带电压报警功能的低功耗有源RFID标签设计
第1章RFID概论
1.2.4 反向散射耦合方式
• RFID反向散射耦合方式
• 阅读器至应答器的数据传输 阅读器至应答器的命令及数据传输，应根据RFID的有关
标准进行编码和调制，或者按所选用应答器的要求进行设计 ，详见第6章。
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1.2.4 反向散射耦合方式
• 声表面波应答器
• 声表面波器件 声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）器件是以压电
效应和与表面弹性相关的低速传播的声波为依据。SAW器件 体积小、重量轻、工作频率高、相对带宽较宽、制造简单。
在RFID应用中，声表面波应答器的工作频率目前主要为 2.45GHz。
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1.2.4 反向散射耦合方式
• 声表面波应答器
换能器
偶 极 子 天 线
反射带 反射器
压电晶体基片
• 声表面波RFID系统是基于时序方式、采用反向散射耦合 方式的RFID系统
• 扫频法的工作原理
扫频法
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1.2.3 电感耦合方式的变形
• 扫频法的工作原理
• 阅的回读电路器流由侧产L2和采生C用扫2组扫频成频 的，振 交其荡 变谐器 磁振， 场频电 ，率感 频为率L1是 f从2，扫fLf扫2频在至振fLf荡至H。器fH应之的答间线器。圈的，谐L振1中 • 当应答器接近阅读器，阅读器扫频信号的频率和应答器谐振
阅 解调和解码
读
器
滤波放大
S
VD
存储及 控制电路
L2
C2
C3
R2
应答器
二进制数据编码信号
负载调制
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1.2.2 电感耦合方式
• 应答器向阅读器的数据传输
• 应答器向阅读器的数据传输采用负载调制的方法。上图中的 负载调制方式称为电阻负载调制，其实质上是一种振幅调制 ，也称为调幅（AM），调节接入电阻R2的大小可改变调制度 的大小。
RFID技术
• （2）应答器至读写器的数据传输
– 由读写器传到应答器的功率 的一部分被天线反 射，反射功率 经自由空间后返回读写器，被读 写器天线接收。接收信号经收发耦合器电路传 输到读写器的接收通道，被放大后经处理电路 获得有用信息。 – 应答器天线的反射性能受连接到天线的负载变 化的影响，因此，可采用相同的负载调制方法 实现反射的调制。其表现为反射功率 是振幅调 制信号，它包含了存储在应答器中的识别数据 信息。
RFID技术分析：阅读器
阅读器是RFID系统最重要也是最复杂的一个组件。因其工作模式一般是
主动向标签询问标识信息，所以有时又被称为询问器（Interrogator）。下 图显示不同类型的阅读器。阅读器可以通过标准网口、RS232串口或USB接 口同主机相连，通过天线同RFID标签通信。有时为了方便，阅读器和天线 以及智能终端设备会集成在一起形成可移动的手持式阅读器。
铁电随机存取存储器（FRAM）: 与EEPROM相比，FRAM的写入功耗消耗减 小100倍，写入时间甚至缩短1000倍。FRAM属于非易失类存储器。然而， FRAM由于生产方面的问题至今未获得广泛应用。 静态随机存取存储器（SRAM）: SRAM能快速写入数据，适用于微波系统， 但SRAM需要辅助电池不间断供电，才能保存数据。
有唯一的电子编码，附着在物体上，用来标识目标对象。标签进入RFID阅 读器扫描场以后，接收到阅读器发出的射频信号，凭借感应电流获得的能 量发送出存储在芯片中的电子编码（被动式标签），或者主动发送某一频 率的信号（主动式标签）。
标签：存储方式
电可擦可编程只读存储器（EEPROM）：一般射频识别系统主要采用 EEPROM方式。这种方式的缺点是写入过程中的功耗消耗很大，使用寿命 一般为100,000次
电子标签技术中的通信协议与数据传输方式介绍
电子标签技术中的通信协议与数据传输方式介绍随着物联网技术的快速发展，电子标签（Electronic Tag）作为物联网的重要组成部分，被广泛应用于各行各业。
电子标签不仅能够标识物品的信息，还能够以无线方式与读写设备进行通信。
为了实现有效的数据传输和标识信息的交换，电子标签需要采用合适的通信协议和数据传输方式。
本文将详细介绍电子标签技术中常用的通信协议和数据传输方式。
通信协议在电子标签技术中起着重要的作用，它定义了标签与读写设备之间的通信规则和数据的编码方式。
在电子标签技术中，常见的通信协议包括如下几种：1. RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）协议：RFID协议是一种无线通信协议，采用射频信号进行数据传输。
它广泛应用于物流、库存管理、人员识别等领域。
RFID协议根据工作频率的不同可以分为LF（低频）、HF（高频）和UHF（超高频）三种，每种频率的RFID协议有着不同的传输距离和数据传输速率。
2. NFC（Near Field Communication，近场通信）协议：NFC协议是一种短距离的无线通信技术，支持在标签和读写设备之间进行近场通信。
NFC协议广泛应用于手机支付、门禁系统和智能手环等领域。
NFC标签可以根据应用需求选择只读、读写或者模拟卡模式。
3. Zigbee协议：Zigbee协议是一种低功耗、短距离、低速率的无线通信协议，适用于物联网领域。
它采用IEEE 802.15.4标准，支持多个设备之间的协调通信，广泛应用于家庭自动化、智能电网等领域。
4. Bluetooth协议：Bluetooth协议是一种短距离、低功耗的无线通信协议，广泛应用于个人设备间的数据传输。
它支持点对点和点对多点通信模式，可用于音频传输、数据同步等场景。
5. LoRaWAN（Long Range Wide Area Network）协议：LoRaWAN是一种长距离、低功耗的无线通信协议，适用于物联网的广域网通信。
RFID习题参考答案
RFID习题参考答案习题 11-1 什么是RFID？ RFID系统主要由哪⼏部分组成？RFID 是Radio Frequency Identification的⾸字母缩写，意为射频识别。
RFID技术通过射频信号对电⼦标签⾃动识别，是物联⽹技术中的核⼼和关键技术。
典型的RFID系统主要由读写器、电⼦标签、应⽤系统软件组成。
1-2 简述RFID的⼯作原理。
标签进⼊发射天线的⼯作区域后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯⽚中的产品信息（⽆源标签或被动标签），或者由标签主动发送某⼀频率的信号（有源标签或主动标签），读写器读取信息并解码后，送⾄中央信息系统进⾏有关数据处理。
1-3 简述RFID系统的电感耦合⽅式和反⽅向散射耦合⽅式的原理。
在电感耦合⽅式中，读写器将射频能量束缚在读写器电感线圈的周围，通过交变闭合的线圈磁场，沟通读写器线圈与射频标签线圈之间的射频通道，没有向空间辐射电磁能量。
⽽反⽅向散射耦合⽅式中，读写器将射频能量以电磁波的形式发送出去，标签线圈与读写器线圈通过射频信号双向通信。
习题22-1 说明电磁波产⽣的基本原理。
根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场在其周围空间产⽣变化的磁场，⽽变化的磁场⼜产⽣变化的电场。
这样，变化的电场和变化的磁场之间相互依赖，相互激发，交替产⽣，并以⼀定速度由近及远地在空间传播。
2-2 什么是天线? 对天线性能的要求有哪些？⽤来辐射和接收⽆线电波的装置称为天线。
对天线性能的要求：（1）天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。
（2）天线应能使电磁波尽可能集中于确定的⽅向上，或对确定⽅向的来波最⼤限度地接受，即天线应具有⽅向性。
（3）天线应能发射或接收具有规定极化特性的电磁波。
（4）天线应具有⾜够宽的⼯作频带。
2-3 简述磁场耦合式天线的基本⼯作原理和主要参数。
磁场耦合式天线的基本⼯作原理是，当交变电流在线圈中流动时，会在线圈周围产⽣较强的磁场，磁场穿过线圈的横截⾯和线圈周围空间，可以把读写器与电⼦标签耦合起来，读写器通过磁场耦合⽅式与标签实现通信。
RFID课程实践实训报告
目录第一章 RFID基本知识 (1)1.1 RFID概念及原理 (1)1.1.1 概念 (1)1.1.2 组成 (2)1.1.3 工作原理 (2)1.2 RFID分类 (4)1.3 RFID系统的应用 (7)第二章学生管理系统硬件设计 (9)2.1 系统框图（组成） (9)2.2 各部分选择及作用 (9)2.3 系统组网计算机组网 (10)第三章学生管理系统软件设计 (11)3.1 数据库开发软件介绍 (11)3.1.1 Access数据库 (11)3.1.2 Visual Basic软件 (11)3.2软件结构（功能） (11)3.2.1 Access数据库软件结构 (11)3.2.2 VB软件结构 (12)3.3 功能实现 (13)第四章总结 (15)参考文献： (16)第一章 RFID基本知识1.1 RFID概念及原理1.1.1 概念RFID 是Radio Frequency Identification 缩写，即射频识别，俗称电子标签。
RFID 射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
埃森哲实验室首席科学家弗格森认为 RFID 是一种突破性的技术：第一，可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；第二，其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。
此外，储存的信息量也非常大。
图1.1-1：传统条形二维码标签第 1 页共16 页1.1.2 组成射频识别（RFID)系统因应用不同其组成也会有所不同，但基本都是由电子标签、读写器和天线这三大部分组成。
RFID系统的基本组成如图1.1-2所示：图1.1-2：RFID系统组成标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成(有源标签还需要电池和传感器等) ，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。
一款实用的UHF RFID标签天线设计
超高频标签天线快速设计标签天线设计指标与结构分析本论文所设计的天线就小型化，结构简单易加工，与相应的标签芯片共轭匹配，并且保持天线各项性能完全达到指标。
标签天线设计指标：1、天线阻抗与选用芯片阻抗共轭匹配；2、工作频带为920MHz，带内驻波比低于2；3、线极化，带宽内增益不低于2dBi，具有全向辐射特性；4、小尺寸，结构紧凑。
设计了如下标签天线，如图5.1所示：L1L2图5.1简易天线的结构天线结构介质基底所采用的为FR4材质，介质尺寸32×32(mm2)介电常数ε是4.4，厚度为0.4mm，损耗是0.02，芯片尺寸0.2mm*0.2mm，天线整体尺寸为2π⨯(mm3),弯折偶极子天线的参数尺寸如表5-1所示：12.50.4表5-1天线尺寸详细对照表天线的实物图如图5.2以及天线接上测试架的实物图，天线和测试架之间通过导电银胶粘连进行测试，如图5.3所示：图5.2 实物天线图5.3接上测试架的天线标签天线仿真及测试结果的分析本论文使用HFSS作为本文天线的仿真软件，以及测试所采用的仪器是安捷伦E8357A矢量网分仪，双端口S参数测试方法，以及设计标签天线依据的是IT 公司研发的UI型超高频RFID标签芯片。
测得该芯片在920MHz的阻抗约为1.9j198.4-Ω，标签天线的仿真结果和实际测试分析如图5.4所示，标签天线输入阻抗的虚部，位于谐振频率附近时，相对平坦，可以让标签天线与标签芯片在较宽的频段内实现共轭匹配，标签天线仿真的阻抗在920MHz 时阻抗约为1.87j 197.13+Ω，实测标签天线频率在920MHz 时的阻抗为2.07j 196.30+Ω，S 11相比于仿真结果，谐振频率向左偏移了2MHz 左右，不影响天线的实际应用，实测结果和仿真结果近似，能达到和芯片实现共轭匹配。
11S 用来描述标签天线和芯片间阻抗匹配程度，11S 如图5.5所示：输入阻抗Freq(MHZ)S 11(d B )Freq(MHZ)图5.4实测和仿真输入阻抗对比图 图5.5 S11实测和仿真数据对比图V S W RFreq(GHZ)图5.6 电压驻波比VSWR图5.4和图5.6反应了标签芯片和天线的阻抗匹配状况，由实测图的结果可以得天线在谐振频率918MHz处的回波损耗为-25.34dB，由图5.6得电压驻波比为1.107(1<VSWR<1.5)，由电压驻波比的值可以推算近97%的能量可以辐射出去，符合天线设计的要求。
浅谈有源电子标签与物联网的概念
浅谈有源电子标签与物联网的概念1.物联网的基本技术要求物联网是新一代信息技术的重要组成部分。
其英文名称是“The Internet of things”。
由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。
这有两层意思：，物联网的和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。
因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
我们可以将物联网理解为互联网向世界各个细节的延伸。
如果说互联网的重要特征是计算机与其它计算机之间的网络连接的话，物联网的重要特征则是低成本低功耗的单片机与计算机之间的无线连接。
物联网至少应该解决如下几个问题：“你是谁？”（身份识别和）；“你在哪里？”（定位）；“你的状况？”（传感器数据采集）；“请你做xx工作，…”（指令下达）。
其次，解决这些问题所使用的手段还必须要满足如下几个基本要求：低成本的要求，对无处不在的成万上亿的人和物进行身份识别和信息采集的成本，必须是低廉的。
无线传输和按需工作的要求，要将千千万万的物与物，物与人，人与人连接在一起，显然无线连接必然是主要采用的方式。
为了避免环境的电磁污染，这就需要对大量的无线信号所占用的时间和空间进行控制，只容许它们在需要工作的有限空间和有间内发射信号。
高度集成的要求，承担信息传输的设备还必须体积很小。
所使用的无线设备必须是超低功耗的。
它们必须是可以进行双向通信的，即既有数据采集也有信号控制。
它们还应具有远距离通信的能力（往往需要超过千米），例如路灯控制等。
显然，物联网不可能仅只是一个单一性质的网络，而应该是各种信息传输和采集手段的集成。
是一个包括条码、各种传感器、有源电子标签、计算机、手机、各种通信公网等在内的“泛在网”。
UHF RFID 资料
UHF RFID 资料射频识别(RFID)技术的应用范围非常广。
由于具有非触点和非视距的特性，RFID特别适用于供应链的管理。
无源RFID在低频(125 kHz)和高频(13.56 MHz)市场上出现已经有一段时间了。
在2003年以前，已经出现了多种UHF RFID标准。
麻省理工学院汽车标识中心(Massachusetts Institute of Technology's Auto-ID Center)(位于马萨诸塞州剑桥)意识到了多种专利RFID标准的问题，认识到地方性的协议会阻止RFID技术的发展和普及。
为营造互用和国际性遵从的规章，就需要单一、开放的标准。
他们推荐的下一代UHF RFID——即Gen 2标准的前身有两个意义。
一旦单一国际性标准确立下来，基于UHF RFID的系统应用将更快、使用更方便、价格更便宜、系统更鲁棒；会出现多供应商渠道。
该汽车标识中心2003年6月在瑞士苏黎世一个讨论会上提出启动Gen 2的工作。
他们最终将开发和商业化该标准的工作转化成EPCglobal，2004年12月已将该标准批准为“860 MHz到960 MHz第二代UHF RFID通讯协议”。
从RFID IC设计角度看，RFID存在两个主要的设计约束：功率可用性/带宽和应答器的复杂性。
无源UHF RFID应答器设计要求折衷考虑功率要求、复杂性和芯片尺寸等因素，以获得期望的性能。
目前，一些主要国家对UHF工业、科学和医学(ISM)频段的频谱分配、带宽和辐射功率的要求差异很大。
(辐射功率常被定义为有效的各向同性辐射功率(EIRP))。
根据“EPC全球”标准，UHF频段范围从860 MHz到960MHz，允许的功率水平为4W。
但不同地区对UHF ISM频段的要求不同：在北美，UHF ISM频段为902 MHz到928 MHz，最大EIRP 为4W；在欧洲，UHF ISM频段为865MHz到868 MHz，最大EIRP为2W；在日本，UHF ISM频段为952MHz到954 MHz，最大EIRP为4W。
义务教育版(2024)八年级全一册信息科技 第7课 电子标签我揭秘 教案
八年级信息科技教学设计课题第7课电子标签我揭秘核心素养目标信息意识： 1通过实例感受万物互联的场景，知道物联网与互联网的异同，认识到物联网的普及对学习和生活的影响。
计算思维：自觉遵守物联网实验的操作规程，会使用实验设备搭建物联系统原型，并能通过实验平台读取、发送、接收、汇集和使用数据信息社会责任：了解身边的物联设备及其对塑造网络虚拟身份的作用，有意识地保护个人隐私，进行安全防护。
教学重点了解射频识别技术的基本原理及常见应用。
教学难点能够利用射频识别技术开展实践，了解物与物之间近距离通信的过程。
教学方法讲解，演示学习方法探索，讨论教学用具计算机，互联网教学过程导入新课在铁路进站检票中，人们只需拿身份证在检票机上刷一下，便能顺利通过检票闸机。
在这个过程中，正是射频识别技术在发挥作用。
教学过程RFID 是一种物品标识和自动识别技术，本质上是一种无线通信技术，无须与被识别物品直接接触。
RFID 系统由电子标签和读卡器组成RFID 系统的一般工作流程如下。
1.给物品打上电子标签，存储物品的相关数据。
2.读卡器发送一定频率的射频信号。
3. 当物品进入读卡器的工作区时，物品上的电子标签会将自身数据发送出去。
4. 读卡器接收电子标签发送的数据，并把这些数据传送到计算机中的管理系统。
5. 计算机中的管理系统作出相应处理。
RFID 有很多优势，每秒可进行上千次的读取，能同时处理多个电子标签，高效且准确度高；电子标签上的数据可反复修改；电子标签无须瞄准读取，只要被置于读卡器形成的电磁场内就可以被准确读取，适合与各种自动化处理设备配合使用；电子标签的识读不依赖于可见光，因而可以在高粉尘污染、野外等恶劣环境下使用。
学习活动1读取电子标签编号：每个电子标签都有唯一编号，通过RFID 读卡器模块可以读取电子标签的编号，并在主控板的显示屏显示。
本活动需要用到的物联实验设备有主控板、RFID 读卡器模块、电子标签等。
1. 编写实现读取电子标签编号功能的程序，主要代码如图7.2 所示。
基于RFID的定位系统
基于RFID的定位系统的设计与实现一、课题背景及意义随着无线技术、移动计算器件的快速发展，人们对位置信息和定位服务有了越来越多的需求。
很多应用对定位信息要求更加细致准确。
室外定位渐渐不能满足应用的需求，室内定位技术在近年来受到研究人员的关注。
RFID又称射频识别技术，是一种非接触式的自动识别技术。
RFID标签具有体积小、读写范围广、寿命长、抗干扰能力强等特点，可支持快速读写、移动识别、多目标识别、唯一表示等。
与GPS等成熟的定位技术相比，RFID更适合应用于室内定位。
有源RFID标签相比无源标签有更远的识别距离和更大的存储容量，与互联网、通讯技术相结合，可实现全球范围内物品的跟踪和信息共享，极大的扩展了射频技术的应用领域。
基于有源RFID的室内定位系统地研究有着重要意义。
首先RFID技术的相关研究为定位应用做好了铺垫。
目前RFID的研究已经取得了很多成果。
成本上，国内和国外一些工艺已经使得有源RFID标签的价格降低到几十美分，甚至十几美分;标准上，很多国家已经制定了自己的RFID标准，其中由北美UCC产品统一编码组织和欧洲EAN产品标准组织联合成立的EPCGlobal标准是市场占有量最大的一个。
标准的制定在电子标签与读写器之间的空气接口、读写器与计算机之间的数据交换协议、RFID标签与读写器的性能等方面做了统一规范，为减化电子标签芯片功能设计，降低电子标签成本，扩大RFID应用领域奠定了基础。
另外RFID安全与隐私降、防碰撞、天线技术队等方面也有了很多研究成果。
其次有源RFID定位有着广泛的应用需求。
在实际中依靠目标检测实现的应用很多，比如RFID定位应用于制造、物流等行业，能够实现对仓库存货的位置检测和对生产流的监控，从而极大的提高生产和管理效率;应用于煤矿等企业的人员定位能极大地提高安全管理力度;应用于医院能实时定位设备，能更好的协调设备和人员分配。
因此基于有源RFID的定位系统是一个很有研究价值的领域。
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带电压报警功能的有源RFID标签设计
摘要:
设计了一种基于nRF24LE1芯片,工作于2.4GHz频率的有源RFID标签,该标签具有低电压报警功能和低功耗的设计。
设计中给出了标签的原理图，从硬件和软件两个方面分别进行了详细的介绍。
低电压报警功能能够在当标签的电池电压低于2.1V时候发出报警信息,提示更换电池。
低功耗模式大大延长了标签的寿命。
两种设计提高了RFID标签的可靠性,并可以广泛的应用于煤矿井下定位,交通物流等各个领域。
关键词：RFID标签,低功耗,低电压报警
本文设计了一款低功耗,带电源提示功能的有源RFID标签。
这款有源RFID标签主要设定激活态和休眠态两种工作模式,在没有接收命令的时候,长时间处于休眠态来减小功耗,延长电池的使用寿命,同时又可以在电池临近没电的时候,提前报警,提示使用者及时更换电池。
1芯片介绍
nRF24LE1是挪威Nordic公司开发的一款为超低功耗无线应用设计的单片无线收发系统, 芯片内部集成了高性能微处理器(与8051 指令兼容。
,16KB Flash存储器等功能模块,以及为低功耗设计的多种工作模式。
nRF24LE1提供了一个理想的无线协议平台,具有协议的无缝连接+高安全性、低功耗以及高抗干扰的优良性能。
nRF24LE1包含单片高性能2.4GHz GFSK射频收发器,工作
频率范围为 2.4~2.5GHz的ISM频段,空中数据速率最大可达2Mbps, 接收灵敏度为-82~-94dBm,发射功率最大可达0dBm。
硬件支持OSI的链路层和增强型ShockBurst链路层,包的装配/拆解,地址和CRC计算,自动ACK和重发。
工作电压为1.9~3.3V,工作温度范围为-40℃~+80℃。
nRF24LE1芯片的诸多优点为设计带来了极大的方便,是设计有源RFID标签的最佳选择。
nRF24LE1的32引脚封装包括电源、复位、晶振、天线等特殊端口,还包括15个具有复用功能的端口。
该封装形式结构合理、引脚数目适中,为设计开发带来了方便。
因此,决定采用32脚的封装形式的芯片。
2标签的硬件电路
标签的原理框图见图1, 其中微处理器模块以nRF24LE1芯片为核心, 外围电源模块、射频模块和天线、低电压报警模块和扩展接口。
扩展接口有程序烧写入口,可以随时修改芯片内部的程序,方便对RFID有源标签的功能的修改。
图1 标签的原理框图
下面将对低电压报警模块和射频模块进行详细介绍。
2.1 低电压报警模块
低电压报警功能主要用于提示标签的电池工作状态, 当电池电压低于预设的电压时,发出声光报警信号,提示更换电池, 有效地避免了因电池临时断电造成的故障。
图2 低电压报名模块电路
详细电路见图2,由三极管、蜂鸣器、LED灯等元件组成,跟芯片的管脚P0.0和P0.1相连,配合nRF24LE1芯片本身带有的电源监控特殊功能寄存器P0FCON的设置,完成对标签电压低于预定电压的报警任务。
2.2射频模块
nRF24LE1使用和nRF24L01+相同的2.4GHz GFSK射频(RF。
收发器内核,具有嵌入式协议引擎(增强型ShockBurst。
嵌入式引擎使能数据包通信,并且以各种灵活的模式进行,包括手动或自动的模式。
数据FIFO确保射频收发器和MCU之间的数据流通畅。
射频收发器内核工作在2.4GHz ISM频段，收发共用一
个天线
接口，GFSK调制。
发射功率可编程为0dBm、-6dBm、-12dBm 或-18dBm。
在0dBm输出功率时，电流消耗为11.1mA。
具有集成的频道滤波，接收灵敏度在数据传输速率为1Mbps时为-85dBm。
此外，片上还集成了一个完全的频率合成器，具有1MHz可编程分辨率。
增强型ShockBurst具有1~32字节动态载荷长度，自动包处理(打包/拆包。
，自动包传输控制(自动应答，自动重发。
功能等。
由于增强型ShockBurst能够完成超低功耗和高性能的通信，能有效改善双向和非双向系统无线通信的电源效率，本设计采用增强型ShockBurst的收发模式。
图3是2.4GHz单端天线的匹配网络电路，多个电容电感串联的方式为了保证电路传输的可靠性，采用了多级去耦的方式实现。
图3 射频模块电路
有源RFID标签的天线设计也至关重要，天线必须小型化、全向性、低成本、高增益等。
理论和实践都证明，当天线的长度
为无线电波长的四分之一时候，天线的发射和接收效率最高。
因此，本文选择1/4波长单极微带天线作为标签的天线。
它是一种依赖于地面参考面的单端天线，从地面参考面到天线端部必须铺满1/4波长，参考面的位置、大小和封装材料等都将会影响天线的各种性能指标。
综合考虑该标签的PCB布局，选取FR4基板作为有源RFID标签的底板，其电介质常数4.4
ε，基板厚
=
r
度1.6mm。
已知天线的谐振频率为2.4GHz，天线宽度1.5mm，可以计算出，FR4基板上的天线传输波长为92mm，则理想天线的长度为23mm。
天线的形状对信号的分布具有重要的影响，直线型的天线，其信号主要分布在垂直于天线的面，沿着天线的面信号很弱。
弯曲型天线则兼顾垂直天线的面和沿着天线的面，其全向性较好。
因此，本文采用弯曲型天线。
3软件设计
3.1低电压报警部分
nRF24LE1芯片中的电源失效比较器(POF)可以给MCU提供一个电源故障的早期预警，通过对POFCON寄存器的enable 位的设置，可以实现POF比较器的使能或禁止。
POF使能时，当上电时，系统在有效或待机模式下工作。
当电源电压低于可编程的阈值电压时，warn位被置1，同时产生一个中断(POFIRQ)。
设置prog位来配置所需的阈值电压VPOF，考虑到芯片最低工作电压为1.9V，这里设定的报警电压为2.1V。
报警程序流程见图4。
程序启动
之后，一直监控标签的电源电压。
当电压正常时，LED 灯不点亮，
以达到低功耗目的，一旦电压低于
所设定的阈值2.1V ，立即进入
中断，蜂鸣器发出报警信号，LED
灯进入闪烁状态，
提示更换标签电池。
3.2 标签低功耗程序模块 图4低电压报警程序流程 nRF24LE1芯片的工作模式可分为掉电模式、待机模式(待 机模式I 、II ）、接收和发射模式， 5种工作模式消耗电流见表1。
掉电模式时，电流消耗最小，但所有的寄存器的值将保持有效，而且SPI 可以工作。
待机模式有两种，待机模式-1可以使射频收
发器在电流消耗比较小的情况下，有较短
的启动时间。
待机模式-II 需要额外的
时钟缓冲器， 电流消耗比待机模式-I
多一些。
接收和发射模式是芯片消耗电
流最大的状态。
为了使得标签的功耗降
低到最小，在保证信号接收距离的前提
程序流程
下，尽量使标签工作在掉电模式(低功耗模式)下，通过设置定时器使其进入接收或者发射模式。
这样则能在功率消耗较少的情况下，又能有较快的启动时间，而不至于反应过于迟钝。
程图。
标签启动之后，进入初始化配
置，包括设置寄存器的值，中断程序设
定等。
初始化之后，标签即进入低功耗
模式(掉电状态)等待RTC唤醒，RTC2
定时唤醒。
唤醒后按照之前的设置进行
相应的操作(发送数据或继续休眠)，
或收到外部命令，则进行另外的操作
(修改信息或发送数据等)，操作结束
立即进入低功耗模式。
除去执行命令
的时间，标签几乎都处于低功耗模式
，从而达到能量消耗最少的目的，
延长电池的使用寿命。
定时器设置为每2S唤醒一次，发
射模式下最长时间不超过4ms，接收
模式时间最长为170s 。
因此，可算得
该标签的平均工作电流约为图5 低功耗模式软件流程
0.024mA，一天工作时间为24小时，
则消耗电量为0.58mAh。
选择容量为950mAh的3V纽扣电池，
标签报警电压为 2.1V，通过计算可知，该电子标签约可以工作491天，基本能够满足使用要求。
4 结束语
本设计的创新点:①利用标签的掉电模式，设计了标签的低功耗工作状态，延长了电池工作时间;②设计了标签低电压报警功能，使得标签能够及时更换电池，提高了RFID系统的可靠性。
该款标签可以广泛应用于物流、交通、煤矿井下定位等各个领域，有着巨大实用价值。