有源电子标签的低功耗防冲突协议设计

引 言

　　锚固技术是岩土加固工程的主要方法，目前己广泛应用于矿山、铁路、水利水电、地质等系统的隧道、边坡、山体加固等工程中。但岩土加固工程属隐蔽工程，在施工过程中的管理和监督较为困难，目前国内在验收时无法对锚杆的嵌入深度、锚杆注浆量和注浆压力等重要工程质量参数进行检测，无法对工程质量进行客观的*价。为了解决质量验收检测问题，本文提出对锚杆注浆工艺在线检测记录和后续验收读取的有源电子标签解决方案。

　　1 有源电子标签的硬件设计

　　有源电子标签主要由控制电路、射频电路以及天线和电池组成。有源电子标签设计的难点在于低功耗和防碰撞算法的实现。由于有源电子标签需要内置电池给控制电路和射频电路供电，为了达到延长使用寿命的目的，它对低功耗要求非常高，所以控制芯片和射频芯片的选型至关重要。本设计中，控制芯片选用Atmel公司的低功耗单片机ATmega48，射频芯片选用Hope公司的RFM12S低功耗射频芯片。

　　1．1 ATmega48单片机

　　Atreel公司是生产高性能、低功耗、非易失性存储器和各种数字模拟IC芯片的半导体制造公司。在单片机方面，Atmel公司有基于8051内核、基于 AVR内核和基于ARM内核的三大系列单片机产品。Atmel公司在其单片机产品中，融入了先进的EEPROM电可擦除和FlashROM闪存技术，使得该公司的单片机具备了优秀的品质，在结构、性能和功能等方面都有明显的优势。

　　ATmega48是一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器。其主要性能指标如下：

　　◆先进的RISC结构；

　　◆4 KB的系统内可编程Flash；

　　◆256字节的EEPROM擦写寿命为100 000次；

　　◆工作电压为1.8～5.5 V；

　　◆工作温度为-40～85℃；

　　◆极低功耗(正常模式时1 MHz、1.8 V下为300μA，掉电模式时1.8 V下为1.5 μA)。

　　1．2 RFM12S低功耗射频芯片

　　RFM12S是一款低成本的ISM(工业、科研、医疗)频段FSK收发模块，其核心电路采用的是带锁相环(PLL)技术的RF12射频收发芯片。 RFM12S可工作在315／433／868／915 MHz四个频段，并符合FCC和ETSI要求。它提供一个SPI接口，可由MCU通过软件设置各种射频参数和其他辅助功能；采用2．2～5．4 V供电，静态电流低至0．3μA。其与ATmega48的连接电路如图1所示。

 

 

 

　　2 有源电子标签的软件设计

　　RFM12S无线收发模块采用SPI(串行外围设备接口)接口方式传输数据。当片选信号nSEL为低时，数据在每个时钟的上升沿通过SDI引脚被送入RFM12S的内部寄存器。要发送数据，首先发送同步头，然后再发送需要发送的数据，通过检测SDO引脚来判断上一数据是否发送完毕；上一数据发送完毕后，SDO引脚会输出一个高电平信号，这时可以继续发送下一数据，直到数据发送完毕。要接收数据，首先无线模块接收到同步头， nIRQ引脚将被拉低通知单片机接收数据，接收到的数据将被放人无线模块的接收缓冲区中等待单片机读取。整个接收过程中，单片机都是通过判断nIRQ的低电平信号来接收数据的，接收完所有数据后关闭接收寄存器，然后对数据作进一步的处理。

　　RFM12S无线收发模块的初始化程序如下：