2.4GHz射频识别中标签电路设计与实现毕业论文.doc

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1、 毕业设计论文论文题目：2.4GHz射频识别中标签电路设计与实现系 部 电子通信工程系 专 业 通信技术 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 目 录摘 要1Abstract2前言3第1章 nRF24.L01无线模块41.1 nRF24.L01无线模块概述41.1.1主要特性41.1.2引脚功能及描述41.1.3工作模式61.1.4工作原理61.1.5配置字71.1.6跳频功能实现7第2章 有源标签硬件设计92.1硬件的结构92.1.1标签电路结构92.1.2标签射频前端92.1.3标签控制处理电路112.1.4标签印制板设计122.2标签低功耗设计12第3章 2.4GHz电子标签天线设计133

2、.1电子标签天线概述133.2射频识别系统与天线分类133.3电子标签天线的设计与测试143.4一种2.4GHz小型化偶极子天线的设计153.4.1印刷偶极子天线结构153.4.2回波损耗S11测试173.4.3数据分析183.2.4印刷偶极子天线小型化设计183.2.5仿真结果和测量结果的比较19第四章 标签软件设计214.1寄存器设置和数据包格式214.2标签指令接收子程序214.3标签信息发送子程序22结 论23致 谢24参考文献25附录1电子标签收发程序26附录2电子标签电路原理图36摘 要射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification）实际上是自

3、动识别技术（AEI，Automatic Equipment Identification）在无线电技术方面的具体应用与发展。该项技术的基本思想是，通过采用一些先进的技术手段，实现人们对各类物体或设备（人员、物品） 在不同状态（移动、静止或恶劣环境）下的自动识别和管理。在微波频段范围内，2.4GHz是一个全球的ISM频段，使用时无需申请。本文以NORDIC公司射频芯片nRF24L01为核心，设计有源RFID标签。该芯片功耗低，使用1.9V3.6工作电源，可采用电池供电；极少的外围电路，所有高频元件包括电感、振荡器等已经全部集成在芯片内部，采用4mm4mm QFN封装，体积很小；发射功率、工作频率

4、等所有工作参数全部通过软件设置完成，配置简单、一致性好、性能稳定且不受外界影响，非常适合用于有源标签应用研究发现，有源超高频、微波频段的标签具有标签信号强、定位精确、可被读取距离远、通讯速度快、可储存信息多等优点。随着集成电路尺寸的减小以及成本的进一步降低，更适合未来应用，因此，有源超高频、微波频段的标签是当前电子标签研究的重点。射频识别作为一种新兴的自动识别技术，在中国拥有巨大的发展潜力。Abstract关键词： 物联网 射频识别 电子标签 微带天线前言物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“The Internet of things”。由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互

5、联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。射频识别RFID（Radio Frequency Identification）技术是物联网工程的核心技术之一 ，也被认为是21 世纪最有发展前途的信息技术之一。由于具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，

6、RFID 技术显示出巨大的发展潜力与应用空间。目前，我国已经将RFID 技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理、公共交通以及生产过程管理等多个领域。典型的射频识别系统由标签、读写器两部分组成。其中标签由RFID电路和天线组成，按供电方式可以分为无源和有源两种。无源标签不需要电池供电，具有成本低、可靠性高等优点。有源标签需要电池供电，平时处于低功耗节能状态，当被阅读器触发时，进入通信状态。按照工作频率的不同，RFID 标签分为低频（LF，135kHz以下)、高频(HF，1356MHz)、超高频(UHF，860MHz960MHz)和微波频段（MW，2.4GHz以上

7、)。目前国际上RFID应用在能量供给方面以无源标签为主，在工作频率上以LF和HF标签产品为主。但是，研究发现，有源超高频、微波频段的标签具有标签信号强、定位精确、可被读取距离远、通讯速度快、可储存信息多等优点。随着集成电路尺寸的减小以及成本的进一步降低，更适合未来应用，因此，有源超高频、微波频段的标签是当前电子标签研究的重点。 近年来，随着大规模集成电路技术的发展，短距离无线通信系统的大部分功能都可以集成到一块芯片内部，一般使用单片数字信号射频收发芯片，加上少量外围器件构成专用或通用无线通信模块。通信模块一般包含简单透明的数据传输协议或使用简单的加密协议，发射功率、工作频率等所有工作参数全部通

8、过软件设置完成，依据命令字进行基本的数据无线传输功能操作。第1章nRF24.L01无线模块1.1 nRF24.L01无线模块概述nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。1.1.1 主要特性GFSK调制： 硬件集成OSI链路层; 具有自

9、动应答和自动再发射功能; 片内自动生成报头和CRC校验码; 数据传输率为l Mb/s或2Mb/s; SPI速率为0 Mb/s10 Mb/s; 125个频道： 与其他nRF24系列射频器件相兼容; QFN20引脚4 mm4 mm封装; 供电电压为1.9 V3.6 V。1.1.2 引脚功能及描述nRF24L01的封装及引脚排列如图1.1及表1所示。各引脚功能如下：图1.1CE：使能发射或接收; CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01： IRQ：中断标志位; VDD：电源输入端; VSS：电源地： XC2，XC1：晶体振荡器引脚; VDD_PA：为

10、功率放大器供电，输出为1.8 V; ANT1,ANT2：天线接口; IREF：参考电流输入。 表1引脚名称引脚功能描述1CE数字输入RX或TX模式选择2CSN数字输入SPI片选信号3SCK数字输入SPI时钟4MOSI数字输入从SPI数据输入脚5MISO数字输出从SPI数据输出脚6IRQ数字输出可屏蔽中断脚7VDD电源电源（+3V）8VSS电源接地（0V）9XC2模拟输出晶体振荡器2脚10XC1模拟输入晶体振荡器1脚/外部时钟输入脚11VDD-PA电源输出给RF的功率放大器提供的+1.8V电源12ANT1天线天线接口113ANT2天线天线接口214VSS电源接地（0V）15VDD电源电源（+3V

11、）16IREP模拟输入参考电流17VSS电源接地（0V）18VDD电源电源（+3V）19DVDD电源输出去耦电路电源正极端20VSS电源接地（0V）1.1.3 工作模式通过配置寄存器可将nRF241L01配置为发射、接收、空闲及掉电四种工作模式，如表2所示。模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器状态接收模式111-发射模式101数据在TX FIFO 寄存器中发射模式1010停留在发送模式，直至数据发送完待机模式2101TX FIFO 为空待机模式11-0无数据传输掉电0-表 （2） 待机模式1主要用于降低电流损耗，在该模式下晶体振荡器仍然是工作的; 待机模式2则是在当FIFO寄存器为

12、空且CE=1时进入此模式； 待机模式下，所有配置字仍然保留。 在掉电模式下电流损耗最小，同时nRF24L01也不工作，但其所有配置寄存器的值仍然保留。 1.1.4 工作原理发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10s，延迟130s后发射数据;若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。如果

13、收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除;若未收到应答，则自动重新发射该数据(自动重发已开启)，若重发次数(ARC)达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便在次重发;MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。最后发射成功时,若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1;若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。 接收数据时,首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130s进入接收状态等待数据的到来。当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在R

14、X FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。1.1.5 配置字SPI口为同步串行通信接口，最大传输速率为10 Mb/s，传输时先传送低位字节，再传送高位字节。但针对单个字节而言，要先送高位再送低位。与SPI相关的指令共有8个，使用时这些控制指令由nRF24L01的MOSI输入。相应的状态和数据信息是从MISO输出给MCU。nRF24L0l所有的配置字都由配置寄存器定义，这些配置寄存器可通过SPI口访问。nRF24L01 的配置寄存器

15、共有25个，常用的配置寄存器如表3所示。地址（H）寄存器名称功能00CONFIG设置24L01工作模式01EN_AA 设置接收通道及自动应答02EN_RXADDR使能接收通道地址03SETUP_AW设置地址宽度04SETUP_RETR设置自动重发数据时间和次数07STATUS状态寄存器，用来判定工作状态0A0FRX_ADDR_P0P5设置接收通道地址10TX_ADDR设置接收接点地址1116RX_PW_P0P5设置接收通道的有效数据宽度表31.1.6 跳频功能实现由于2.4G频段没有使用授权限制，目前家用电器、手机、无线网络都集中在此频段，干扰问题难以避免。如何避开在家庭市场中易与其它无线传输

16、间（Bluetooth、HomeRF）发生干扰成了首要解决的问题。跳频技术 (Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)是在2.4GHz频带以一定的频宽将其划分为若干个无线电频率信道（Radio Frequency Channel；RFC），并且以使用接收和发送两端一样的频率跳跃模式（Frequency Hopping）来接发讯号及防止数据撷取。其工作原理是，收发双方传输信号的载波按照预定规律进行离散变化。以达到避开干扰，完成传输。简单的说，跳频技术FHSS不是抑制干扰而是容忍干扰。图1.2是跳频实现的流程图。图1.2跳频实现的流程图第2章 有源标签硬件设

17、计2.1硬件的结构2.1.1 标签电路结构典型的有源标签电路包括天线、射频前端、控制器、存储器，电池模块等，如图2.1所示。其中射频前端负责发送调制、接收解调标签与读写器之间的指令信号和反射应答信号。微控制器执行读写器的指令，完成标签的正确识别。存储器存储标签识别程序和射频标签相关信息。图2.1标签电路结构2.1.2 标签射频前端传统的射频前端接收部分包括带通滤波器、低噪声放大器、本振、检波整形、放大器等，发射部分包括调制器、功率放大器、带通滤波器等。而单片数字信号射频收发芯片集成了无线通讯系统的大部分功能，外加少量外围器件即可构成专用或通用无线通信模块，简化了射频前端的设计。Nordic 公

18、司的超低功耗单片无线收发器nRF24L01，工作于2.4GHz2.5GHz ISM频段，该器件有125个频点，能够实现点对点、点对多点的无线通信，同时可采用改频和跳频来避免干扰。最大传输速率可达2Mb/s，是理想的标签射频前端芯片；天线的设计对整个标签系统的性能有较大影响5。由于波长短，可通过设计阻抗匹配电路使输出匹配50、1/4波长偶极子微带印制板天线以获得较大的输出功率和较高的接收灵敏度。射频标签前端电路图如图2.2所示。图2.2射频标签前端电路2.1.3 标签控制处理电路图2.3标签控制处理电路原理图MCU选择通用低功耗微处理器89LV51；存储器可以选择串行EEPROM 25AA320

19、，这使得阅读器不仅可以读出标签数据，还可以将相关信息写入标签。相关原理图如图2.3所示。2.1.4 标签印制板设计在印制板设计方面，由于均采用表贴器件，整版尺寸可以控制在20mm15mm内，满足有源标签小型化的需求。2.2标签低功耗设计由于有源电子标签采用电池供电，而电池的容量和使用时间有限，所以必须对标签进行低功耗设计，从而尽可能延长电池使用时间。而在整个标签结构中，射频前端芯片的选取直接影响标签的功耗，因为标签消耗能量的近2/3用于无线收发6。nRF24L01芯片功耗低，使用1.9V3.6工作电源，可采用电池供电，在相同工作模式下，比同类公司芯片节省近1/3的能量。芯片在不同模式下的工作电

20、流如表1所示。工作模式测试条件工作电流发送接收待机掉电0dBm Pout2Mb/s130us 唤醒11.3mA12.3mA32uA0.9uAnRF24L01具有突发传递（ShockBurst）的收发工作模式3。该模式允许用户使用较低速经微控制器把数据传入nRF24L01芯片，芯片内部开辟有FIFO缓存区，在缓冲区内将数据组帧，以高速将数据发射出去。这样缩短了发射模块的发射时间，减少了发射模块的切换次数，降低了发射电流损耗，使射频芯片间歇工作，降低功耗。同时突发模式使得像89LV51这种低成本和速度相对较慢的微控制器可处理2Mb/s的无线传输。在增强型突发传递（Enhanced ShockBur

21、st）模式中，链路层以固件形式集成在芯片中，可以在接收到数据包后自动回传应答信号ACK，如果发送端没有收到应答信号，说明检测到有数据丢失，则自动重传丢失的数据包。nRF24L01用增强型突发传递模式处理了所有链路层的高速操作，使双向链路的通信更易于控制和实现，由于系统微控制器不需要具备硬件SPI接口，使系统成本进一步降低。微控制器无需参与整个双向链路的通信，降低了微控制器的功耗。 芯片提供掉电模式（Power Down mode），在此工作模式下，器件的所有功能除SPI接口外全部关闭，使得芯片的消耗电流最低。寄存器的值全部保留，可以在芯片处于掉电模式下与微处理器通信。芯片还提供待机模式（Sta

22、ndby mode）。为减小电流损耗，部分内部振荡器停振，RF收发单元停止工作，系统进入待机模式I。待机模式II在待机模式I的基础上激活了部分必须的时钟缓存器。这两种模式都是为了减小功耗而设计的，具有最小化平均消耗电流以及较短的唤醒时间。第3章 2.4GHz电子标签天线设计3.1电子标签天线概述射频识别中的标签是射频识别标签芯片和标签天线的结合体。标签根据其工作模式不同而分为主动标签和被动标签。主动标签自身携带电池为其提供读写器通信所需的能量：被动标签则采用感应耦合或反向散射工作模式，即通过标签天线从读写器中发出的电磁场或者电磁波获得能量激活芯片，并调节射频识别标签芯片与标签天线的匹配程度，将

23、储存在标签芯片中的信息反馈给读写器。因此射频识别标签天线的阻抗必须与标签芯片的输入阻抗共轭匹配，以使得标签芯片能够最大限度地获得射频识别读写器所发出的电磁能量。此外，标签天线设计时还必须考虑电子标签所应用的场合，如应用在金属物体表面的标签天线和应用在普通物体表面的标签天线在天线的结构和选材上存有很大的差别。适合于多种芯片、低成本、多用途的标签天线是射频识别在我国得到广泛普及的关键技术之一。3.2射频识别系统与天线分类对于采用被动式标签的射频识别系统而言，根据工作频段的不同具有两种工作模式。一种是感应耦合（InductiveCoupling）T作模式，这种模式也称为近场工作模式，它主要适用用于低

24、频和高频RFID系统：另一种则是反向散射（Backscattering）32作模式，这种模式也称为远场T作模式，主要适用于超高频和微波RFID系统。感应耦合模式主要是指读写器天线和标签天线都采用线圈形式。当读写器在阅读标签时，发出未经调制的信号处于读写器天线近场的电子标签天线接收到该信号并激活标签芯片之后，由标签芯片根据内部存储的全球唯一的识别号（ID）控制标签天线中的电流大小。这个电流的大小进一步增强或者减小阅读器天线发出的磁场。这时，读写器的近场分量展现出被调制的特性，读写器内部电路检钡0到这个由于标签而产生的调制量并解调并得到标签信息。在反向散射T作模式中，读写器和电子标签之间采用电磁波

25、来进行信息的传输。当读写器对标签进行阅读识别时，首先发出未经调制的电磁波，此时位于远场的电子标签天线接收到电磁波信号并在天线上产生感应电压，电子标签内部电路将这个感应电压进行整流并放大用于激活标签芯片。当标签芯片激活之后，用自身的全球唯一标识号对标签芯片阻抗进行变化，当电子标签芯片的阻抗和标签芯片之间的阻抗匹配较好时则基本不反射信号，而阻抗匹配不好时则将几乎全部反射信号这样反射信号就出现了振幅的变化，这种情况类似于对反射信号进行幅度调制处理。读写器通过接收到经过调制的反射信号判断该电子标签的标识号并进行识别。这类天线主要包括微带天线、平面偶极子天线和环形天线。3.3电子标签天线的设计与测试如前

26、所述，作于低频与高频的射频识别系统采用感应耦合模式进行通信，所以T作于这两个频段的读写器与电子标签都采用线圈形式的天线。T作在这两个频段的射频识别系统都受制于近场作用的范围，从而导致其识别距离较短。根据目前的情况来看，采用近场通信的射频识别系统最大的识别距离小于1米。由于低频和高频频段的射频识别系统采用的是电磁场耦合模式，所以系统中的天线都采用线圈形式。采用这种形式的主要原因如下：1电磁场的耦合在线圈之间比较紧密：2天线采用线圈的形式进一步减小了天线的体积进而减小了标签的体积：3标签芯片的特性要求标签天线具有一定的电抗。在超高频和微波波段时，电子标签和读写器之间的通信采用反向散射工作方式。这时

27、候，连接电子标签和读写器之间的桥梁不再是近磁场而是电磁波。此时，被动型电子标签处于读写器的电磁波远场中。根据频带的波长和天线的口径可以计算出该频带内射频识别系统的远场和读写器之间的距离。一般来说，被动性标签在超高频范围内的丁作距离可达10米左有，根据现有资料来看。工作于微波波段（主要指245GHz）的被动标签工作距离仅为1米左右。所以目前采用反向散射下作模式的射频识别系统主要使用位于860960MHz的超高频频段。在由被动型标签天线组成的射频识别系统中，标签需要从渎写器产生的电磁场或者电磁波中获取能量激活标签芯片所以在电子标签中有一部分电路专门用于检测标签天线上的感生电动势或者感应电压，并通过

28、二极管电路进行整流并经过其他电路进行电压放大等等。这些电路被集成存标签芯片内部。当芯片进行封装时通常还会引入一部分分布式电容。但是，天线设计本身并不需要知道芯片中的具体电路而只需要掌握芯片和经过封装之后的芯片阻抗，并利用最大能量传递的法则设计天线的输入阻抗。由于电子标签芯片的输出阻抗具有电抗分量，为了达到能量的最大传递，需要将天线的输入阻抗设计为标签芯片阻抗的共轭。一般而言，电子标签芯片的输入阻抗为Z=R_X形式为了获得共轭形式的阻抗，电子标签天线的阻抗应为Z=R+iX形式。3.4一种2.4GHz小型化偶极子天线的设计3.4.1 印刷偶极子天线结构印刷偶极子天线结构如图3.1。相应尺寸大小如表

29、3.1.带有通孔的微带巴伦线是馈电点到两个印刷偶极子臂的平衡不平衡变压器。偶极子臂以及微带巴伦线的长度大约4波长，微带线的接地板和偶极子臂在同一平面。该天线工作在ISM频段，带宽范围2.42.4835GHz.。天线在FR4介质板上加工，介质板的厚度h为0.8mm，相对介电常数r为4.5。损耗角正切tan=0.014。正面的微带线馈线通过通孔和印刷偶极子振臂相连。印刷偶极子天线的等效电路模型如图3.2图3.1 印刷偶极子天线结构表3.1图3.2 印刷偶极子天线的等效电路模型Z1表示50特性阻抗，经过两阶阻抗变换器和由通口形成的短路线串联，两个偶极子臂的等效由特性阻抗为Zab的槽线表示。由图给出以

30、下的关系式式中1、2、b、ab两个阻抗变换器、短路线及槽线的电长度，为了满足平衡馈电和阻抗匹配的要求，令Z1 =50Zin3 =Z1、1 =2ab =90、b 的值大约为2.4，等于电路板厚度的电长度。3.4.2 回波损耗S11测试通过ADS2009中仿真结果图3.3及图3.4可以看出，天线的中心工作频率为2.46GHz,回波损耗S11=30dB，驻波比SWVR小于1.5时工作带宽为490MHz(2.2992.609GHz)图3.3 仿真结果当驻波系数VSWR1.5时，利用公式|=(VSWR-1)/(VSWR+1)，可以得出 |0.2,根据S11 =20lg|，从而计算出S11-13.98dB

31、。因此所设计的天线满足要求，具有较好的回波损耗特性图3.43.4.3 数据分析在天线满足通信系统所要求的电压驻波比小于1.5的要求下，天线工作的中心频率为2.45GHz，带宽约490MHz，完全满足天线设计时的所需的频率和带宽要求。由图5得到，在2.45GHz时，若设特性阻抗Z0=50欧姆，则馈点的阻抗为50*（1.063-j0.061）=(53.15-j3.05)欧姆，能够较好地与50 欧姆的同轴电缆馈线相匹配。3.4.4印刷偶极子天线小型化设计为了有效 减小标签体积，下面采用对阵子臂进行曲折的方法，天线体积的缩小以带宽和增益的减小作为代价。小型化的偶极子天线如图3.5所示，改进后的天线的尺

32、寸缩小为31.8mm28.5mm,以小型化之前面积减小了约47。表3.1给出了小型化后天线的尺寸。图3.5小型化偶极子天线3.4.5仿真结果和测量结果的比较测量结果和仿真结果的比较图如图3.6所示从图可知，小型化印刷偶极子天线仿真结果的谐振中心频率为2.43GHz,S11=46dB。在驻波比小于1.5时，天线带宽为220MHz(2.342.56GHz),相对带宽为7.8；对天线测量得到的谐振频率为2.5GHz,S11=-34.5dB,比仿真结果的2.43GHz向高频偏移了70MHz。在驻波比小于1.5时的工作带宽约为230MHz(2.432.66GHz),比仿真结果的220MHz增加了10MH

33、z。天线方向图在E面为零时，实际测量结果为-0.65dB,实际测量的3dB波束宽度为50，仿真结果为82.这里设计的2.45GHz印刷偶极子标签天线的性能指标为：在驻波比小于1.5时，工作带宽约为450MHz天线增益为114dB天线尺寸为37mm45.18mm。小型化后的天线尺寸缩小为31.8mm28.5mm,面积减小了约47，在驻波比小于1.5时，天线带宽约为220MHz,天线增益为1.2dB。此外，给出了小型化天线的实际结果，并且与理论结果进行了比较，结果吻合良好。第4章 标签软件设计4.1寄存器设置和数据包格式射频收发器的接收地址、收发频率、发射功率、无线传输速率、无线收发模式以及CRC

34、校验的长度和有效数据的长度等信息都在射频收发芯片的寄存器配置字中设置。完整的射频数据包由五部分组成，由高到低分别为前同步码、地址、数据包标号、有效数据和CRC校验。其中，前同步码在发送时由硬件添加，接收时由硬件自动剥离。地址宽度为2440位，数据包标号可以防止微控制器连续接收同一个数据包，有效数据宽为132B，CRC是CRC校验和，它可由内置CRC纠检错硬件电路自动加上，可设为02B。设置较短的地址和校验和可以增加有效数据长度，提高传输效率，但会使可靠性降低。4.2标签指令接收子程序接收子程序流程如图4.1所示，标签上电后，首先进行初始化，使标签完成与接收模式相关的配置寄存器的设置，完成后进入

35、掉电模式。当标签进入阅读器范围，经外部触发后，将CE 设为高，经过130s后，标签从掉电模式进入接收模式，开始监听空中的数据包。图4.1接收到有效数据包后(地址匹配，CRC正确)，数据被放入RX_FIFO中。状态寄存器中的RX_DR位置高，IRQ有效。状态寄存器中的RX_P_NO指明数据被收进哪个DATA PIPE。若自动确认有效，则ACK消息被发回。MCU设置CE为低，进入Standby-低电流模式，并以合适的速率，通过SPI接口读出指令数据。微控制器执行读写器指令，读取存储器中射频标签的相关信息，并通过SPI接口返回给nRF24L01，程序设置标签进入发送模式。4.3标签信息发送子程序发送

36、子程序流程如图4.2所示，执行完阅读器指令，标签收发模块开启成发射状态，阅读器返回标签存储的数据信息。 图4.2 在发送模式下，SPI接口有效。MCU把有效数据TX_PLD和目的地址TX_ADDR送入nRF24L01。数据通道0设置为接收应答信号ACK。当CE置高脉冲时，开始发送。数据以1Mb/s或2Mb/s（由MCU设定）的速率发送。若自动应答（Auto Acknowledgement）有效，则立即进入接收模式接收ACK消息。若收到ACK，表明传送成功，数据从TX FIFO中删除；若未收到ACK，则数据重传（自动重传有效）。若自动重传计数器ARC_CNT超出了寄存器SETUP_RETR_AR

37、C中设置的最大限制，则状态寄存器中的MAX_RT位置高，此时，IRQ有效，产生MAX_RT中断，同时包丢失计数器PLOS_CNT加1。TX_FIFO中的数据不被删除，在没有消除MAX_RT中断前，无法进行进一步传送。TX_FIFO中的有效数据继续被发送，若FIFO为空，而CE仍保持为高，则器件进入待机模式（Standby-）；若FIFO不为空，则器件发送完当前数据后进入待机模式（Standby-）。读写器在接收标签信息后，发送指令，置PWR_UP=0，使标签进入掉电模式。 结论本文介绍了一种以低功耗射频收发芯片nRF24L01为核心，可工作于2.4GHz的国际通用ISM频段的RFID有源射频标

38、签设计。由于采用了单片集成射频前端，使应用系统更为简化，增强了无线系统的稳定性和可靠性，同时也使得开发变得简单，降低了成本，室内实际工作距离约10m(通过良好匹配的天线设计可适度增加)。如果在本设计中加入防冲撞算法和安全加密算法，也可用于RFID读写器的设计。整个系统体积小、功耗低、重建方便、易于扩展、可靠性高，适用于对体积和功耗要求较高的RFID应用场合。致谢参考文献1 FINKENZELLER KRFID handbook：fundamentals and applications in contactless smart cards and identificationEngland：J

39、ohn Wiley Sons2003.2 VITA G D，IANNACCONE GDesign criteria for the RF sectionof UHF and microwave passive RFID transpo ndersIEEETrans Microw Theory Tech，2005，53(9)：2978.3 RAO K V S，NIKITIN P V，LAM S FImpedance matching concepts in RFID transponder designIEEE Workshop on Advanced Automatic Identificat

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41、 A，VANDEWALLE JLeast squares support vector machine classifiersJNeural Processing Lettem1999，9(3)：293-300.7射频识别技术与应用 赵军辉编著 北京 机械工业出版社，2008.58李秀萍，刘禹。基于RFID应用的印刷偶极子天线受环境影响测试J.电子器件.20071212891291.9李秀萍，刘禹，曹海鹰.基于RFID应用的小型化印刷偶极子天线设计J.北京邮电大学学报，2006,2957578.10周小光，王小华.射频识别RFID技术原理与应用实例M.北京人民邮电出版社，2006.11郎为民.

42、射频识别RFID技术原理与应用 M.北京机械工业出版社，2006.12RFID世界网OL. http:/www.rfidchina.org/ 13射频识别技术.14nRF24L01无线模块. 15纪震，李慧慧，姜来.电子标签原理与应用M.西安西安电子科技大学出版社，2006.- 36 -附录1：电子标签收发程序 #include #include #define MODE 0 /MODE=1时 为发送代码 MODE=0时 为接收代码typedef unsigned char uchar;/*IO端口定义*sbit MISO =P23;sbit MOSI =P22;sbit SCK =P21;s

43、bit CE =P25;sbit CSN =P20;sbit IRQ =P32;sbit led = P12;/*uchar bdata sta; /状态标志sbit RX_DR =sta6;sbit TX_DS =sta5;sbit MAX_RT =sta4;/*NRF24L01*#define TX_ADR_WIDTH 5 / 5 uints TX address width#define RX_ADR_WIDTH 5 / 5 uints RX address width#define TX_PLOAD_WIDTH 32 / 32 uints TX payload#define RX_PLOAD_WIDTH 32 / 32 uints TX payloaduchar const TX_ADDRESSTX_ADR_WIDTH= 0x34,0x43,0x10,0x10,0x01; /本地地址uchar const RX_ADDRESSRX_ADR_WIDTH= 0x34,0x43,0x10,0x10,0x01; /接收地址uchar code Tx_BufTX_PLOAD_WIDTH=0xff,0xee,0x11,0x22,0x33,0xaa,0xbb,0x11,0x22,0x33,0xaa,0xbb,0x11,0x22,