有源RFID标签省电机制的研究

双频有源射频标签内部由甚高频射频电路、低频激励电路、单片机系统以及电池组成，与传统的有源射频标签相比，增加了低频激励电路，带来的好处是有源射频标签可以“深度睡眠”，不用频繁的“苏醒”，白白消耗电能。平时没有外界操作时，射频标签处于“休眠状态”，甚高频射频电路全部关闭，基本上不消耗电能；低频激励电路处于接收状态，无线链路以“变压器”模型来工作，仅需要少量能量消耗；单片机处于低功耗工作状态，仅接收来自低频电路的中断信号。

当低频激励电路接收到来自激励器的激励信号时，甚高频电路进入工作状态，等待读写器对它的操作，超时后回到“休眠状态”。这样，射频标签在没有激励器的场合，不会苏醒，白白浪费电能。

当低频记录电路没有接收到激励信号，甚高频电路不会进入工作状态，不会对来自外界的读写器信号进行响应，这种标签具有比较复杂的使用机制。

２、双频有源射频标签的状态转移设计

为了更加清楚地描述双频有源射频标签的工作过程，在有源标签状态图中，有源标签具有两种省电状态，分别是“休眠”和“侦听”；具有两种工作状态，分别是“待命”和“收发”。

标签所处的省电常态为“休眠”或“侦听”，“休眠”状态须通过激励器激励后进入待命状态，再接受读写器的读写器命令。工作于“侦听”状态下的有源标签，类似于传统意义上的有源标签，甚高频射频电路周期性的“苏醒”，监听读写器的读写指令。标签的省电常态可以根据需要由读写器通过标签状态转移指令进行设置。

３、双频有源射频标签的使用模式

双频有源射频标签有两种不同的使用模式，一是“侦听”模式。当单片机系统控制低频激励电路关闭时，双频有源射频标签就变成了传统的有源射频标签，不需要激励器配合，可直接工作，这种使用模式与传统的有源射频标签类似。另外一种工作模式是“休眠”模式，这种工作模式需要激励器来配合完成，不仅具有传统的标签识读功能，还具有激励器定位功能。下面以高速公路收费系统为例，描述双频有源射频标签的使用模式。

如图所示，共有6条高速公路收费车道，每个收费口布置一台激励器，6条车道共用一台读写器。当带有射频标签的C06号汽车经过车道2收费口时，车上的射频标签被车道2上的激励器所激活，主动发送数据包联络附近的读写器，进行一次数据交互，完成交费过程。这时，读写器通过标签发来的数据包以及射频标签与车辆的绑定关系，不仅能知道哪辆车经过了收费口，还能通过发来的激励器ID号知道经过了哪个车道，具有车道定位功能。

简约功能低功耗设计

为了降低有源射频标签的功耗，需要精确地知道射频标签什么时候应该“苏醒”，什么时候不应该“苏醒”，为了精确地把握这个苏醒的时机，就需要增加额外的硬件电路和复杂算法，从而额外的增加了电能开销。

于是，有人逆着这条思路，将有源射频标签的功能简约化，将甚高频射频电路芯片换为简单的“只发不收”的芯片，将功能较强大的单片机芯片换为功能最简单存储空间最小的单片机，这样就形成了小容量只读有源射频标签。这种有源射频标签功能非常简单，单片机只是一个简单的定时电路，每间隔几百毫秒控制射频芯片向外发送一次自身的ID数据包，没有复杂的状态转换逻辑，不监听外部的读写信号，平均功耗也可以得到控制。

芯片选择及电路设计

在电路设计中，如果芯片的工作电压与电池的放电电压不一致，就需要电压转换电路来进行匹配。但是电压在转换的过程中都要损失一部分电能，为了省电，宜选择标称电压与电池的标称电压一致的芯片，这样可以省掉电压转换电路自身的电能消耗。

在单片机的选择上，随着越来越多的芯片厂家推出了超低功耗的产品，单片机的选择度也越来越大。例如Microchip公司的PIC系统，Texas Instruments公司的MSP430系统以及台湾一些厂家的产品。

电路设计中，尽量设计可由单片机控制的关断电路，当部分电路不需要工作时，可停止对其供电，消除待机电能消耗。

在有些条件允许的情况下，可以考虑给安装在露天的有源射频标签加装太阳能电池板，以及时给有源射频标签补充能量。

软件设计

有源射频标签中，电能和存储空间都很有限，过度的信息压缩算法，需要处理器执行更多的压缩解压指令，而不进行压缩又会增加标签和读写器空中通信的数据量。因此，在软件的设计上，尽量减少空中通信次数，尽量协议编码技术，减少通信信息流量，这些都没有绝对的，需要取实验折中优选方案。

随着物联网及射频识别技术在我国的兴起，有源射频标签的应用领域将越来越宽，不可避免地要解决有源射频标签的功能和功耗之间的矛盾问题。有源射频标签的省电机制渗透到标签的器件选择、电池选择、工作模式设计、电路设计、软件设计以及生产工艺等诸多方面。设计有源标签时，需要根据实际的应用模式，设计出最适合的方案。在有源射频标签省电机制的设计上，大都是功能与功耗的矛盾，只有最适合的方案，没有最优的方案，这就需要设计者在充分分析应用需求的前提下，给出一种最优选的方案。