基于CC2500的2.45GHz RFID系统设计

射频识别RFID（RadioFrequencyIdentification）是一项利用射频信号及其空间耦合和传输特性，非接触式地实现对物体自动识别的技术。RFID技术最早在二战期间被美国国防部用于战用物资的管理，2004年6月沃尔玛公司宣布其主要的100家供货商在2005年前必须使用RFID标签[1]，推动了RFID的研究热潮，而中国RFID的研究起步较晚，近几年在第二代公民身份证中应用了RFID技术以后，才得到较大发展。

RFID系统主要可分为阅读器与标签两部分，而标签则可分为有源标签与无源标签。无源标签体积小，成本低，但它只能靠阅读器的磁场提供能量工作，识别距离受到很大限制。有源标签有较大识别距离，但体积较大，成本也较高，而且对标签功耗有非常苛刻的要求。有源标签在运输行业对物品跟踪方面有很好的应用。RFID系统软件实现的关键技术是要解决多标签同时识别时的防碰撞问题。

1　芯片选型

本设计所用的控制器为TI公司生产的MSP430系列16位单片机，它集成了定时器、LCD控制器、硬件乘法器、ADC、DAC、DMA等多种功能模块，而且价格低，具有很高的性价比。其处理功耗(1.8～3.6V，0.1～400μA，250μA/MIPS)和口线输入漏电流（最大50nA）在业界都是最低的，适合用于功耗要求严格的有源标签设计。

射频模块采用TI公司生产的CC2500芯片，它是一款超低功耗、低成本的无线收发模块，其载频范围在2.400GHz～2.483GHz内可调，可用来实现多信道通信。它支持多种调制方式，包括FSK、GFSK、OOK和MSK，数据传输速率最高可达500kb/s。CC2500还为信息包处理、数据缓冲、脉冲传送、空闲信道评估、连接品质指示和电磁唤醒等功能提供了额外的硬件支持。它有四种主要的状态：接收（RX）、发送（TX）、空闲（IDLE）和休眠（SLEEP）。

空闲信道评估CCA（ClearChannelAssessment）功能是指当CC2500处于RX状态时，可以检测自身所处信道的电磁场的强弱以判断该信道是否空闲。本设计中利用该功能来避免多个标签同时响应阅读器查询时发生的碰撞。当一个标签收到阅读器的查询时，让它先进行CCA检测，若检测到该信道忙，表明已经有其他标签响应了，自身不再响应，等待下一次查询命令到来，否则正常响应。

有源标签设计的关键问题之一是功耗，解决这一问题一般靠两种途径，一是选择功耗低的元器件，CC2500在250kb/s的速率时，接收的电流消耗为13.3mA，在业界来说已经是非常低。另一种改善功耗的方法是利用科学的软件实现，利用CC2500的电磁唤醒功能WOR(WakeonRadio)可设计一种很好的解决方案。当CC2500处于WOR运行下的SLEEP状态时，除了内部实现唤醒功能的计数器工作，其他功能都已停止，此时CC2500的功耗仅为900nA。当计数器到达可编程的指定时间时，自动从SLEEP状态切换到IDEL状态，再进入RX状态，如果此时收到数据，就退出WOR进入正常模式；如果处于RX状态在指定时间内收不到数据，则自动回到SLEEP状态。因此只要保证在一个完整的WOR周期内，标签绝大部分时间都处于SLEEP状态，就可以大大降低标签的功耗。

2　系统框架

系统框图如图1所示，阅读器控制器采用的是MSP430F2274单片机，具有32KB的Flash与1KB的RAM，标签控制器采用MSP430F2013单片机，具有2KB的Flash与128B的RAM，阅读器与标签都是利用单片机的P1口模拟SPI口与CC2500射频模块的数字接口进行通信。作为阅读器部分的MSP430F2274则用其专用的TXD与RXD引脚通过MAX3232实现电平转换后与PC机的串口相连，以完成阅读器读取数据的显示。

CC2500的外围器件比较简单，天线采用Rainsun公司的2.45GHz贴片天线，标签采用纽扣电池供电。CC2500的RF_N与RF_P是差分射频信号输出引脚，输出阻抗为(80+j74)Ω，而天线是50赘的单端输入，因此之间需要搭建一个差分到单端的阻抗匹配网络。CC2500射频模块的电路原理图如图2所示。