有源電子標(biāo)簽的低功耗防沖突協(xié)議設(shè)計(jì)

引 言

　　錨固技術(shù)是巖土加固工程的主要方法，目前己廣泛應(yīng)用于礦山、鐵路、水利水電、地質(zhì)等系統(tǒng)的隧道、邊坡、山體加固等工程中。但巖土加固工程屬隱蔽工程，在施工過程中的管理和監(jiān)督較為困難，目前國內(nèi)在驗(yàn)收時(shí)無法對錨桿的嵌入深度、錨桿注漿量和注漿壓力等重要工程質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行檢測，無法對工程質(zhì)量進(jìn)行客觀的*價(jià)。為了解決質(zhì)量驗(yàn)收檢測問題，本文提出對錨桿注漿工藝在線檢測記錄和后續(xù)驗(yàn)收讀取的有源電子標(biāo)簽解決方案。

　　1 有源電子標(biāo)簽的硬件設(shè)計(jì)

　　有源電子標(biāo)簽主要由控制電路、射頻電路以及天線和電池組成。有源電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于低功耗和防碰撞算法的實(shí)現(xiàn)。由于有源電子標(biāo)簽需要內(nèi)置電池給控制電路和射頻電路供電，為了達(dá)到延長使用壽命的目的，它對低功耗要求非常高，所以控制芯片和射頻芯片的選型至關(guān)重要。本設(shè)計(jì)中，控制芯片選用Atmel公司的低功耗單片機(jī)ATmega48，射頻芯片選用Hope公司的RFM12S低功耗射頻芯片。

　　1．1 ATmega48單片機(jī)

　　Atreel公司是生產(chǎn)高性能、低功耗、非易失性存儲器和各種數(shù)字模擬IC芯片的半導(dǎo)體制造公司。在單片機(jī)方面，Atmel公司有基于8051內(nèi)核、基于 AVR內(nèi)核和基于ARM內(nèi)核的三大系列單片機(jī)產(chǎn)品。Atmel公司在其單片機(jī)產(chǎn)品中，融入了先進(jìn)的EEPROM電可擦除和FlashROM閃存技術(shù)，使得該公司的單片機(jī)具備了優(yōu)秀的品質(zhì)，在結(jié)構(gòu)、性能和功能等方面都有明顯的優(yōu)勢。

　　ATmega48是一款高性能、低功耗的8位AVR微處理器。其主要性能指標(biāo)如下：

　　◆先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)；

　　◆4 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash；

　　◆256字節(jié)的EEPROM擦寫壽命為100 000次；

　　◆工作電壓為1.8～5.5 V；

　　◆工作溫度為-40～85℃；

　　◆極低功耗(正常模式時(shí)1 MHz、1.8 V下為300μA，掉電模式時(shí)1.8 V下為1.5 μA)。

　　1．2 RFM12S低功耗射頻芯片

　　RFM12S是一款低成本的ISM(工業(yè)、科研、醫(yī)療)頻段FSK收發(fā)模塊，其核心電路采用的是帶鎖相環(huán)(PLL)技術(shù)的RF12射頻收發(fā)芯片。 RFM12S可工作在315／433／868／915 MHz四個(gè)頻段，并符合FCC和ETSI要求。它提供一個(gè)SPI接口，可由MCU通過軟件設(shè)置各種射頻參數(shù)和其他輔助功能；采用2．2～5．4 V供電，靜態(tài)電流低至0．3μA。其與ATmega48的連接電路如圖1所示。

　　2 有源電子標(biāo)簽的軟件設(shè)計(jì)

　　RFM12S無線收發(fā)模塊采用SPI(串行外圍設(shè)備接口)接口方式傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)片選信號nSEL為低時(shí)，數(shù)據(jù)在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿通過SDI引腳被送入RFM12S的內(nèi)部寄存器。要發(fā)送數(shù)據(jù)，首先發(fā)送同步頭，然后再發(fā)送需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過檢測SDO引腳來判斷上一數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢；上一數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，SDO引腳會輸出一個(gè)高電平信號，這時(shí)可以繼續(xù)發(fā)送下一數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。要接收數(shù)據(jù)，首先無線模塊接收到同步頭， nIRQ引腳將被拉低通知單片機(jī)接收數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)據(jù)將被放人無線模塊的接收緩沖區(qū)中等待單片機(jī)讀取。整個(gè)接收過程中，單片機(jī)都是通過判斷nIRQ的低電平信號來接收數(shù)據(jù)的，接收完所有數(shù)據(jù)后關(guān)閉接收寄存器，然后對數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的處理。

　　RFM12S無線收發(fā)模塊的初始化程序如下：