基于低频唤醒技术的半主动式电子标签设计

高频响应阅读器指令数据包格式定义见表2。表2中协议ID和表1中协议ID的作用一样。起始帧和结束帧用于保证数据接收的完整性，软件绾程中可通过起始帧判断数据接收的开始，通过结束帧判断数据接收的完成；CRC校检位用于判断数据接收的准确性；当起始帧和结束帧都接收到，并且CRC正确则表示数据接收正确。

3．2 低频通信程序
通过MCU的SPI口对AS3933各工作寄存器进行配置，以满足低频唤醒接收数据的要求。AS3933低功耗侦听模式采用ON／OFF模式，配置使AS3933唤醒需要满足16位曼彻斯特唤醒类型码(Pattern)检测，数据接收开启曼彻斯特解码。AS3933低频唤醒协议波形如图6所示，协议波形包括载波头(Carrier Brust)、前导码(Preamble)、唤醒类型码(Pattern)、数据(Data)。低频唤醒信号的频率为125 kHz，ASK调制，协议中各类型码数据均采用曼彻斯特编码，AS3933数据接收速率为每秒钟2730个曼彻斯特位，根据数据手册算得每位曼彻斯特位时长为366μs。以下低频唤醒协议各类型码的格式要求的说明：

载波头(Cartier Brust)：按照125 kHz的操作频率，载波头的时长tc应满足：0．616 mstc4．73 ms，编制为10位曼彻斯特码，tc=3．66 ms；前导码(Preamble)：配置AS3933前导码的时长tpb应满足tpb>3．5ms，加上1位分离位，编制为11位曼彻斯特码，tpb=4．026 ms；唤醒类型码(Pattern)：在寄存器R6和115中配置AS3933的16位唤醒类型码的格式，编制为16位曼彻斯特码；数据(Data)：按照表1低频指令数据包格式进行编制，共10字节，160位曼彻斯特码。
频率检测125 kHz的低频波的载波头、前导码、唤醒类型码满足设定要求，则唤醒管脚WAKE3933产生一个高电平唤醒MCU，随即在AS3933数据时钟管脚CLDAT3933输出曼彻斯时钟脉冲复原波形，同时数据管脚DAT3933输出曼彻斯特解码数据，如图7所示。

时钟管脚CLDAT3933的每个上升沿对应一位曼彻斯特解码后的数据，这极大地方便了接收数据程序的处理。低频数据采用MCU的PCA捕获模块捕获CL DAT3933管脚输出的上升沿并产生中断，在中断程序中读取DAT3933管脚高低电平状态，高电平则相关低频变量赋1，低电平则赋0，每接收1位低频数据，低频变量左移1位，同时位计数器加1。接收完8位(1字节)数据后，低频变量清零，字节计数器加1。判断接收完成12字节的低频数据后，低频接收唤醒标志置位，完全退出捕获中断函数。低频数据的接收程序流程图如图8所示。

电子标签需要接收10字节，共160个曼彻斯特位的数低频据，数据时长约为59 ms，故设定唤醒状态的维持时间为100 ms。完成10字节低频数据接收后，MCU将向AS3933发送清除唤醒指令使电子标签回到低功耗的低频侦听模式。

4 结论
半主动式电子标签大部分时间处于休眠状态，影响其电池使用时间的主要因素是体眠状态下的功耗。对其进行低频唤醒通信测试，半主动式电子标签在休眠状态下的功耗仅约为45．6μA，实测可靠的低频唤醒通信距离为3．4 m。采用低频唤醒技术降低了电子标签的功耗，能大大延长了电子标签电池的使用时间。