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提要：本文介绍了一种基于Nordic公司开发的内嵌51内核的无线收发模块NRF24E1的有源长距离射频卡，收发芯片NRF24E1具有低成本、低功耗、端口可重设等优点。本射频卡有以下主要特点：电池供电，无需外部电源；定时2秒后进入休眠模式，具有省电功能；方便携带：能自动发送自身工作电压，及时更换电池。
关键词：射频识别 NRF24E1 射频卡 2.4GHz 80C51 休眠模式
1、引言
射频识别技术是无线电技术在自动识别领域应用中的具体运用。近年来，随着芯片技术，天线技术以及计算机技术的不断发展，RFID系统的体积，功耗越来越小，成本越来越低，操作快捷方便，加上其擅长多目标识别，运动目标识别，方便物品跟踪和物流管理的突出特点，本文属于无线射频传输（RFID）技术研究，主要针对近期RFID研究的主流2.4GHz频段的通信研究。RFID系统多采用主从通讯方式，读卡器和射频卡。该系统常用在仓储、物流、交通、考勤等场合，具有广阔的应用前景，且极具市场开发的潜力。
2、射频识别系统的硬件设计
2.1、本系统从功能上可以划分为以下几个部分：
（1）电源模块；（2）射频通讯模块（NRF24E1）；（3）鞭形天线；（4）EEPROM。
2.2、射频卡通信协议
（1）本射频卡能够发送自身信息，包括用户ID当前电压，能够进行上电自检，发送当前工作电压，每次发送3个字节1。
表2.1 射频卡每次发送的字节数
（2）本卡采用卡呼叫的主动通讯方式，能够支持10块射频卡同时工作，通讯距离达到20米（无遮挡）。
2.3 系统部分硬件的设计
2.3.1 电源模块
由于本系统的核心模块──无线收发芯片NF24E1只能工作在1.9～3.6V之间，所以，本系统采用的电源电压：应是工作在3.6V以下，此外，由于本卡工作于无线方式，以携带方便、灵活为其最大特点之一，所以不宜采用变压器，只能用电池供电。从经济实用的角度考虑，采用3V的CR_2032纽扣（Ni）电池，最大供应电压3V、电流220mA，其优点是工作-40℃～85℃之间、价格便宜、重量轻、通用性强且电流大。
2.3.2 射频通讯模块
本系统的射频通讯模块采用NRF24E1，NRF24E1是挪威Nordic公司2003年开发的一种嵌入了高性能单片机内核的高速单片无线收发模块8051。36引脚QFN封装；以NRF2401芯片结构为核心，将射频发射、接收、GMSK调制、解调、增强型8051内核、9位输入、12位ADC 、125频道、DART、SPI、PWM、RTC、WDT全部集成到单芯片中；内部有电压调节器和VDD电压监视，所有高频元件包括电感、振荡器等已经全部集成在芯片内部，性能稳定且不受外界电磁干扰；工作在全球开放的2.4GHz频段、勿需申请通信许可证。
2.3.3 天线的设计
对本系统这种定位于“低成本、低功耗、便携”的短距离的基于2.4GHz的通信系统而言，设计天线需要考虑以下因素：体积小、成本低、方便携带。基于这个前提，我选择了鞭形天线，根据鞭形天线理论，四分之一波长是理论上天线的最佳长度，所以有：
2.4 系统的PCB图要点
PCB设计对NRF24E1等整体性能影响很大，在PCB设计时，必须考虑到各种电磁干扰，注意调整电阻、电容和电感的位置，特别要注意电容的位置。NRF24E1的PCB一般都是双层扳，底层一般不放置元件，为地层，顶层的空余地方一般都敷上铜，这些铜通过过孔与地层的地相连。直流电源及电源滤波电容尽量靠近VDD引脚。NRF24E1的供电电源应通过电容隔开，这有利于给NRF24E1提供稳定电源。
3、射频识别系统软件设计
射频识别系统在软件设计上采用模块化设计，具体可分为如下子模块：初始化模块、系统配置模块、发送模块（发送卡信息）、接收（接收卡地址）模块、A/D转换模块和无线写卡模块等。射频卡主程序流程图附图1。
4、射频识别系统工作过程
4.1 射频识别卡功能和性能测试结果
本射频卡基本完成了毕设之初的各项要求，现将预期的功能和指标要求与射频卡实际性能列附表1。射频卡有一个I/O端口，工作于1、0两种方式，在对射频卡进行写卡时，工作于0方式，接受来发送设备的写卡信息，即卡自身的地址；工作于方式1时，是正常工作状态。
4.2系统耗电量评测
“低功耗”是本卡的一大特点，以下是测试方式与结果(使用两节普通的纽扣电池，电压分别为2.99V和3.01V) 附表2中的数据为测试结果。
从表中的测试结果可以看出，本卡的耗电量相当低，一节电池就能支持卡工作很长的时间。本卡的“低功耗”特性，得益于卡所采用的芯片。本卡采用的芯片为低功耗型元件，芯
片所有的组成元件均可工作于3.6V电压以下，且有NRF24E1中的组成元件具有休眠功能。本卡使用了NRF2401和ADC的休眠功能。
5、结论
目前国内对于RFID的研究才起步，本文的研究和设计是一次对RFID技术的重大探索，对于促进RFID技术的研究具有重大的意义。本文研究和设计的RFID电子标签是一款应用于物流、门禁和身份识别等中距离识别的产品，它已具有广泛的市场前景。
附表1 预期的功能和指标要求与射频卡实际性能对比表
附图1 射频卡主程序流程图
附表2 卡耗电量测试结果
参考文献：
[1]NODIC. NRF24E1/E2设计手册，NORDICLtd，2000.
[2]张殿东. 无线射频识别(电子标签)技术[J]. 电信技术，2005，2：8-9.
[3]希玉九.电子标签(电子标签)技术及其使用的频率[J].中国无线电，2004，12.
[4]张齐，杜群贵.单片机应用系统设计技术[M].北京：电子工业出版社，2004
关键词：射频识别 NRF24E1 射频卡 2.4GHz 80C51 休眠模式
1、引言
射频识别技术是无线电技术在自动识别领域应用中的具体运用。近年来，随着芯片技术，天线技术以及计算机技术的不断发展，RFID系统的体积，功耗越来越小，成本越来越低，操作快捷方便，加上其擅长多目标识别，运动目标识别，方便物品跟踪和物流管理的突出特点，本文属于无线射频传输（RFID）技术研究，主要针对近期RFID研究的主流2.4GHz频段的通信研究。RFID系统多采用主从通讯方式，读卡器和射频卡。该系统常用在仓储、物流、交通、考勤等场合，具有广阔的应用前景，且极具市场开发的潜力。
2、射频识别系统的硬件设计
2.1、本系统从功能上可以划分为以下几个部分：
（1）电源模块；（2）射频通讯模块（NRF24E1）；（3）鞭形天线；（4）EEPROM。
2.2、射频卡通信协议
（1）本射频卡能够发送自身信息，包括用户ID当前电压，能够进行上电自检，发送当前工作电压，每次发送3个字节1。
表2.1 射频卡每次发送的字节数
（2）本卡采用卡呼叫的主动通讯方式，能够支持10块射频卡同时工作，通讯距离达到20米（无遮挡）。
2.3 系统部分硬件的设计
2.3.1 电源模块
由于本系统的核心模块──无线收发芯片NF24E1只能工作在1.9～3.6V之间，所以，本系统采用的电源电压：应是工作在3.6V以下，此外，由于本卡工作于无线方式，以携带方便、灵活为其最大特点之一，所以不宜采用变压器，只能用电池供电。从经济实用的角度考虑，采用3V的CR_2032纽扣（Ni）电池，最大供应电压3V、电流220mA，其优点是工作-40℃～85℃之间、价格便宜、重量轻、通用性强且电流大。
2.3.2 射频通讯模块
本系统的射频通讯模块采用NRF24E1，NRF24E1是挪威Nordic公司2003年开发的一种嵌入了高性能单片机内核的高速单片无线收发模块8051。36引脚QFN封装；以NRF2401芯片结构为核心，将射频发射、接收、GMSK调制、解调、增强型8051内核、9位输入、12位ADC 、125频道、DART、SPI、PWM、RTC、WDT全部集成到单芯片中；内部有电压调节器和VDD电压监视，所有高频元件包括电感、振荡器等已经全部集成在芯片内部，性能稳定且不受外界电磁干扰；工作在全球开放的2.4GHz频段、勿需申请通信许可证。
2.3.3 天线的设计
对本系统这种定位于“低成本、低功耗、便携”的短距离的基于2.4GHz的通信系统而言，设计天线需要考虑以下因素：体积小、成本低、方便携带。基于这个前提，我选择了鞭形天线，根据鞭形天线理论，四分之一波长是理论上天线的最佳长度，所以有：
2.4 系统的PCB图要点
PCB设计对NRF24E1等整体性能影响很大，在PCB设计时，必须考虑到各种电磁干扰，注意调整电阻、电容和电感的位置，特别要注意电容的位置。NRF24E1的PCB一般都是双层扳，底层一般不放置元件，为地层，顶层的空余地方一般都敷上铜，这些铜通过过孔与地层的地相连。直流电源及电源滤波电容尽量靠近VDD引脚。NRF24E1的供电电源应通过电容隔开，这有利于给NRF24E1提供稳定电源。
3、射频识别系统软件设计
射频识别系统在软件设计上采用模块化设计，具体可分为如下子模块：初始化模块、系统配置模块、发送模块（发送卡信息）、接收（接收卡地址）模块、A/D转换模块和无线写卡模块等。射频卡主程序流程图附图1。
4、射频识别系统工作过程
4.1 射频识别卡功能和性能测试结果
本射频卡基本完成了毕设之初的各项要求，现将预期的功能和指标要求与射频卡实际性能列附表1。射频卡有一个I/O端口，工作于1、0两种方式，在对射频卡进行写卡时，工作于0方式，接受来发送设备的写卡信息，即卡自身的地址；工作于方式1时，是正常工作状态。
4.2系统耗电量评测
“低功耗”是本卡的一大特点，以下是测试方式与结果(使用两节普通的纽扣电池，电压分别为2.99V和3.01V) 附表2中的数据为测试结果。
从表中的测试结果可以看出，本卡的耗电量相当低，一节电池就能支持卡工作很长的时间。本卡的“低功耗”特性，得益于卡所采用的芯片。本卡采用的芯片为低功耗型元件，芯
片所有的组成元件均可工作于3.6V电压以下，且有NRF24E1中的组成元件具有休眠功能。本卡使用了NRF2401和ADC的休眠功能。
5、结论
目前国内对于RFID的研究才起步，本文的研究和设计是一次对RFID技术的重大探索，对于促进RFID技术的研究具有重大的意义。本文研究和设计的RFID电子标签是一款应用于物流、门禁和身份识别等中距离识别的产品，它已具有广泛的市场前景。
附表1 预期的功能和指标要求与射频卡实际性能对比表
附图1 射频卡主程序流程图
附表2 卡耗电量测试结果
参考文献：
[1]NODIC. NRF24E1/E2设计手册，NORDICLtd，2000.
[2]张殿东. 无线射频识别(电子标签)技术[J]. 电信技术，2005，2：8-9.
[3]希玉九.电子标签(电子标签)技术及其使用的频率[J].中国无线电，2004，12.
[4]张齐，杜群贵.单片机应用系统设计技术[M].北京：电子工业出版社，2004