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| 基于nRF24L01的有源RFID手持式读写器的设计 |
| 新闻出处：21ic
发布时间： 2007-11-06 |
chipcon 发布于 2007-11-6 12:33:00
RFID系统的基本结构
RFID系统主要包括射频读写器和射频识别标签(应答器)两部分。射频识别标签是射频识别系统的数据载体。通常，射频识别标签由耦合元件和微电子器件构成，可分为有源标签和无源标签两种类型。读写器可以发送射频信号到电子标签，并接收电子标签返回的射频信号，从而获取标签数据信息。不论是读写器还是应答器，它们都有一个重要的构成部分，即微型天线。微型天线可使读写器和应答器之间进行有效的信号和能量传输。
如图1所示，射频应答器和射频读写器的组成均包括微型天线、射频信号收发器、数据处理器和存储器。除此之外，读写器还包括存储器的读写控制、与计算机的通信、显示器控制等。
本读写器采用nRF24L01作为射频信号的收发器，MSP430F149作为总控制器，并负责数据的处理，选用非易失性的K9F1G08作为存储器。同时选用了时钟芯片DS1302、串行口液晶显示器HGO12864A和RS-232驱动/接收器MAX232,键盘是导电胶。
本系统的主控芯片MSP430F149指令执行速度快、读写速度快、功能庞大且设计方便,最重要的是MSP430F149是一个16位的超低功耗单片机,非常适合手持供电设备。首先，根据键盘键入的指令，通过MSP430F149的控制，nRF24L01向对应编号的电子标签进行查询，再将查询结果存入K9F5608中，同时将DS1302即时产生的时刻信息，也就是查询时刻信息存入K9F1G08中，由HGO12864A液晶显示整个查询过程。系统可通过MAX232与计算机通信，实现数据上传与下载。
nRF24L01功能强大且使用简便，只需利用SPI接口的3条信号线：DATA、CLK1、CS便可对其进行配置。4种不同工作模式的控制也只需使用PWR_UP、CE、CS三个引脚。其工作模式为：收发模式、配置模式、空闲模式和关断模式。
nRF24L01特别适合采用钮扣电池供电的2.4G应用，整个解决方案包括链路层和MultiCeiver功能提供了比现有的 nRF24XX 更多的功能 和更低的电源消耗，这一点已经把竞争对手远远的抛在后面，与目前的蓝牙技术相比在提供更高速率的同时，而只需花更小的功耗。
- 在2Mbit/s速率下接收时的峰值电流12.5mA
- 在2Mbit/s速率下@0dBm输出时的峰值电流11mA
- 2Mbit/s的速率只需很小的平均电流
- 掉电模式下的功耗400nA
- 待机模式下的功耗32uA
- 130us 的快速切换和唤醒时间
- 具有片内稳压器oltage regulators
o 可在1.9 to 3.6V低电压工作
o 最大可能减少噪声
嵌入的链路层控制减少了MCU的复杂性和成本
改进的ShockBurst™ 功能集成了双向通信所需要的链路层，而通常这些功能需要一个高速的MCU和大空间的存储器和高的电 源消耗来实现。
优秀的无线电性能
nRF24L01为满足全球范围内的无线电管理规定设计。这个芯片包括载波监测功能，可以用于在WLAN环境下的可靠通信。高速率和独特的切换时间减少了与跳频系统如蓝牙出现碰撞的可能。
MSP430F149通过SPI口将数据传输给nRF24L01。nRF24L01对数据进行调制并向外发送后，立即进入接收模式，若在指定时间内无响应，则重复发送再转入接收模式，若指定发送次数内仍无响应，则判定搜索范围内无有效标签。DS1302提供搜索时刻信息，它和搜索结果一起存入K9F5608。
若nRF24L01接收到来自电子标签的应答信号，便自动进行接收与检测，然后将数据解调后传输给MSP430F149。同时，MSP430F149将数据和搜索时刻信息存储到外存储器中。
另外，通过MSP430F149的另一组串口UART0的RXD0、TXD0，以及MAX232可进行本系统与计算机之间的数据通信。
K9F1G08提供了1GB的数据存储空间，其存储量大、读写速度快、性能稳定。K9F1G08一组功能强大的复用8位I/O口，既可作为指令的输入口使用，也可作为数据和地址的输入/输出口使用，因此，只需占用MSP430F149的一组8位I/O口。K9F1G08的使用非常方便，其片上写控制系统可使所有的编程和擦除功能自动完成.
系统工作流程
系统的工作流程如图3所示。系统开启后，首先进行系统的初始化，包括对MSP430F149
各内部资源的初始化，如：定时/计数器、中断系统、串行口、存储器等；以及nRF24L01初始状态的配置等。然后，系统进入空闲模式，等待键盘按键产生的外部中断输入信号，由键盘的中断信号激励系统进入正常工作状态；随后将键盘键入的RFID编号作为请求信号发送出去，并检测是否有应答信号，同时将结果显示在LCD显示器上。系统可将接收到的数据和时间保存到K9F1G08记录存储器中，或通过串行口传到PC。
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