基于IEEE802―15―4低功耗有源电子标签的设计

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摘　要　针对有源电子标签功耗和防碰撞问题，给出了一种基于ieee802.15.4标准和MG245X片上系统的2.4　GHz低功耗有源电子标签实现方法．从硬件电路和软件程序两个方面联合优化，设计了有源电子标签和标签读写器，分析了标签休眠时间与功耗及标签最大移动速度的关系．测试结果表明，该标签休眠模式下工作电流小于17　μA，空旷环境下有效通信距离大于60　m，满足低功耗和远距离读写实用要求．

关键词　有源电子标签；IEEE802.15.4；低功耗；MG245X

中图分类号　TP391.45；　TN911.23 文献标识码　A 文章编号　10002537（2012）04003104

射频识别（Radio　Frequency　Identification，RFID）是一种非接触式自动识别技术［1］，通过空间耦合等技术手段，实现对各类物品或人员等目标对象在不同状态环境下的自动识别和管理．RFID系统主要由电子标签和读写器两部分构成，按照电子标签供电方式的不同，可以把电子标签分为无源电子标签、有源电子标签和半有源电子标签．有源电子标签一般由电池进行供电，电能充足，工作可靠，读写距离远，可广泛应用于物流、交通、医疗、身份识别、防伪、资产管理、定位等众多应用领域．

有源电子标签设计的关键技术在于低功耗和防碰撞算法的实现［2］．文献［2～8］等对有源电子标签的硬件设计主要以微处理器为控制器、单片集成无线收发模块为射频前端，而防碰撞算法较多采用纯ALOHA算法或改进的ALOHA算法．这种微控制器加射频模块的设计方案实现了有源电子标签远程识别功能，但功耗偏高，体积偏大，一般为只读标签，且成本较高．另外，ALOHA算法在标签较多时冲突加剧［9］．本文介绍了一种基于MG245X片上系统和IEEE802.15.4标准的有源标签系统，通过对硬件结构、软件工作模式、休眠时间选择等方面进行优化设计，实现了有源电子标签低功耗和远距离读写．

1　硬件设计

1.1　MG245X芯片

综合考虑标签功耗、成本及实用性等因素，有源电子标签微控制器选用韩国RadioPulse公司的MG245X芯片［1011］．MG245X提供一种完整的无线片上系统解决方案，适用于IEEE802.15.4标准和ZigBee规范，特别适合智能家居控制、无线传感器网络产品及电子标签应用．MG245X包含一个带有基带调制解调器的射频RF收发器、一个硬件媒体访问控制MAC、以及一个内置可编程96　K程序存储空间、8　K数据存储空间的8051微控制器，另外还包含24个GPIO口及器件，如定时器、双UART口、ADC、内嵌语音编解码器、硬件加密等．芯片工作电源电压1.9～3.6　V，内核工作电压1.5　V，深度休眠时电流小于0.3　μA．这种解决方案能够提高产品性能并满足以IEEE802.15.4为基础2.4　GHz的ISM频段应用，以及对低成本、低功耗的要求．MG245X系列芯片主要包括MG2450、MG2455、MG2450A和MG2455A四种芯片类型．基于MG2450芯片的ATMR500模块是由AAC公司开发的系列表面贴形式邮票孔接口模块产品之一，该系列模块集成了所有的射频组件和无线微控制器MG2450，体积仅为17.9×14.9×2.6　mm，贴片陶瓷天线，满足有源电子标签低功耗、低成本、体积小巧的需求．