一種基于RFID的移動(dòng)目標監控系統的設計

隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，基于位置的服務(wù)受到越來(lái)越多的關(guān)注。無(wú)線(xiàn)定位及監控技術(shù)以其高速移動(dòng)物體識別、多目標識別和非接觸識別等特點(diǎn)，顯現出巨大的發(fā)展潛力與應用空間。目前，無(wú)線(xiàn)監控、定位系統的具體應用主要集中在物流供應、交通領(lǐng)域、工業(yè)生產(chǎn)、礦井管理和公共管理領(lǐng)域，如井下人員監控系統、城市公交管理系統、動(dòng)物野外活動(dòng)定位系統等[1-2]。
射頻識別技術(shù)覆蓋了整個(gè)UHF頻段，工作頻率可選擇433 MHz、868/915 MHz和2.45 GHz，且具有非視距、非接觸式的特點(diǎn)[3]?？紤]到多徑效應和室內定位技術(shù)的特點(diǎn)，本文提出一種基于2.45 GHz的有源射頻識別系統的方案。參考ISO18000-7標準對系統通信協(xié)議進(jìn)行了規劃，設計了硬件系統和基于C++的上位機及電子地圖系統,在實(shí)驗室環(huán)境下對系統標簽掃描、標簽容量和識別效率進(jìn)行了優(yōu)化和改善，使系統的可靠性和適用性得到了增強。
1 系統設計方案
1.1 復用段保護環(huán)點(diǎn)對多點(diǎn)系統
系統由一臺中央監控設備（主閱讀器）和一系列遠程終端設備（從閱讀器）構成了點(diǎn)對多點(diǎn)的多任務(wù)無(wú)線(xiàn)通信系統。主閱讀器與從閱讀器，以及各從閱讀器之間通過(guò)雙絞線(xiàn)進(jìn)行連接， 從閱讀器可以作為一個(gè)數據中轉站，起到暫存數據和距離延伸的作用，各個(gè)中轉站之間以單向通信方式進(jìn)行數據傳遞。各從閱讀器由主閱讀器通過(guò)雙絞線(xiàn)進(jìn)行遠程供電，簡(jiǎn)化了系統結構，降低了成本。為了保證數據傳輸和系統供電的可靠性，各從閱讀器之間組成了一個(gè)復用段環(huán)狀結構，這種結構較鏈狀結構的可靠性有大幅度的提高。
1.2 硬件平臺
系統的硬件平臺主要包括主閱讀器和從閱讀器兩部分[4]。從閱讀器負責從標簽讀取數據，將數據打包處理后逐次傳遞，發(fā)給主閱讀器，最后送到PC主機?？紤]到室內定位所要求的通信距離、發(fā)射功率、成本以及功耗等，這里選擇有源電子標簽進(jìn)行系統構建。閱讀器和電子標簽的基本構成包括微控制模塊、射頻模塊、電源及外圍電路等[5]。為了滿(mǎn)足系統設計所要求的收發(fā)穩定、信號檢測靈敏度高以及低發(fā)射功率等要求，本系統選擇了NRF2401無(wú)線(xiàn)傳輸芯片和以Atmega8L為主的微控制模塊。
　　控制單元由MCU和編碼電路構成，主要完成以下任務(wù)：①與應用系統軟件PC端進(jìn)行通信并執行系統發(fā)來(lái)的指令;②控制電子標簽的通信過(guò)程;③信號的編碼與解碼;④執行反碰撞算法;⑤對電子標簽與閱讀器之間要傳送的數據進(jìn)行加密和解密;⑥進(jìn)行讀寫(xiě)器和電子標簽之間的身份驗證。系統結構如圖1所示。

圖2為單元系統硬件平臺模塊，系統具有工作狀態(tài)指示和電源控制、移動(dòng)目標位置識別、信息監控等功能，查詢(xún)互控性較好。

2 系統通信協(xié)議的規劃
為了保證閱讀器與電子標簽通信的穩定性，提高數據傳輸的效率，本方案依據協(xié)議ISO/IEC18000-7對系統通信協(xié)議進(jìn)行了規劃。
2.1通信協(xié)議的格式
　系統采用的NRF2401芯片有兩種收發(fā)模式，分別是突發(fā)模式和直接模式，這里采用突發(fā)模式。在突發(fā)模式下，NRF2401使用片內先入先出堆棧區，數據可低速從微控制器輸入并高速發(fā)射出去。NRF2401自動(dòng)處理字頭和CRC校驗碼，即在發(fā)送數據時(shí)，自動(dòng)加上字頭和CRC校驗碼。在接收數據時(shí)， 一旦檢測到符合本機硬件地址的數據幀，便自動(dòng)將字頭和CRC碼移除。突發(fā)模式下具體數據幀格式如表1所示，表2、表3為閱讀器與標簽之間的數據通信格式。