有源RFID系統(tǒng)的可靠傳輸研究新思路分析

現(xiàn)代生活中越來(lái)越多地借助電子技術(shù)來(lái)完成信息的查詢(xún)，常見(jiàn)的技術(shù)主要是條形碼技術(shù)和RFID（radio frequency identification）技術(shù)。條形碼技術(shù)廣泛應(yīng)用，但局限性也非常突出，如：條碼標(biāo)簽的內(nèi)容無(wú)法修改，條碼標(biāo)簽必須清潔無(wú)磨損，閱讀器讀／寫(xiě)條碼時(shí)應(yīng)保持適當(dāng)角度，閱讀器與條形碼之間必須可視。RFID是射頻識(shí)別的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其利用無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽之間建立通信，實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞，并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的?，F(xiàn)在RFID技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通、醫(yī)療、跟蹤等應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)收集和處理。RFID技術(shù)的優(yōu)勢(shì)則較為突出，如：標(biāo)簽信息可修改，能在惡劣的環(huán)境下較遠(yuǎn)距離進(jìn)行讀取，可同時(shí)處理多個(gè)標(biāo)簽。

根據(jù)實(shí)現(xiàn)的方式不同，RFID技術(shù)可分為無(wú)源RFID技術(shù)和有源RFlD技術(shù)。無(wú)源RFlD技術(shù)研究和應(yīng)用都較為成熟，系統(tǒng)中電子標(biāo)簽工作所需要的全部電源都依靠轉(zhuǎn)換接收到的讀寫(xiě)器發(fā)送的電磁波而獲得。讀寫(xiě)器的發(fā)射功率一般較大。有源RFID技術(shù)系統(tǒng)中的電子標(biāo)簽具備電池，可提供全部器件工作的電源；讀寫(xiě)器的發(fā)射功率要求較低，而且有效閱讀距離也較前者有所增加，在追蹤和識(shí)別高價(jià)值商品時(shí)非常有用。

l 有源RFID系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

有源RFID系統(tǒng)由有源電子標(biāo)簽（tag）、讀寫(xiě)器（reader）和計(jì)算機(jī)3部分組成；有源電子標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有惟一的電子編碼（EPC），保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)；讀寫(xiě)器讀取電子標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式；計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)處理，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在實(shí)際應(yīng)用中，讀寫(xiě)器發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào)，附在待識(shí)別物體表面中電子標(biāo)簽接收射頻信號(hào)后，執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。通常讀寫(xiě)器與計(jì)算機(jī)相連，電子標(biāo)簽回送的信息被讀寫(xiě)器讀取解碼后送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行下一步處理，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別體的目的。

1．2 硬件設(shè)計(jì)

RFID系統(tǒng)依照不同的標(biāo)準(zhǔn)，可以分為不同的類(lèi)型。根據(jù)RFID系統(tǒng)使用的工作頻率可分為4類(lèi)：低頻（LF，30～300 kHz）、高頻（HF，3～30 MHz）、超高頻（UHF，300～968 MHz）和微波（UWF，2．4～5．8 GHz）。根據(jù)文獻(xiàn)以及對(duì)不同頻段RFID系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的分析比較，再結(jié)合課題的要求，能在50 m范圍內(nèi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)標(biāo)簽，并能讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，選用工作頻率為2．4 GHz的微波頻段的RFID系統(tǒng)進(jìn)行研究。2．4 GHz頻率具有衰減較小，傳輸距離遠(yuǎn)．傳輸數(shù)據(jù)快，數(shù)據(jù)吞吐量高，識(shí)別多目標(biāo)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)，2．4 GHz的ISM頻段寬度超過(guò)83 MHz，具有125個(gè)頻道，能滿(mǎn)足多頻及跳頻的需要，增加無(wú)線(xiàn)通信的抗干擾能力。

有源電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器主芯片選用德州儀器公司的CC2510。該器件包含了高性能、低功耗的8051微控制器（MCU）和UHF RF收發(fā)器，集成了32 KB在系統(tǒng)可編程FLASH和內(nèi)嵌4 KB SRAM，并具有功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、調(diào)制解調(diào)器（MODEM）等功能，QLP封裝，體積小（6 mm×6 mm），支持流行的跳頻技術(shù)，可程序控制數(shù)據(jù)傳輸率大小，最快能夠使數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到500 Kb／s。在系統(tǒng)中使用CC2510，具有功耗小，成本低，外圍電路簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)。此外，CC2510可設(shè)置的跳頻通信方式、發(fā)射功率和存儲(chǔ)程序，可以實(shí)現(xiàn)頻率更改、讀寫(xiě)距離控制和多種安全協(xié)議，以適用于多種安全級(jí)別。

有源電子標(biāo)簽由CC2510無(wú)線(xiàn)收發(fā)及控制模塊和天線(xiàn)組成。通過(guò)電磁波與讀寫(xiě)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。讀寫(xiě)器由CC2510無(wú)線(xiàn)收發(fā)及控制模塊、天線(xiàn)、USB接口轉(zhuǎn)換模塊和接口電路組成。讀寫(xiě)器通過(guò)USB接口與上位機(jī)相連，用來(lái)接收有源電子標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)。

1．3 軟件設(shè)計(jì)

在整個(gè)有源RFID系統(tǒng)中軟件起到控制作用，是協(xié)調(diào)硬件各部分的靈魂。主要涉及到PC機(jī)的人機(jī)界面接口和RFID系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、PC機(jī)與讀寫(xiě)器的通信軟件設(shè)計(jì)、讀寫(xiě)器射頻與有源電子標(biāo)簽射頻的通信軟件設(shè)計(jì)。

PC機(jī)端軟件主要對(duì)RFID系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，使用C“編制，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Setver 2005。PC機(jī)通過(guò)接口電路對(duì)讀寫(xiě)器進(jìn)行操作。該部分使用VB編制。讀寫(xiě)器與標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)通信則采用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言和匯編混合編制。在單片機(jī)中類(lèi)似PC機(jī)與單片機(jī)的通信軟件設(shè)計(jì)敘述很多，在此不再贅述。本文重點(diǎn)講述讀寫(xiě)器與有源電子標(biāo)簽可靠通信的設(shè)計(jì)了研究。

2 可靠通信研究