RFID技術(shù)在無線遙控系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

張華杰

摘 要：文章論述了射頻識別技術(shù)應(yīng)用于遙控系統(tǒng)設(shè)計，介紹了射頻識別技術(shù)的工作原理及主要工作流程，針對有關(guān)待機(jī)功耗的問題，探討為了實(shí)現(xiàn)電器在待機(jī)狀態(tài)的零功耗的技術(shù)方法，對無線遙控系統(tǒng)中部分電路設(shè)計進(jìn)行介紹，并分析了調(diào)測結(jié)果。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；智能家居；無線遙控；低功耗

引言

隨著電子技術(shù)應(yīng)用的逐漸深入，在家居產(chǎn)品的智能化方面，人們的要求也日益提高，電視機(jī)，電控鎖，可視對講機(jī)、空調(diào)，遙控窗簾等一些家用電器都有與其相匹配的遙控器。遙控技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)給人們帶來了生活上的便利，同時也導(dǎo)致大量待機(jī)功耗的產(chǎn)生。在使用遙控器將電器設(shè)備關(guān)機(jī)后，為了保持能夠隨時利用遙控開啟功能，電器仍然保持在工作狀態(tài)，這部分電路所消耗的能量，稱為待機(jī)功耗。

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）技術(shù)的使用最早開始于二戰(zhàn)期間。采用射頻識別技術(shù)的遙控器能達(dá)到遙控距離遠(yuǎn)，穿透視線障礙物，功耗低，能滿足智能化要求，而且能夠使電器在待機(jī)狀態(tài)下保持零功耗。

1 RFID技術(shù)原理

RFID主要技術(shù)特點(diǎn)包括如下幾個方面：可穿透物體，采用 RFID 技術(shù)的系統(tǒng)無需接觸物體即可識別標(biāo)簽讀取數(shù)據(jù)，在較高頻段時可透過物體識別。識別距離隨頻率的高低變化，通?？蛇_(dá)到十幾米；數(shù)據(jù)存儲量大，RFID 電子標(biāo)簽具有較大存儲容量，高頻標(biāo)簽存儲容量遠(yuǎn)超過條形碼；安全性好，可對 RFID 電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)設(shè)置算法保護(hù)，提供難以破解的算法，從而具有更好的安全性；標(biāo)簽數(shù)據(jù)可更改，閱讀器可按需要快速向 RFID 標(biāo)簽中寫入數(shù)據(jù)；動態(tài)實(shí)時通信，通過二者交換數(shù)據(jù)信息，可動態(tài)監(jiān)控和追蹤電子標(biāo)簽；讀取速度快，電子標(biāo)簽在磁場區(qū)域激活后，閱讀器可即時讀取信息，響應(yīng)速度較快；使用壽命長，采用封閉包裝及無線電通信，RFID 標(biāo)簽的使用壽命遠(yuǎn)大于條形碼，在惡劣環(huán)境下能正常工作。

RFID 系統(tǒng)的基本組成接口框圖如圖1所示：

圖1 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

RFID系統(tǒng)主要組成部分包括標(biāo)簽、閱讀器和天線。標(biāo)簽由芯片及耦合元件組成，每個電子標(biāo)簽都具有唯一的電子編碼；每個標(biāo)簽都有全球唯一的 ID 號碼，標(biāo)簽芯片存放在 ROM 中，不能修改。天線在閱讀器與標(biāo)簽之間傳遞射頻信號。閱讀器讀取以及寫入標(biāo)簽信息設(shè)備，可設(shè)計為固定式、手持式等多種工作方式。在射頻電路中，天線是聯(lián)系閱讀器和電子標(biāo)簽的橋梁，閱讀器發(fā)送的射頻信號能量通過天線以電磁波的形式輻射到空間，電子標(biāo)簽的天線進(jìn)入該空間時，接收電磁波能量。

2 基于RFID的無線遙控系統(tǒng)設(shè)計

nRF905是單片射頻收發(fā)芯片，由功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制解調(diào)器和頻率合成器組成。

nRF905 的功耗較低，輸出功率為-10dBm，在發(fā)射模式下的電流為11mA，在接收模式下電流為12.5mA，并且還有待機(jī)與關(guān)機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能?？蓱?yīng)用于無線數(shù)據(jù)通訊、無線遙控收發(fā)、家庭智能自動化、無線門禁等多個領(lǐng)域。

射頻遙控系統(tǒng)主要由兩部分組成：遠(yuǎn)程控制器和執(zhí)行器。遠(yuǎn)程控制部分和每一個自由的幾個功能模塊的執(zhí)行器部分，對應(yīng)于不同功能。電路模塊的遠(yuǎn)程終端包括微控制模塊，RF模塊，鍵盤電路三部分。

其射頻模塊電路設(shè)計如圖2所示。

圖2 nRF905射頻電路圖

執(zhí)行器的主要功能是無線電波能量和頻率控制信號接收遠(yuǎn)程傳輸，該電子開關(guān)處，可通過天線接收無線電波能量，然后由發(fā)電模塊產(chǎn)生的電驅(qū)動電子開關(guān)，連接到一個外部電源，外部電源驅(qū)動電源；另一方面，執(zhí)行開始工作后的設(shè)備，射頻控制信號接收遠(yuǎn)程控制傳輸，與其他部分電路的控制裝置相關(guān)的行動。電路部分的致動器端包括電源模塊，RF模塊，單片機(jī)模塊塊，另一個電路模塊。

3 射頻遙控系統(tǒng)調(diào)試效果

射頻模塊波形如圖3所示，由于電源噪聲干擾，波形在一定程度上存在毛刺，這與該系統(tǒng)工作環(huán)境有關(guān)，繼續(xù)調(diào)試系統(tǒng)可改善環(huán)境條件。發(fā)送和接收射頻遙控系統(tǒng)已正確實(shí)現(xiàn)，在正常情況下，在3.6V的工作電壓，RF模塊，發(fā)射功率可達(dá)到+10dBm時，在測試中，工作電壓一般為3.3～3.6之間，接近最大功率。使能量傳輸效率達(dá)到最高，達(dá)到理想狀態(tài)的無源驅(qū)動，改善工作環(huán)境，提高電路的天線設(shè)計。

圖3 射頻模塊波形

4 結(jié)束語

射頻識別技術(shù)的研究和應(yīng)用在全球范圍內(nèi)，在現(xiàn)代工業(yè)的各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在超高頻射頻識別技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。同時，隨著全球能源短缺和緊張，節(jié)能已成為一個世界性的問題，如何解決現(xiàn)有的基于RFID技術(shù)的待機(jī)功耗問題是對工作的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]周曉光，王曉華.射頻識別（RFID）技術(shù)原理與應(yīng)用實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[2]The Development and Envision of China's Energy Efficiency Standards China National Standardization Technical Committee for Energy Basis and Management，China National Institute of Standardization，2004.

[3]楊鵬.基于MSP430和nRF905的塔吊無線遙控系統(tǒng)[J].機(jī)電工程，2008，1，34～36.

[4]慈新新，王蘇濱，王碩，無線射頻識別（RFID）系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2007.