基于MSP430F2012和nRF24L01的有源RFID标签的应用设计

系统完整流程如图3所示。

3.2 防冲突设计

nRF24L01自带载波检测功能，在发送数据前先转入接收模式进行监听，确认要传输的频率通道未被占用才发送数据，利用此功一体成型电感器能可实现简单的硬件防冲突。

考虑到本系统采用了500ms功率电感的统一发送间隔，在被定位目标众多的场合有可能发生识别冲突，因此需要在程序中合理的增加防冲突算法。ALOHA算法主要用于有源标签，其原理就是，一旦信源发生数据包碰撞，就让信源随机延时后再次发送数据。考虑到程序的复杂性势必引起处理时间的增加，也会带来额外的能耗，本系统采用了较为简单的纯ALOHA算法，即在每个500ms计时周期内随机发送标签ID,这就需要在程序中插入一个随机延时，延时时长的选择通过一个随电感器厂家机值函数来实现，随机延时范围为0~300ms.这种简单的防冲突算法既简化了指令，又能大幅降低冲突概率。

另外，n R F 2 4 L 0 1传输速率为1 M b p s或2Mbps,单次发送一个数据包，单个数据包最大32bytes,假设标签ID为32bytes,以2Mbps速率发送一次ID的信号宽度(传输时间)约为100电感生产~150μs,相对于500ms的整个片式电感器的用途定时周期而言微乎其微，但仍有可能出现发送饱和的状态，这时可以适当的延长计时周期以增加信道容量。较快的传输速率有助于移动目标的识别和定位，而较短的数据长度也能显着提高标签基于随机延时的防冲突能力，因此尽可能将标签ID的长度限制在32bytes以内。

4.测试结果

对于RFID系统而言，最重要的参数就是读取距离[5]和有效读取率。本次实验测试设备为标签3枚，阅读器一台，PC一台，阅读器基于MSP430F149和nRF24L01芯片设计，并通过RS232串口与PC进行通信。测试中，分别将3枚标签置于距离阅读器15m、30m、45m处，便签ID分别为AABBCCDDFFFFFF01、AABBCCDDFFFFFF02、AABBCCDDFFFFFF03,每枚标签进行一小时(约7200次)连续读取测试。

从表1测试结果看，30m以内为标签正常读取距离，可满足一般的室内应用，距离为45m 时读取率则显着下降。由于天线的设计对系统性能有较大影响[6],通过改进标签的天线以获取较大输出功率，改进阅读器端天线接收灵敏度也能显着提高系统性能。

5.结束语

本文对基于MSP430F2012和nRF24L01的有源RFID标签的设计进行了详细的介绍。对2款芯片的低功耗性能进行了分析并提出了自己的低功耗设计方案;结合了RFID定位的特点，介绍了有别于一般以识别为主要目的的标签的设计方法，分析了其软件设计流程;针对一般空间内被识别目标众多且常处于移动状态的特点，介绍了系统的防冲突能力。整个系统电路简单，尺寸小，功耗低，通过良好匹配的天线通信距离可达几十米，可以满足煤矿行业井下一般小范围空间内的定位需求。

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