻標(biāo)簽不需要維護(hù)，使用簡(jiǎn)便；有源射頻標(biāo)簽內(nèi)部有電池供電，能夠依靠自身的能量發(fā)射信號(hào)，因此傳輸距離較遠(yuǎn)、抗干擾能力較強(qiáng)、存儲(chǔ)空間較大，還可以與傳感器結(jié)合起來(lái)，組成功能復(fù)雜的傳感器射頻標(biāo)簽。但是隨著標(biāo)簽內(nèi)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(biāo)簽的使用帶來(lái)了新的課題，即如何延長(zhǎng)有源射頻標(biāo)簽內(nèi)部電池的單次放電壽命。

傳統(tǒng)的有源標(biāo)簽低功耗設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的有源射頻標(biāo)簽主要由3部分構(gòu)成，分別是甚高頻射頻電路、單片機(jī)系統(tǒng)和電池。單片機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)的電流一般為微安級(jí)，甚高頻射頻電路工作時(shí)的電流一般為毫安級(jí)。為了降低有源射頻標(biāo)簽的平均功耗，有源射頻標(biāo)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(jiān)聽是否有數(shù)據(jù)包接收到。如果沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)包，則進(jìn)入省電的“睡眠”狀態(tài)；如果接收到數(shù)據(jù)包，則進(jìn)入數(shù)據(jù)包處理環(huán)節(jié)，相應(yīng)接收到的數(shù)據(jù)包，提取出命令，發(fā)送響應(yīng)的命令回應(yīng)數(shù)據(jù)包，當(dāng)數(shù)據(jù)包處理結(jié)束后進(jìn)入省電的“睡眠”狀態(tài)。睡眠狀態(tài)的標(biāo)簽再間隔一段時(shí)間又自動(dòng)“蘇醒”，重復(fù)上面的工作，如此周而復(fù)始的循環(huán)，達(dá)到節(jié)省電能的目的。

采用這種省電機(jī)制的有源射頻標(biāo)簽，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，程序穩(wěn)定，但應(yīng)用不太靈活。我們把有源射頻標(biāo)簽從一次“蘇醒”的結(jié)束到下次“蘇醒”開始的時(shí)間間隔叫做“睡眠周期”，將一次“睡眠”的結(jié)束到下次“睡眠”開始的時(shí)間間隔叫做“蘇醒周期”。因此，可以看做這種有源射頻標(biāo)簽的狀態(tài)是處于“睡眠周期”和“蘇醒周期”周而復(fù)始的循環(huán)。“睡眠周期”和“蘇醒周期”的長(zhǎng)度是標(biāo)簽出廠時(shí)，單片機(jī)中程序設(shè)定好的。

如果睡眠深度過(guò)小，射頻標(biāo)簽將頻繁地“蘇醒”，而大多數(shù)的“蘇醒”周期并沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)包，這些“蘇醒”過(guò)程中使用的能量做了無(wú)用功，標(biāo)簽功耗將增大，不利于標(biāo)簽的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)；如果睡眠深度過(guò)大，標(biāo)簽的響應(yīng)時(shí)間以及多標(biāo)簽識(shí)別能力將大大折扣，標(biāo)簽不能應(yīng)用在需要快速響應(yīng)的場(chǎng)合，例如車輛標(biāo)簽快速經(jīng)過(guò)讀寫器的場(chǎng)合。因此，傳統(tǒng)有源射頻標(biāo)簽省電機(jī)制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是，在特定應(yīng)用場(chǎng)合中應(yīng)該尋找到一個(gè)適當(dāng)?shù)乃呱疃取?/p>

雙頻有源標(biāo)簽設(shè)計(jì)

如何使有源射頻標(biāo)簽在標(biāo)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(dá)到電能消耗絕無(wú)浪費(fèi)呢？為了使射頻標(biāo)簽的睡眠深度能夠根據(jù)使用頻度的變化而自動(dòng)變化，當(dāng)不需要蘇醒時(shí)絕不蘇醒，當(dāng)需要蘇醒時(shí)快速蘇醒，需要在傳統(tǒng)的有源射頻標(biāo)簽的硬件電路上作以改動(dòng)，加上低頻激勵(lì)電路。與此同時(shí)，在雙頻有源射頻識(shí)別系統(tǒng)中，引入了另一個(gè)射頻讀寫設(shè)備—激勵(lì)器，如圖３。