基于單片機的低功耗主動式RFID標簽設計

　　射頻芯片是整個RFID卡最核心的部分，直接關系到標簽的讀寫距離和可靠性，同時也直接影響到整個系統(tǒng)的功耗。CC1100是Chipcon公司推出的單片UHF無線發(fā)射芯片，體積小，功耗低，數(shù)據(jù)速率支持1.2~500kbps的可編程控制，其工作電壓范圍為1.9~3.6V，可以工作在915MHz.、868MHz.、433MHz和315MHz四個波段，還可通過程序配置在所有頻段提供-30~10 dBm輸出功率內(nèi)置地址解碼器、先入先出堆棧區(qū)、調(diào)制處理器、時鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊。它具有兩種低功耗工作模式：關機模式和空閑模式，在關機模式下工作電流小于200nA。本文中CC1100工作在433MHz的頻率上，采用FSK調(diào)制方式，數(shù)據(jù)速率為100kbps，信道間隔為200kHz。

　　電路設計

　　為簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)僅由必須的微處理器單元、射頻收發(fā)單元、天線及電池單元組成。省去電池到器件之間的穩(wěn)壓電路，直接由電池給系統(tǒng)供電。節(jié)省了穩(wěn)壓電路所帶來的靜態(tài)電流消耗，使電池壽命進一步延長。為防止發(fā)射狀態(tài)較大的電流造成電池電壓瞬態(tài)降低，使用較大容量電容與電池并聯(lián)。MSP430F2012內(nèi)部集成的零功耗欠壓復位（BOR）保護功能，可以在電壓低于安全操作范圍時執(zhí)行完全復位，很好地解決了單片機復位不完全而產(chǎn)生的隨機錯誤操作問題。

軟件設計

　　盡量用軟件來代替硬件也是低功耗系統(tǒng)設計常常采取的措施。本次程序開發(fā)綜合考慮了時序調(diào)度和工作效率兩方面問題，以降低系統(tǒng)的功耗。

　　合理設計工作時序

　　由于CPU的運行時間對系統(tǒng)的功耗影響極大，應盡可能縮短其工作時間，較長地處于空閑方式或掉電方式是軟件設計降低單片機系統(tǒng)功耗的關鍵。程序運行流程圖如圖2（a）、（b）所示，當系統(tǒng)上電完成初始化操作即刻進入低功耗模式，只在系統(tǒng)接收到正確信息產(chǎn)生中斷時才會喚醒單片機進入工作模式，盡量在短時間內(nèi)完成對信息或數(shù)據(jù)的處理，當處理結(jié)束立即返回低功耗模式等待下一個中斷到來。

提高工作效率

　　用宏定義來代替子程序調(diào)用。因為CPU進入子程序時，會首先將當前CPU寄存器推入堆棧（RAM），在離開時又將CPU寄存器彈出堆棧，這樣至少帶來兩次對RAM的操作，所以讀RAM會比讀Flash帶來更大的功耗。用宏定義來代替子程序調(diào)用，無疑會降低系統(tǒng)的功耗。

　　盡量減少CPU的運算量，將一些運算的結(jié)果預先算好，放在Flash中，用查表的方法替代實時的計算，減少CPU的運算工作量，可以有效降低CPU的功耗；不可避免的實時計算，精度夠了就結(jié)束；盡量使用短的數(shù)據(jù)類型：如盡量使用字符型的8位數(shù)據(jù)替代16位的整型數(shù)據(jù)，盡量使用分數(shù)運算而避免浮點數(shù)運算等。

　　讓I/O模塊間歇運行，不用的I/O模塊或間歇使用的I/O模塊要及時關掉，以節(jié)省電能。不用的I/O引腳要設置成輸出或設置成輸入，用上拉電阻拉高。若引腳沒有初始化，可能會增大單片機的漏電流。

結(jié)論

　　本文詳細介紹了基于MSP430單片機的低功耗主動式RFID標簽的設計，合理地利用了MSP430單片機的中斷、定時、運算等功能，借助于軟件優(yōu)勢，對耗能較低的CC1100 模塊采取限能工作措施，提高了電池的壽命，增加了系統(tǒng)可靠運行的時間，與其它設計功耗對比如圖3所示。這種主動式RFID標簽的設計使 RFID 的性能得到了改進，它在很大程度上解決了遠距離、大流量、抗干擾、高速移動的標識物的識別難題。本設計完成的RFID標簽與配套的閱讀器可以組成人員或物品識別定位系統(tǒng)，廣泛應用于采礦、工業(yè)生產(chǎn)、道路交通、物流運輸、醫(yī)療、醫(yī)藥、國防安全等眾多領域。