有源RFID系统中电子标签的设计
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2台空调同时出故障而影响岸桥正常作业的情况。
这也正是为什么要保证有足够容量的备用空调的原因。
3台空调轮换运行,可以使状态不佳的空调在运行过程中被及时发现并安排维修。
以下是空调系统的管理和维护要点:(1)在电气房中的变频器发热量较大,空调始终处于制冷状态时,应当将屏柜内的空调加热器关闭。
空调在制冷时同时除湿,在南方等湿度较大的梅雨季节,可以有效地控制电气房内的湿度,防止设备凝露。
(2)空调的温度设定适当即可,不必低于25℃。
(3)空调室外机的安装位置需注意,岸桥上安装位置尽量考虑防止阳光的直射。
岸桥处于海边或江边,长期风速较高,会经常出现因风力较大而导致室外机风扇堵转或反转。
这些都是导致空调故障高发的原因,所以安装适当的遮阳板和挡风板是必要的。
(4)定时安排保养紧固,定时清洗冷凝器、蒸发器、过滤网、换热器,擦除灰尘,防止散热器堵塞。
因岸桥工作时振动和摇晃较大,故必须定期对空调接线和各类安装螺丝进行检查和紧固。
屈人才:511462,广州市南沙经济开发区万倾沙龙穴岛 收稿日期:2007-10-05有源RF I D系统中电子标签的设计武汉理工大学物流工程学院 郑贤忠 曹小华 郑文立 摘 要:重点介绍基于通用低功耗MSP430F20XX系列单片机和nRF24XX系列低功耗射频芯片的有源电子标签的硬件设计、低功耗的实现以及防碰撞算法的解决思路。
该有源电子标签适用于港口码头环境下的集装箱远程自动识别,也可用于车辆出入信息采集与控制以及不停车收费系统等有远距离识别与控制需求的系统。
关键词:有源RF I D;防碰撞;低功耗;nRF24L01Design of Electr onic Tags in Active RF I D System sSchool of Logistics Engineering ofWuhan University of Technol ogy Zheng Xi a nzhong Cao Xi a ohua Zheng wenli Abstract:This paper f ocuses on hard ware design f or the active tags based on the l ow power consumed single chi p of M SP430F20XX series and the radi o frequency chi p of nRF24XX series,and the realizati on of l ow power consu mp ti on and the algorith m of anti-collisi on.These kinds of active tags can be used as aut omatic identificati on re motely f or containers in the envir on ment of the ter m inals,as well as the syste m for re mote identificati on and contr ol such as in the infor mati on col2 lecti on and contr ol f or the vehicle transit and the t oll gate in the case of vehicle non-st opp ing. Keywords:Active RF I D;anti-collisi on;l ow power consu mp ti on;nRF24L011 硬件的设计射频识别(RF I D)是一种非接触式的自动识别技术,它可以通过射频信号自动识别目标并获取所需数据。
有源RF I D系统根据其有源电子标签是否有接收有效信息功能可分为只读有源RF I D系统和可读写有源RF I D系统,本文设计的有源电子标签为只读型电子标签。
只读有源RF I D系统如图1所示,阅读器不需要向电子标签供电,电子标签自带电池。
有源电子标签又称为主动标签,当电子标签进入阅读器的工作范围后,电子标签主动地将存储的身份识别码(U I D)以电磁波的形式传给阅读器。
有源电子标签始终处于激活状态,在有效识别区域内和阅读器发射的射频微波相互作用,具有较远的识别距离。
图1 只读有源RF I D系统有源电子标签主要由控制电路、射频电路以及天线和电池组成。
有源电子标签设计的难点在于低功耗和防碰撞算法的实现。
由于有源电子标签需要内置电池给控制电路和射频电路供电,为了达到延72港口装卸 2008年第2期(总第178期)长使用寿命的目的,它对低功耗要求非常高,所以控制芯片和射频芯片的选型至关重要。
本文设计的有源电子标签硬件结构框图见图2,控制芯片选用TI 公司的MSP430F2XX 系列单片机。
MSP430F2XX 系列芯片是TI 公司专门针对电池供电产品设计的芯片,其功耗较MSP430F1XX 系列更低,其最小指令周期为62.5ns,是MSP430F1XX 系列的一半,其原理与使用方法见文献[1]。
基础时钟模块与MSP430F1XX 系列不同,它除了有LFXT1CLK 、XT2CLK 、DCOCLK 之外,还有一个片内超低功耗、12kHz 的低频振荡器VLOCLK 。
MSP430F2XX 具有本低、功耗低、体积小等优点,是有源电子标签设计的首选。
本文中的控制芯片选用MSP430F2012。
图2 电子标签的硬件结构目前工作在全球通行的I S M 2.45GHz 频段可选用的射频芯片有NORD I C 公司的nRF24XX 系列射频芯片和TI 的CC24XX /CC25XX 系列射频芯片等。
虽然CC24XX /CC25XX 系列芯片功能较nRF24XX 系列芯片强大,但是其功耗相对较高,而本文设计的有源电子标签功能需求简单,仅需存储一串符合一定通信协议的经过加密的U I D 提供给阅读器进行识别,但对功耗要求甚高,所以选用nRF24XX 系列射频芯片。
nRF24XX 系列芯片包括nRF2401、nRF2402、nRF24L01。
nRF24L01是一款新型单片射频收发器件,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,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-6d Bm 的功率发射时,工作电流也只有9mA;接收时,工作电流只有12.3mA,比nRF2401/nRF2402更低。
多种低功耗模式(掉电模式和空闲模式Ⅰ、空闲模式Ⅱ),使低功耗设计更方便。
nRF24L01除了能够实现更低功耗外,空中传输速度达到2Mbp s,有6个数据通道,有载波检测(CD )功能。
另外由于融合了Enhanced ShockBurst 技术,nRF24L01具有自动应答和自动重发等功能,相较于nRF2401/nRF2402更适合有源电子标签的设计。
本文设计的2.45GHz 有源电子标签接口简图见图3,其中LED 发光二极管主要起指示作用,实际产品中可以除去。
如果程序设计中仅使用片内时钟,32.768kHz 晶体也可以除去,这样可以进一步降低产品的开发成本。
图3 2.45GHz 有源电子标签接口简图标签小天线属于结构紧凑、低功率无线传输天线。
本文中的有源电子标签基于1/4波长单端PCB印制天线理论设计[2]。
天线直接在PCB 板上印制,便于同射频电路连接,调试也比较简单,可以通过改变天线的长度来让天线达到谐振点。
PCB 板天线区别于传统单端天线的地方在于它的金属导体是附着在以PCB 板为基底的材料上的。
它有特殊性,金属导体并非处在均匀空气介质中。
所以天线长度不等于2.45GHz 的1/4波长30.2mm ,可以借鉴微带线的设计方法来计算单端天线的长度。
PCB 的设计对nRF24L01的整体性能影响很大,在PCB 设计时,必须考虑到各种电磁干扰问题,注意调整电阻、电容和电感的位置,特别要注意电容的位置。
电子标签可以设计成双层板,底层不放置元件,地层、顶层的空余地方都要敷上铜,这些敷铜通过过孔与底层的地相连。
在PCB 中,可尽量多打一些通孔,使顶层和底层的地能够充分接触。
直流电源及电源滤波电容要尽量靠近nRF24L01的VDD 引脚。
设计过程中,为了达到最优化、高性能,天线的设计可以结合史密斯圆图进行阻抗匹配分析,电子标签的高频电路设计可以结合ADS2005射频电路仿真软件进行分析。
电池选用3.3V 额定容量为550mAh 的CR2450钮扣电池。
2 软件的设计目前没有2.45GHz 有源RF I D 系统的通信协议标准,有源电子标签的通信协议设计可以参考I S O1800-4和I S O1800-7标准。
nRF24L01的工作原理见文献[3]。
nRF24L01可以通过SP I 接口与控制芯片MSP430F2012进行数据交换,MSP430F2012没有标准的SP I 接口,但是提供了USI 接口与具有SP I 接口的芯片通信,nRF24L01芯片的配置是通过CE 、82Port Operati on 20081No 12(Serial No 1178)CS N、MOSI、SCK来完成的,MSP430F2012与nRF24L01接口连接见图3。
本文介绍的有源电子标签只具有发射功能,初始化的过程中关闭自动重发功能,只采用Pi pe0通道与阅读设备通信,2个字节的CRC校验,地址宽度为4个字节,发射功率为0,空中传输速率为1Mbp s。
nRF24L01的初始化程序如下:{P5OUT&=～CE;SP I_R W_Reg(WR I TE_REG+CONF I G,0xfe);SP I_R W_Reg(WR I TE_REG+E N_AA,0x00);SP I_R W_Reg(WR I TE_REG+E N_RXADDR,0x01);SP I_R W_Reg(WR I TE_REG+SET UP_AW,0x10);void I nit_nRF24L01(void)SP I_R W_Reg(WR I TE_REG+SET UP_RETR,0x00);SP I_R W_Reg(WR I TE_REG+RF_CH,0x10);SP I_R W_Reg(WR I TE_REG+RF_SET UP,0x07);SP I_W rite_Buf(WR I TE_REG+TX_ADDR,T X_AD2 DRESS,TX_ADR_W I D T H);SP I_R W_Reg(WR I TE_REG+RX_P W_P0,TX_P LOAD _W I D TH);SP I_W rite_Buf(WR I TE_REG+RX_ADDR_P0,TX_AD2 DRESS,TX_ADR_W I D T H);P5OUT|=CE;}其中,SP I_RW_Reg(BYTE reg,BYTE byte); SP I_W rite_Buf(BYTE reg,BYTE3pBuf,BYTE bytes)函数分别为写字节和写字符串函数。
