手持式RFID讀寫器的低功耗設計與測試

　　0 引言

　　射頻識別RFID（Radio Frequency Identification）技術是利用無線射頻方式進行非接觸式雙向通信，以達到識別目標和交換數據的目的，實現對各種對象在不同狀態下的自動識別和管理的一種技術。目前廣泛應用于身份識別、門禁管理、防偽、商業供應鏈、公共交通管理、物流管理、生產線的自動化及過程控制、動物的跟蹤及管理、容器識別等領域。射頻識別讀寫器根據應用場合可分為固定式讀寫器和手持式讀寫器等，其中手持式讀寫器具有比較大的靈活性，適用于不宜安裝固定式RFID 系統的應用環境。

　　作為一種便攜式設備，手持式RFID 讀寫器一般采用可充電的電池來進行供電，因此，采用先進技術改進系統設計，降低功耗以提高其使用時間，是手持式讀寫器設計中需要重點研究解決的問題。本文主要介紹手持式RFID 讀寫器的低功耗設計方法，并通過測試軟件對所設計的讀寫器進行功耗測試。

　　1 系統硬件組成及工作原理

　　為滿足不同領域的應用需求及二次開發設計需要實現各種功能的要求，手持式RFID 讀寫器主要由主控制模塊、RF 收發模塊、顯示模塊、實時時鐘模塊、擴展存儲模塊、USB 接口模塊、串行通信接口模塊、以太網絡接口模塊、鍵盤模塊及電源系統等組成，其硬件組成結構圖如圖1 所示。手持式RFID 讀寫器通常由操作人員手持設備在某一區域內完成對射頻標簽相關信息的采集及顯示，并將相應數據存儲于讀寫器的存儲器中，待與計算機連接后通過串行通信接口或USB 接口傳送到本地計算機，也可通過網絡接口傳送到遠程的網絡計算機，以便計算機系統進行相應的數據處理及應用。為便于針對具體應用場合與應用系統計算機進行數據通信的需要，還提供了各種備選的通信接口，如USB 接口、RS232 接口、以太網絡接口等，二次開發時可根據需要適當選擇是否保留。同時，為使手持式RFID 讀寫器能滿足不同場合的供電需要，電源系統采用了USB 電源、AC 電源以及電池供電相結合的模式，以便為RFID 系統進行工作供電或電池充電。

　　圖1 RFID 讀寫器的組成結構圖

　　2 系統硬件低功耗設計

　　在單片機系統中，系統的功耗由靜態功耗s P 和動態功耗d P 組成，如式（1）、（2）所示。

　　式中， DD U 為工作電源電壓， DD I 為靜態時由電源流向電路內部的電流， TC I 為脈沖電流的時間平均值， T C 為芯片的負載電容， f 為工作頻率。

　　由式（1）（2）可知,對系統的功耗影響最大是工作電源電壓,其次是工作頻率,再就是負載電容。對設計人員而言，負載電容一般是不可控的，故在不影響系統性能的前提下，系統低功耗設計主要是盡可能選擇低工作電壓的器件，并在電路設計中使用低頻率的時鐘。

　　為了盡量減少系統的功耗，在手持式RFID 讀寫器的硬件設計中盡量采用低功耗器件，并根據不同工作狀態對系統的工作時鐘頻率進行調節。其中主控制器選用了高性能、超低功耗的MSP430F149 單片機，工作電壓為1.8～3.6V，可提供了6 種工作模式，即活動模式（AM）和低功耗模式0-4(LPM0-4)，能不同程度的減少芯片內部以及外部模塊的功耗。相應接口模塊也分別選用電壓工作為3.3V 以下的器件，如RF 收發模塊選用FM1702SL 射頻卡讀寫芯片，擴展存儲模塊選用AT45DB161B 串行FLASH 存儲器，顯示模塊及驅動芯片選用P13501 顯示模塊（含內置驅動芯片SSD1303）， USB 接口選用IPS1582，串行通信接口選用MAX3232、網絡接口模塊選用ENC28J60 等。