一種基于RFID的移動(dòng)目標監控系統的設計

　為了能夠動(dòng)態(tài)調整標簽容量，適應不同應用場(chǎng)合的要求，根據系統MCU的處理能力，設置了4個(gè)標簽容量值：16(10000)、64(1000000)、128(10000000)、256(100000000)。在數據幀中，標簽ID號預留10個(gè)二進(jìn)制位，最高位用來(lái)表示標簽是否被激活，其余9位用來(lái)表示標簽的ID，在ID號的分配過(guò)程中，首先由111111111與對應的標簽容量作“與”運算，運算結果作為該容量下的編碼范圍。
2.2 軟件流程
　電子標簽攜帶著(zhù)相關(guān)信息，當微控制器接收到觸發(fā)信號后，標簽被激活，向閱讀器發(fā)出呼叫請求，在定時(shí)器規定的時(shí)間內，不斷地向距離最近的閱讀器發(fā)送數據發(fā)送請求命令，直到收到閱讀器發(fā)出的應答命令。在標簽收到應答命令后，將攜帶的消息發(fā)送出去，判斷閱讀器的反饋信息，如果反饋信息與校驗碼相符，表示閱讀器正確收到標簽的數據。閱讀器與標簽的通信過(guò)程如圖3所示。

　從閱讀器與標簽進(jìn)行通信的同時(shí)，還可以作為一個(gè)數據中轉站進(jìn)行數據傳遞，其工作流程如圖4。中轉站通信鏈路采用令牌環(huán)的傳輸方式，只有握有令牌的一方才有發(fā)送數據的權利。中轉站每10 ms切換一次，具有執行中轉站和與標簽通信的雙重作用。

2.3 防碰撞設計
　系統所涉及的干擾主要有兩個(gè)方面，一方面是閱讀器與標簽之間通信時(shí)，標簽與標簽之間的碰撞問(wèn)題，當有較多的標簽同時(shí)出現在閱讀器的范圍之內時(shí)，各標簽之間傳輸的信號互相干擾，閱讀器將收不到正確的信息。為此，閱讀器與標簽之間采用了幀時(shí)隙ALOHA算法，進(jìn)行防碰撞設計。通過(guò)明確的分組，有效地限制每次響應的標簽數量，使每次響應的標簽數都與幀時(shí)隙算法的幀長(cháng)相匹配，從而獲得較高的標簽識別效率。另一方向就是當2個(gè)以上的從閱讀器同時(shí)向主閱讀器傳送數據時(shí)，將會(huì )產(chǎn)生干擾，出現錯誤信息。本文采用了時(shí)分多路法來(lái)解決，時(shí)分多路法的主要特點(diǎn)是利用不同的時(shí)隙來(lái)傳送各路不同的信號，每路信號在時(shí)域上是分開(kāi)的。
3 監控軟件的開(kāi)發(fā)
軟件系統主要由三部分構成：數據庫系統、地圖編輯器、操作界面。軟件界面的開(kāi)發(fā)基于Visual Studio 2005，電子地圖的二維顯示框架主要使用了DirectX開(kāi)發(fā)包。PC機通過(guò)RS232與主閱讀器進(jìn)行通信，獲得的數據儲存在基于Excel的數據庫中。
　電子地圖信息系統的一大特點(diǎn)就是支持多場(chǎng)合的應用，為了提高軟件的通用性，設計了輔助軟件——地圖編輯器，可以根據不同的應用場(chǎng)合，靈活地繪制、修改應用場(chǎng)景的地圖。
　通過(guò)對Excel的調用，完成數據的實(shí)時(shí)存儲、查詢(xún)調用功能，結果用數據表格和地圖信息的方式進(jìn)行顯示。這樣就可以對攜帶電子標簽的移動(dòng)目標進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控。
4 系統測試與結果分析
　實(shí)驗中使用了3個(gè)閱讀器，2個(gè)電子標簽。主要對標簽與閱讀器通信的誤碼率、閱讀器的通信距離兩方面進(jìn)行了測試。另外根據MCU的數據處理速度，估算了閱讀器識別范圍內的標簽容量，綜合分析了單標簽掃描次數與系統效率、標簽容量之間的關(guān)系。
　經(jīng)測試發(fā)現，標簽與閱讀器數據傳輸的誤碼率與NRF2401芯片的工作頻率選擇有很大關(guān)系， NRF2401在2 400 MHz~2 570 MHz之間共有157個(gè)頻點(diǎn)可供選擇，選擇適當的中心頻率可以降低系統誤碼率，提高數據的傳輸效率。測試結果如圖5所示。