射频识别技术RFID（Radio Frequency IdenTIficaTIon）是借助射频信号对某个目标的ID进行自动识别得到对象信息，并获得相关数据的科技。不同于传统的磁卡和IC卡，RFID技术解决了无源和免接触两大问题，同时它能推动运动目标跟多目标识别，能够广泛应用于各类场合。其突出特点是环境适应性强、能够穿透非金属材质、数据存储量大、抗干扰能力强。根据供电模式的不同，可以将RFID分为两类：无源RFID和有源RFID。无源RFID工作时，标签通过读写器的电磁场获得能量，标签本身不需要电池。有源RFID则恰恰相反，需要提供全部元件工作所需的电池［1］，电子标签必须自备电源。与无源标签相比有源标签有源标签，有源RFID温湿度标签有着对阅读器的发射功率要求低、有效阅读距离远的特点，因此在冷链物流、医疗平台、仓储物资管控、疫苗制造运输、卫生防疫系统、科研机构等方面有着十分广泛的应用。但有源RFID温湿度传感标签对使用寿命、可靠性、体积等方面有较高的规定。因此，设计一个寿命长、可靠性高、体积小的有源RFID温湿度传感标签在国民生活中有着十分重要的含义。本文主要解决了有源标签设计的低功耗问题。
1 有源RFID系统组成及工作原理
有源RFID系统由有源标签、阅读器和应用平台三部分构成，如图1所示。有源标签具有唯一的身份识别码（即ID），一些有源标签内部还集成了传感器，用于对特定物理量的检测。在阅读器的有效工作范围内，电子标签主动地将自己的ID和所测得的物理量以电磁波的方式发送给阅读器，阅读器将相关信息传输在自己的储存设施中，存储在阅读器中的数据可以借助以太网口、RS-232、USB等通讯接口传送给应用平台，以便对数据进行进一步处理［2］。
2 有源温湿度传感标签的结构
2.1 结构
本文所设计的有源温湿度传感标签的结构框图如图2所示。有源标签的核心是一个微控制器（MCU），射频组件通过天线进行射频讯号的收/发；EEPROM 存储标签的身份辨识码或者物件的属性等信息；温度测量和湿度测试分别用来测量标签所处环境的浓度和温度，为简化设计，可以使用集温湿度检测于一体的芯片；电量检测模块通过测量电源的电流，并根据电源电量和电流的对照关系，间接地检测出电源的剩余电量；电池为各个组件的正常工作提供电源。
2.2 总体电路
2.2.1 主控模块
主控模块配备强盛科技型号为PIC24F16KA102的16 bit超低功耗单片机。该系列的MCU采用nanoWatt XLP（eXtreme Low Power）极低性能技术，其典型休眠电流可以低到20 nA，实时时钟电流低至490 nA，看门狗定时器电流低到370 nA［3］。MCU可连续运行20年以上而无需更换电池，成为业界8 bit和16 bit MCU中低功耗性能更突出的MCU。该单片机具有SPI、I2C、UART、9个模拟输入通道、3个16 bit定时器/计数器、3个外部中断［3］，完全可以满足有源标签的意愿。MCU与标签通过SPI接口进行轮询通信，如图3所示。图3中的J1是PIC 24F16KA102单片机用于下载和安装程序所用的ICSP接口。
2.2.2 射频收发模块
nRF24L01是一款工作在2.4 GHz~2.5 GHz世界通用ISM 频段的单片无线收发器芯片。nRF24L01主要由调制/解调器、CRC编码/解码器、GFSK滤波器、中频带通滤波器、功率放大器、低噪声放大器 （LNA）、先进先出缓冲器（FIFO）组成［4］。通过SPI接口与MCU进行通信，其电路图如图4所示。nRF24LOT射频收发芯片有以下优点：
（1）具有125个可选工作频道，可用于跳频工作方式，能够有效地减少周围环境的干扰。
（2）采用QFN20封装面积仅为4 mm&TImes;4 mm，占用较小的PCB面积。
（3）低功耗。当工作在发射方式下发射功率为-6 dBm时，电流消耗为9.0 mA，接收方式时为12.3 mA，掉电方式和待机模式下电流消耗更低。
（4）具有手动应答和自动重发功能。
（5）较高的数据存储速度。处于ShockBurstTM模式时为1 Mb/s，处于增强型ShockBurstTM模式时为2 Mb/s。
2.2.3 温湿度检测模块
SHT21S［5］是欧洲强盛科技的温湿度传感器，体积小、功耗低、稳定性好。该温湿度传感器在25℃时的湿度测定误差为±0.3℃，温度响应时间为5 s~30 s（τ63%）；湿度测定误差为±2.0% RH，湿度响应时间为8 s（τ63%）。该芯片通过SDM接口与MCU进行通讯。温湿度的检测通过SCL（3脚）来选择，当SCL输入高电平时进行湿度的检测；SCL为低电平时进行频率的检测。也可以在SDA引脚外接一个低通RC滤波器将SDM信号转化为模拟电压输出。温湿度检测模块如图5所示。
