基于射頻識別的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)節點(diǎn)設計研究

摘要：為了解決無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)通常運行在人不能或不便接近的環(huán)境，能源無(wú)法替代的問(wèn)題，該設計采用了單片機MSP430F2370芯片和少量外圍電路等來(lái)構成完整測量系統。由于其充分利用了單片機內部資源，使系統硬、軟件設計達到了最小化，具有識別可靠性高、抗干擾能力強、成本低廉和體積小巧等特點(diǎn)。它可以識別ISO15693，ISO14443A，ISO14443B等多種協(xié)議標準的電子標簽。在今后的門(mén)禁系統、生產(chǎn)線(xiàn)檢測、自動(dòng)收費系統、超市物流等方面有很大的應用前景。
關(guān)鍵詞：RFID；無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；節點(diǎn)；電子標簽；物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是當前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)能夠獲取客觀(guān)物理信息，具有十分廣闊的應用前景，能應用于軍事國防、工農業(yè)控制、城市管理、生物醫療、環(huán)境檢測、搶險救災、危險區域遠程控制等領(lǐng)域，被認為是對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。
因此，筆者提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多標準RFID設別設備，此設備可以實(shí)時(shí)自動(dòng)識別物品的RFID電子標簽內信息，具有識別可靠性高，信息處理能力強，功耗小，保密性強。再結合無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的信息傳輸，可實(shí)現無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下的信息應用，本實(shí)用新型的應用將會(huì )越來(lái)越廣泛，對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)有重要的理論意義和應用價(jià)值。

1 RFID技術(shù)簡(jiǎn)介
1．1 RFID分類(lèi)
RFID按應用頻率不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(MW)，相對應代表性頻率分別為：低頻135 kHz以下、高頻13．56 MHz、超高頻860～960 MHz、微波2．4～5．8 G。
RFID按照能源供給方式分為無(wú)源RFID標簽或被動(dòng)標簽(Passive Tag)，有源RFID標簽或主動(dòng)標簽(Active Tag)，以及電池協(xié)助的無(wú)源RFID標簽。無(wú)源RFID標簽價(jià)格很低，但是無(wú)需要電池，有源RFID可以提供更遠的讀寫(xiě)距離，但是需要電池供電。有源標簽由于有電池供電和功能較強的微控制器和無(wú)線(xiàn)單片機，所以可以實(shí)現更大范圍的傳感器數據監測和數據采集，也可以通過(guò)ZigBee、Wi—Fi、GPRS／3G等技術(shù)實(shí)現網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，來(lái)延伸標簽的范圍，是RFID技術(shù)一個(gè)非常重要的發(fā)展方向。
1．2 射頻識別系統組成
射頻識別系統主要由標簽(Tag)、讀卡器(Reader)、天線(xiàn)(Antenna)等組成，一般還需要其他軟硬件的支持。
標簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成(有源標簽還需要電池和傳感器等)，每個(gè)標簽具有唯一的電子編碼，附著(zhù)在物體上標識目標對象。
讀卡器(Reader)：也稱(chēng)讀寫(xiě)器等，讀取(有時(shí)還可以寫(xiě)入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式。
天線(xiàn)(Antenna)：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。如果是有源電子標簽，讀卡器也以同時(shí)是一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，能夠將有源標簽節點(diǎn)收集的數據，通過(guò)低功耗網(wǎng)絡(luò )，傳輸到物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。
1．3 RFID技術(shù)的工作原理
RFID技術(shù)的基本工作原理并不復雜：標簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，射頻前端發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag，無(wú)源標簽或被動(dòng)標簽)，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(Active Tag，有源標簽或主動(dòng)標簽)；讀取信息并解碼后，送至RFID射頻識別控制單元進(jìn)行有關(guān)數據處理。

2 射頻識別節點(diǎn)的硬件設計
2．1 射頻識別節點(diǎn)的結構
如圖1為射頻識別節點(diǎn)的結構：它包括：1)USB轉串口單元；2)RFID射頻識別控制單元；3)RFID讀頭前端單元；4)和無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)單元。射頻前端和標簽間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時(shí)通過(guò)耦合給無(wú)源應答器提供能量和時(shí)序。在實(shí)際應用中，可進(jìn)一步通過(guò)Eth-ernet或WLAN等實(shí)現對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。