有源RFID標(biāo)簽省電機(jī)制的研究

一般來說，完整的射頻識別（RFID）系統(tǒng)主要由射頻標(biāo)簽、射頻讀寫設(shè)備及天線和后臺計算機(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)簽和無源射頻標(biāo)簽。

無源射頻標(biāo)簽內(nèi)部沒有電池供電，依靠讀寫器發(fā)來的電磁波來工作，因此傳輸距離較
近、抗干擾能力較差、存儲空間小、功能單一，但是無源射頻標(biāo)簽不需要維護(hù)，使用簡便；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，因此傳輸距離較遠(yuǎn)、抗干擾能力較強(qiáng)、存儲空間較大，還可以與傳感器結(jié)合起來，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)簽的使用帶來了新的課題，即如何延長有源射頻標(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

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)工作時的電流一般為微安級，甚高頻射頻電路工作時的電流一般為毫安級。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。

一段時間自動“蘇醒”，然后監(jiān)聽是否有數(shù)據(jù)包接收到。如果沒有接收到數(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)簽再間隔一段時間又自動“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)計簡單，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”的長度是標(biāo)簽出廠時，單片機(jī)中程序設(shè)定好的。

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

雙頻有源標(biāo)簽設(shè)計

如何使有源射頻標(biāo)簽在標(biāo)簽使用頻度高的時候自動降低睡眠深度，而在使用頻度低的時候自動提高睡眠深度，以達(dá)到電能消耗絕無浪費(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變化，當(dāng)不需要蘇醒時絕不蘇醒，當(dāng)需要蘇醒時快速蘇醒，需要在傳統(tǒng)的有源射頻標(biāo)簽的硬件電路上作以改動，加上低頻激勵電路。與此同時，在雙頻有源射頻識別系統(tǒng)中，引入了另一個射頻讀寫設(shè)備—激勵器，如圖３。