基于無源rfid標(biāo)簽的手持機(jī)省電設(shè)計(jì)

基于無源rfid標(biāo)簽的手持機(jī)省電設(shè)計(jì)

0手持機(jī)省電方法目前，手持式rfid閱讀裝置（以下簡(jiǎn)稱手持機(jī)）在各行各業(yè)的應(yīng)用非常廣泛。其主要目標(biāo)包括：智能恢復(fù)設(shè)備，當(dāng)前社區(qū)安全的巡邏和更新管理，移動(dòng)勤奮工作，如活動(dòng)和培訓(xùn)、印章、活動(dòng)和其他事項(xiàng)。在辦公室里，也有很多不需要布料的地方。在交通管理系統(tǒng)以及公共安全等方面的稽查等,有著非常廣泛的應(yīng)用,主要用于公交、輪渡、地鐵、加油站、停車場(chǎng)、高速公路收費(fèi)站等自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng),此方法取代了使用接觸式IC卡的社保、醫(yī)療收費(fèi)、校園一卡通等領(lǐng)域,具有操作更便捷、使用壽命更長(zhǎng)、數(shù)據(jù)安全性更高等特點(diǎn)。目前,市面上有很多種手持機(jī),不同產(chǎn)品之間具有不同的性能特點(diǎn),從而適用于不同的場(chǎng)合。手持機(jī)在讀/寫RFID標(biāo)簽時(shí),為了輸出大功率射頻信號(hào),需要消耗較多能量,而手持機(jī)一般采用電池供電。因此,節(jié)能省電變得十分重要。本文介紹一種手持機(jī)的省電方法:在不讀/寫RFID標(biāo)簽時(shí),關(guān)閉RFID讀/寫模塊;并通過按鍵或約定時(shí)間內(nèi)無操作,使手持機(jī)自動(dòng)進(jìn)入省電模式,達(dá)到節(jié)電效果。1手持機(jī)模塊組成本手持機(jī)采用Atmel公司AT91SAM7S256單片機(jī)為核心,如圖1所示。由鍵盤、液晶屏、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、Flash存儲(chǔ)器和RFID射頻模塊等組成,采用4節(jié)5#電池供電,數(shù)據(jù)通信采用RS-232串口和USB接口。手持機(jī)的基本功能包括①通過鍵盤輸入選擇菜單顯示的功能,并執(zhí)行操作命令;②可控制射頻模塊讀寫RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù);③標(biāo)簽數(shù)據(jù)連同讀取時(shí)間信息一起存儲(chǔ)在Flash內(nèi);④通過RS-232串口和USB接口與上位機(jī)通信。1.1使能端口電路設(shè)計(jì)為手持機(jī)供電的有2個(gè)電源模塊,均為TPS79633-DCQ。電源模塊將電池電壓由5V轉(zhuǎn)換成3.3V供電。它有一個(gè)使能端口,當(dāng)使能電平為低時(shí),電源模塊輸出為0V,此時(shí)輸入給電源模塊的電流只有幾微安。圖1中,電源模塊1為單片機(jī)和鍵盤控制芯片供電,始終由電池供電;電源模塊2為RFID模塊、Flash存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和RS-232接口供電,其使能電平由單片機(jī)控制。在單片機(jī)進(jìn)入省電模式之前,通過將電源模塊2的使能電平設(shè)置為低,從而關(guān)閉這些外部電路電源以達(dá)到節(jié)電效果。1.2高效的海達(dá)接口在手持機(jī)系統(tǒng)中,單片機(jī)是整個(gè)設(shè)備的管理和控制核心。Atmel公司的AT91SAM7S256是一個(gè)采用ARM7內(nèi)核的32位單片機(jī),帶有高速64kBSRAM和256kBFlash,使絕大部分應(yīng)用場(chǎng)合無需外擴(kuò)存儲(chǔ)器,其可通過JTAG-ICE接口對(duì)該單片機(jī)進(jìn)行編程和調(diào)試。它具有2個(gè)USART、1個(gè)USB以及其它豐富的接口,并且具有多種電源管理手段,包括降低主時(shí)鐘頻率及設(shè)置空閑狀態(tài)等。當(dāng)它進(jìn)入省電模式時(shí),最小只有幾十微安的靜態(tài)電流。單片機(jī)主要有2種省電手段:即主時(shí)鐘降設(shè)置為500Hz或?qū)RM7內(nèi)核處于空閑狀態(tài)。1.2.1處理器時(shí)鐘選擇AT91SAM7S256的電源管理寄存器PMC_MCKR為主時(shí)鐘選擇寄存器,它控制處理器的時(shí)鐘頻率。PMC_MCKR為32位寄存器,其定義如圖2所示。(圖2和圖3中“-”表示該比特未使用。)PRES為處理器時(shí)鐘分頻比,CSS為主時(shí)鐘選擇。王時(shí)鐘選擇如表1所示。當(dāng)選擇PRES為64分頻比和CSS為慢時(shí)鐘時(shí),處理器主時(shí)鐘降為500Hz,這樣可使單片機(jī)電流下降約20mA。1.2.2usb端口時(shí)鐘控制單片機(jī)時(shí)鐘不能使寄存器PMC_SCDR也為32位,其定義如圖3所示。圖3中的相關(guān)比特定義如下。①PCK表示處理器時(shí)鐘使能控制。PCK=0時(shí),無作用;PCK=1時(shí),關(guān)閉處理器時(shí)鐘,使單片機(jī)進(jìn)入空閑狀態(tài);②UDP表示USB端口時(shí)鐘使能控制。UDP=0時(shí),無作用;UDP=1時(shí),關(guān)閉USB端口48MHz時(shí)鐘;③PCKx表示可編程時(shí)鐘x(x=0,1,2)輸出控制,PCKx=0時(shí),表示無作用;PCKx=1時(shí),表示關(guān)閉相應(yīng)的可編程時(shí)鐘輸出。AT91SAM7S256還有其它省電措施,如A/D轉(zhuǎn)換、外設(shè)接口時(shí)鐘和USB收發(fā)處于非工作狀態(tài),但省電效果不大,故未對(duì)這些接口采用省電措施。1.3盤問系統(tǒng)的控制芯片鍵盤除了手持機(jī)要求的一般輸入功能外,還起著使單片機(jī)進(jìn)入省電模式,以及喚醒單片機(jī)進(jìn)入工作模式的作用。鍵盤控制芯片采用ZLG7290,無按鍵操作時(shí)的電流約為3mA。ZLG7290可采樣64個(gè)按鍵或傳感器,并可檢測(cè)每個(gè)按鍵的連擊次數(shù),其基本功能如下。盤盤動(dòng)的狀態(tài)當(dāng)鍵被按下和放開時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)電平狀態(tài)反復(fù)變化,稱作鍵盤抖動(dòng)。若不作處理會(huì)引起按鍵盤命令錯(cuò)誤,所以要進(jìn)行去抖動(dòng)處理,以讀取穩(wěn)定的鍵盤狀態(tài)為準(zhǔn)。雙鏈鎖處理當(dāng)有兩個(gè)以上按鍵被同時(shí)按下時(shí),ZLG7290只采樣優(yōu)先級(jí)高的按鍵。擊穿次數(shù)計(jì)數(shù)當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí),輸出一次鍵值后,如果該鍵還未釋放,該鍵值連續(xù)有效,就像連續(xù)壓按該鍵一樣,這種功能稱為連擊。連擊次數(shù)計(jì)數(shù)器(RepeatCnt)可區(qū)別出單擊(某些功能不允許連擊,如開關(guān))或連擊。判斷連擊次數(shù)可以檢測(cè)被按時(shí)間,以防止某些功能誤操作(如連續(xù)按5s進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)等)。用戶盤問系統(tǒng)的操作功能鍵能實(shí)現(xiàn)2個(gè)以上按鍵同時(shí)按下,以擴(kuò)展按鍵數(shù)目或?qū)崿F(xiàn)特殊功能。如PC機(jī)上的“Shift”、“Ctrl”、“Alt”鍵。有效的按鍵動(dòng)作(普通鍵的單擊、連擊和功能鍵狀態(tài)變化),都會(huì)令系統(tǒng)寄存器(SystemReg)的KeyAvi位置1,/INT引腳信號(hào)有效(變?yōu)榈碗娖?。用戶的鍵盤處理程序可由/INT引腳低電平觸發(fā)中斷請(qǐng)求,以提高程序效率;也可以為了節(jié)省系統(tǒng)的I/O數(shù)目,不采樣/INT引腳信號(hào),而輪詢系統(tǒng)寄存器的KeyAvi位。但讀鍵值寄存器會(huì)令KeyAvi位清0,并會(huì)令/INT引腳信號(hào)無效。2手機(jī)無盤啟動(dòng)手持設(shè)備通常需要長(zhǎng)時(shí)間在外使用,通常都是采用電池供電,因此,必須具備省電功能。本手持機(jī)實(shí)現(xiàn)省電的方式有:當(dāng)持續(xù)按電源鍵時(shí)間超過3s(該時(shí)間可由用戶自定義),手持機(jī)即進(jìn)入省電模式;在60s內(nèi)(該時(shí)間可由用戶自定義)無鍵盤操作,手持機(jī)進(jìn)入省電模式。手持機(jī)進(jìn)入省電模式的步驟如下。①關(guān)閉一些外設(shè)電源,如RFID讀寫模塊、RS-232接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和Flash;②使外設(shè)處于省電狀態(tài),如液晶屏;③單片機(jī)按照上節(jié)描述的方法進(jìn)入省電狀態(tài)。進(jìn)入省電模式的單片機(jī)可以通過外部中斷FIQ、IRQ0和IRQ1喚醒。本手持機(jī)鍵盤中斷請(qǐng)求線接單片機(jī)的IRQ0。當(dāng)有鍵被按下時(shí),單片機(jī)即被喚醒,如果不是電源鍵,單片機(jī)立即重新進(jìn)入省電模式;只有電源鍵被按下,并超過3s(該時(shí)間可以自定義),單片機(jī)才真正被喚醒,進(jìn)入工作模式。按鍵的持續(xù)時(shí)間可通過讀取鍵盤控制器的寄存器RepeatCnt得到。3程序?qū)嵱芒冁I盤中斷初始化程序根據(jù)上述的省電機(jī)制,程序流程如圖4所示。4根據(jù)電池工作電流降低發(fā)電機(jī)能耗本文給出了一種RFID手持機(jī)的省電方法,利用按鍵或約定時(shí)間無操作使手持機(jī)自動(dòng)進(jìn)入省電模式。該手持機(jī)