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专用芯片技术中的基于nRF24O1的腕带式电子标签设计
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2020-10-20
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摘要:提出一种新的基于nRF2401射频芯片和MSP430单片机的腕带式有源电子标签设计,包括硬件匹配电路设计、天线设计以及软件编程设计。该有源电子标签工作于2.45GHz,采用内设丰富且功能强大的无线收发模块nRF2401作为射频前端,外围电路极少,满足腕带式电子标签体积小的设计要求;采用低功耗高性能的MSP430单片机作为微控制器,数据处理速度快并且兼顾低功耗的要求。测试结果证明,该标签整体性能稳定,抗干扰能力强,工作距离可达70m. 0引言 射频识别(FRID)技术作为物联网的一个核心技术,因其广泛的应用性及其带来的经济效益,正在各个领域发挥着重要的作用。它是一种非接触式自动
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专用芯片技术中的基于专用芯片技术中的基于nRF24O1的腕带式电子标签设计的腕带式电子标签设计
摘要:提出一种新的基于nRF2401射频芯片和MSP430单片机的腕带式有源电子标签设计,包括硬件匹配电路
设计、天线设计以及软件编程设计。该有源电子标签工作于2.45GHz,采用内设丰富且功能强大的无线收发模块
nRF2401作为射频前端,外围电路极少,满足腕带式电子标签体积小的设计要求;采用低功耗高性能的
MSP430单片机作为微控制器,数据处理速度快并且兼顾低功耗的要求。测试结果证明,该标签整体性能稳定,
抗干扰能力强,工作距离可达70m. 0引言 射频识别(FRID)技术作为物联网的一个核心技术,因其广
泛的应用性及其带来的经济效益,正在各个领域发挥着重要的作用。它是一种非接触式自动
摘要:提出一种新的基于nRF2401射频芯片和MSP430单片机的腕带式有源电子标签设计,包括硬件匹配电路设计、天线
设计以及软件编程设计。该有源电子标签工作于2.45GHz,采用内设丰富且功能强大的无线收发模块nRF2401作为射频前端,
外围电路极少,满足腕带式电子标签体积小的设计要求;采用低功耗高性能的MSP430单片机作为微控制器,数据处理速度快
并且兼顾低功耗的要求。测试结果证明,该标签整体性能稳定,抗干扰能力强,工作距离可达70m.
0引言
射频识别(FRID)技术作为物联网的一个核心技术,因其广泛的应用性及其带来的经济效益,正在各个领域发挥着重要
的作用。它是一种非接触式自动识别技术,能穿透雪、冰、雾、涂料、尘垢等条形码无法使用的恶劣环境,通过无线射频方式
对目标进行自动识别和数据信息获取。
其基本工作原理并不复杂,主要有两种方式:
1)电感耦合(Inductive Coupling)。依据电磁感应定律,一般工作在较低频段。对于无源标签(PassiveTag,或被动标
签),本身没有供电电压,标签进入磁场后,接收读卡器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量来唤醒芯片使之工作,
并与读卡器进行数据交换。
2)电磁后向散射耦合(BackscatterCoupling)。属于雷达原理模型,工作在较高频段。
有源标签(Active Tag,或主动标签)自主向阅读器发送某一频率的信号,阅读器读取信息并解码后,送至控制器进行数据
处理。
按照发射频率的不同,IUID系统可以分为低频(135kHz以下)、高频(13.56MHz)、超高频UHF(860~960MHz)和微
波(2.4GHz以上)等几大类。其中,26低频和高频的系统目前应用较为广泛。而超高频和微波的识别距离远,这两种频段的
IuID系统具有更广阔的应用前景。另外,有源式RFI系统的速写能力,可用于流程跟踪和监控定位等领域。
1硬件电路设计
1.1微控制器电路设计
MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集(RjSC)的混合
信号处理器。它将多个不同功能的模电、数电模块和微处理器集成在一个芯片上,以提供单片解决方案。该系列单片机在需要
电池供电的便携式仪器仪表中应用比较广泛。
MsP430单片机的特点如下:
(1)处理能力强:16位数据处理能力;指令系统精简、功能强大;寻址方式丰富;内含大量寄存器以及片内数据存储器
可以参加多种运算等。
(2)运算速度快:能在25MHz晶体的驱动下,实现指令周期达40ns.
(3)超低功耗:电源电压采用1.8~3.6V,可使其在1Ⅻz的时钟下运行时,芯片最低电流在165 uA左右,删保持模式下的
最低电流只需O.1 u A;时钟系统丰富,可以在指令的控制下打开和关闭,从而实现对总体功耗的控制。另外,有五种低功耗模
式(LPM0~LPM4)。
(4)片内资源丰富:如看门狗、模拟比较器、定时器、12C、SPI、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位
Σ。△ADC、DMA、实时时钟(IHc)、I/O端口和USB控制器等若干外围模块的不同组合。片内资源丰富带来的直接好处,就
是大大减少了外围电路的需要。
另外,MSP430系列单片机的中断源较多,可任意嵌套且使用灵活方便。当系统处于低功耗模式时,中断唤醒只需5 u s.
对于FLASH型的MSP430系列单片机,片内集成了JTAG模块和可电擦写的FLAsH存储器,用户在开发时先下载程序到
FLAsH内,然后经过JTAG接口由仿真器实现对CPU仿真调试。全部JTAG接口只有很少的7根引脚。其中,除掉电源和地,有
5根引脚需要与单片机相连,分别是TD0、TDl、TMS、TCK和RST.
仿真器的选择要和调试软件配合。本项目的开发采用IAR的Embedded Wbrkbench作为开发环境,并配有MSP430-JTAG
仿真器,能实现如下功能:
1)程序下载;
2)断点设置;
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weixin_38743391
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