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基于RFID的低功耗有源手持机设计
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引言
射频识别技术(Radio Frequeney Identification，RFID)是从20世纪80年代发展起来的一项自动识别技术。通过射频信号对某个目标的ID进行自动识别得到对象信息，并获取相关数据。其突出优点是环境适应性强，能够穿透非金属材质，数据存储量大，抗干扰能力强。根据供电方式的不同，可以将RFID分为两类：一类是无源RFID，另一类是有源RFID。无源RFID工作时标签通过读写器的电磁场获得能量，标签本身不需要电池；有源RFID则恰恰相反，电子标签需要自备电池，提供全部器件工作所需的电源。与无源RFID系统相比，有源RFID系统对阅读器的发射功率要求更低，有效阅读距离也更远，因此在很多领域都有着广泛的应用。
1 有源RFID系统组成及工作原理
有源RFID系统由有源标签、阅读器和应用系统3个部分组成，如图1所示。有源标签具有唯一的身份识别码(即ID)，一些有源标签内部还集成了传感器，用于对特定物理量的测量。在阅读器的有效工作范围内，电子标签主动地将自己的ID和所测得的物理量以电磁波的形式发送给阅读器，阅读器将相关信息存储在自己的存储设备中。存储在阅读器中的数据可以通过以太网口、RS232、USB等通信接口传送给应用系统，以便对数据进行进一步处理。
本文设计的有源手持机的结构框图如图2所示。其核心是微处理器(Microprocessor Unit，MPU)；复位电路、时钟电路、电源、键盘、LCD显示是最小系统不可缺少的组成部分，用来维持系统正常工作以及进行人机交互；声音提示电路用来进行操作有误或者电池电量不足时的报警提示；背光电路可以为键盘和LCD提供背光；电量检测电路通过检测电池的电压，依照电池电量和电压的对照关系，间接地检测出电池的剩余电量；RF电路通过天线可以进行射频信号的收／发；外扩Flash可以存储读取到标签的身份识别码、汉字点阵字库以及相关属性等信息；USB接口可使手持机与PC机进行数据通信；JTAG接口用来下载和调试程序。
主控模块采用NXP公司基于ARM7内核的LPC2142微处理器。LPC2142具有USB2．O接口、2个I2C接口、2个串口、1个SPI接口、1个SSP接口、6个A／D通道，以及16 KB的RAM和64 KB的Flash；还具有实时时钟(RTC)，可以避免外接实时时钟带来的麻烦。通过分析得知，该微处理器完全可以满足系统的需求。主控模块的电路图如图3所示。
为保证系统能够可靠复位，采用专用的复位芯片CAT809进行系统的复位。复位电路如图4所示。
电量检测电路采用LPC2142内部的A／D转换器。A／D的参考电压Vref由电源电压+3．3 V通过电阻分压得到，如图5所示。参考电压的理论值是2．533 V，由于锂电池的电压最高可达4．2 V(满充时)，此时超出了A／D转换器的量程，所以需要对该量程进行扩充。解决办法是，将锂电池的输出电压(图中为3．7 V)通过两个一样的电阻进行分压，将分压后的电压进行检测，转换得到的电压值应该乘以2。
射频识别技术(Radio Frequeney Identification，RFID)是从20世纪80年代发展起来的一项自动识别技术。通过射频信号对某个目标的ID进行自动识别得到对象信息，并获取相关数据。其突出优点是环境适应性强，能够穿透非金属材质，数据存储量大，抗干扰能力强。根据供电方式的不同，可以将RFID分为两类：一类是无源RFID，另一类是有源RFID。无源RFID工作时标签通过读写器的电磁场获得能量，标签本身不需要电池；有源RFID则恰恰相反，电子标签需要自备电池，提供全部器件工作所需的电源。与无源RFID系统相比，有源RFID系统对阅读器的发射功率要求更低，有效阅读距离也更远，因此在很多领域都有着广泛的应用。
1 有源RFID系统组成及工作原理
有源RFID系统由有源标签、阅读器和应用系统3个部分组成，如图1所示。有源标签具有唯一的身份识别码(即ID)，一些有源标签内部还集成了传感器，用于对特定物理量的测量。在阅读器的有效工作范围内，电子标签主动地将自己的ID和所测得的物理量以电磁波的形式发送给阅读器，阅读器将相关信息存储在自己的存储设备中。存储在阅读器中的数据可以通过以太网口、RS232、USB等通信接口传送给应用系统，以便对数据进行进一步处理。
本文设计的有源手持机的结构框图如图2所示。其核心是微处理器(Microprocessor Unit，MPU)；复位电路、时钟电路、电源、键盘、LCD显示是最小系统不可缺少的组成部分，用来维持系统正常工作以及进行人机交互；声音提示电路用来进行操作有误或者电池电量不足时的报警提示；背光电路可以为键盘和LCD提供背光；电量检测电路通过检测电池的电压，依照电池电量和电压的对照关系，间接地检测出电池的剩余电量；RF电路通过天线可以进行射频信号的收／发；外扩Flash可以存储读取到标签的身份识别码、汉字点阵字库以及相关属性等信息；USB接口可使手持机与PC机进行数据通信；JTAG接口用来下载和调试程序。
主控模块采用NXP公司基于ARM7内核的LPC2142微处理器。LPC2142具有USB2．O接口、2个I2C接口、2个串口、1个SPI接口、1个SSP接口、6个A／D通道，以及16 KB的RAM和64 KB的Flash；还具有实时时钟(RTC)，可以避免外接实时时钟带来的麻烦。通过分析得知，该微处理器完全可以满足系统的需求。主控模块的电路图如图3所示。
为保证系统能够可靠复位，采用专用的复位芯片CAT809进行系统的复位。复位电路如图4所示。
电量检测电路采用LPC2142内部的A／D转换器。A／D的参考电压Vref由电源电压+3．3 V通过电阻分压得到，如图5所示。参考电压的理论值是2．533 V，由于锂电池的电压最高可达4．2 V(满充时)，此时超出了A／D转换器的量程，所以需要对该量程进行扩充。解决办法是，将锂电池的输出电压(图中为3．7 V)通过两个一样的电阻进行分压，将分压后的电压进行检测，转换得到的电压值应该乘以2。
