系統電路硬件主要分為射頻接口和控制系統2大部分。本設計中射頻接口即為nRF905射頻模塊（包含外圍元件及PCB環形天線）;控制電路基于 51系列微控制器搭建。微控制器通過SPI接口控制nRF905，其中微控制器（MCU）采用Atmel公司生產的低電壓、高性能COMS8位單片機 AT89C2051，該微控制器兼容標準MCS51指令系統，內含128B的隨機存取數據存儲器RAM和2kB的可反復擦寫FLASH只讀程序存儲器，可以將驅動及控制nRF905的程序寫入該閃存，無需外接EPROM而簡化了電路設計降低了系統功耗。本設計采用為MAX6821作為監控電路對MCU進行上電復位，比傳統阻容復位更加可靠，該芯片還集成了看門狗定時器，可有效避免程序跑飛。

圖3給出了核心部分的電路原理圖，給出了AT89C2051與nRF905的電路連接及外圍元件和PCB環形天線。圖中D1是MAX232電平轉換芯片，U1是MaximIntegratedProducts公司生產的MAX6821，低電壓、SOT23封裝、微處理器監視器，帶有手動復位及看門狗定時器，能監控從+118～+510V的系統電壓，有9個工廠預設的門限可供使用。當電源電壓下降到復位門限以下時，復位輸出產生并保持至少 140ms。

4　通信協議設計

數據通信的雙方必須遵守相互約定的通信協議才能實現安全、可靠、有效的數據通信。本RFID系統中，通信協議設計是系統設計的一個至關重要的部分。閱讀器與上位機采用RS232串口通信，工作在異步方式，傳輸速率9600b/s。射頻卡與閱讀器的非接觸數據交換構成一個無線數據通信系統，數據通過nRF905在閱讀器和射頻卡之間無線傳輸，本文設計了以nRF905作為射頻接口的主動式RFID系統的通信協議，可以將基本控制，通信等功能函數編程寫入控制系統，通過調用函數功能模塊以完成特定的功能，如物流跟蹤、自動收費等。

4.1　數據幀格式

為減少無線通信中的相互干擾，提高通信效率，待傳輸的數據必須先打包成數據幀。數據幀的長度必須合適，太長則易被干擾，太短會導致通信效率低。本文設計了表2所示的數據幀格式，其中前導碼為nRF905自動產生，用來進行接收和發射數據同步;地址（2B）是發送的目的地址，要求在本RFID系統內無重復;數據長度（1B）用來指明有效數據的長度;有效數據（4B）;校驗字為8位的CRC校驗，由nRF905中硬件電路產生。

4.2　數據通信流程

nRF905作為閱讀器與射頻卡的通信接口，采用半雙工方式通信，在發射和接收模式間切換需要等待550μs的穩定時間。RFID系統中無線通信的軟件流程如圖4所示。

圖4　閱讀器與射頻卡通信流程

數據通信采用傳輸前偵聽的“載波檢測協議”，即接收數據前先檢測載波信息（nRF905的CD引腳）和地址匹配信息（AM引腳）只有當載波存在且發送地址正確（高電平）時才接收數據包;發送數據前也要先轉到接收模式偵聽CD引腳為低電平（要傳輸的頻率通道未被占用）方轉入發射模式發送數據;使用此協議可以實現簡單有效的防碰撞。此外還可以根據需要對MCU編程實現更為復雜的防碰撞或加密解密算法。nRF905開始總是工作在待機狀態，通過SPI 接口接收到控制系統的命令后選擇進入發射或接收數據的模式，在閱讀器與射頻卡之間進行無線通信，接收或發射完有效的數據包后數據就緒引腳DR被置高，MCU檢測到DR為高，即將nRF905轉入低功耗的待機模式。此時MCU還可通過SPI口讀出nRF905接收到的有效數據。

5　結　語

本文以nRF905芯片作為射頻接口，設計了一種工作在微波頻段的新型主動式射頻識別系統，并給出了其通信模塊實現方案。這種新型的基于射頻芯片的主動式RFID系統信息實時性好、數據容量大、作用距離遠，并具有集成度高、易于調試、低功耗、低成本和易擴展等特點，可以廣泛應用于對數據實時性要求高及數據需反復讀寫的場合。