手持式RFID读写器的低功耗设计与测试

式应用于操作人员进行射频识别的读写操作，当射频标签进入工作区域时产生中断使MSP430F149工作模式由低功耗模式LPM3 切换到活动模式AM；通信模式应用于读写器进行USB 通信或RS232 串行通信或网络通信等操作，由键盘中断使MSP430F149 工作模式由低功耗模式LPM4切换到活动模式AM；待机模式则在系统无操作时由键盘中断或定时超时中断使MSP430F149工作模式由其他模式进行低功耗模式LPM4。

　　另外，在不同的工作状态也可通过软件将MCU 的P1~P6 连接的接口电路设置为高阻状态或将相应外围模块工作在省电工作模式，从而也可降低系统的功耗。如FM1702SLRF 收发芯片提供了Hard Power Down、Soft Power Down 及Stand by 三种省电模式，可由MCU 的IO线信号或通过软件设置FM1702SL 内部控制寄存器设置为省电模式，以实现低功耗的控制。

　　4 功耗测试及结果分析

　　为测试手持式RFID 读写器的系统功耗，按相应测试规程设计的功耗测试主程序及功耗测试中断程序的流程图分别如图2、图3 所示。系统在功耗测试主程序的控制下进行待测试状态，其中在接口初始化模块中将键盘及显示接口设置为功耗测试需要的功能，并提示用户按测试流程进行相应测试，等待操作人员进行功耗测试操作。当操作人员按预定测试规程按下相应键后调用功耗测试中断程序进行测试。在相应中断程序中可按提示信息将主系统时钟MCLK 及子系统时钟SMCLK 时钟频率设置为8MHz、1MHz、400KHz,然后选择工作模式设置为射频模式、USB 通信模式或待机模式，最后选择相应模块状态设置为连接或关闭，并经延时使系统工作稳定后提示测试功耗，最后执行中断返回命令返回主程序待进行其他条件下的功耗测试。其中射频模式下，系统中MCU 设为活动模式、RF 收发模块的发射电路连续发射载波信号、模拟及数字电路正常工作，OLED 显示标签信息，其他通信模块关闭；USB 通信模式下则是系统中MCU 设为活动模式、USB 通信工作，OLED 显示通信信息，其他模块关闭；待机模式下则是MCU 设为低功耗模式LPM4，其他模块都关闭。

　　图2 功耗测试程序流程图

　　图3 功耗测试中断程序流程图

　　手持式RFID 读写器进行功耗测试时电源系统采用了1900mAh3.6V～4.2V 锂电池供电。RS232 串行通信及以太网络通信通常用AC 电源提供工作电源，故不进行功耗测试。在工作电压为3.3V 条件下测得系统的消耗电流如图4 所示。

　　图4 测试结果示意图

　　尽管芯片的个体差异及功耗测试程序可能存在差异，测试时得到的数据会不完全相同，但从图4 仍可看出功耗变化的趋势：（1）同一模式相同状态下降低系统的工作时钟频率可以降低读写器的功耗；（2）同一模式关闭相应模块，可降低系统的功耗，特别是射频模式更为明显；（3）采用低功耗的工作模式可使读写器的功耗得到明显的改善，特别是待机模式的功耗最高可降低到射频模式的近10 倍以下，效果明显。

　　5 结束语

　　手持式RFID 读写器采用了超低功耗的MSP430F149 单片机，并选用了低电压器件，降低系统工作电压。本设计的创新点是采用硬件设计和软件管理的静动态相结合方法来降低系统的功耗。测试结果表明，该设计方法有效地降低了系统设计的功耗。对进一步优化手持式RFID 读写器软件设计具有一定的指导意义，也可为其他低功耗系统的设计提供一种具有一定参考价值的设计方法。目前项目已投入试用，经济效益达20 万元。