有源RFID系統中可靠通信的研究
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現代生活中越來(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)廣泛應用，但局限性也非常突出，如：條碼標簽的內容無(wú)法修改，條碼標簽必須清潔無(wú)磨損，閱讀器讀／寫(xiě)條碼時(shí)應保持適當角度，閱讀器與條形碼之間必須可視。RFID是射頻識別的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，其利用無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在讀寫(xiě)器和電子標簽之間建立通信，實(shí)現無(wú)接觸信息傳遞，并通過(guò)所傳遞的信息達到識別目的?，F在RFID技術(shù)已被廣泛應用于生產(chǎn)、物流、交通、醫療、跟蹤等應用領(lǐng)域的數據收集和處理。RFID技術(shù)的優(yōu)勢則較為突出，如：標簽信息可修改，能在惡劣的環(huán)境下較遠距離進(jìn)行讀取，可同時(shí)處理多個(gè)標簽。
根據實(shí)現的方式不同，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)研究和應用都較為成熟，系統中電子標簽工作所需要的全部電源都依靠轉換接收到的讀寫(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)系統中的電子標簽具備電池，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，在追蹤和識別高價(jià)值商品時(shí)非常有用。
l 有源RFID系統的設計
1．1 系統結構
有源RFID系統由有源電子標簽(tag)、讀寫(xiě)器(reader)和計算機3部分組成；有源電子標簽由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標簽具有惟一的電子編碼(EPC)，保存有約定格式的電子數據；讀寫(xiě)器讀取電子標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；計算機(上位機)用來(lái)進(jìn)行數據管理和數據處理，其系統結構如圖1所示。
在實(shí)際應用中，讀寫(xiě)器發(fā)送出一定頻率的射頻信號，附在待識別物體表面中電子標簽接收射頻信號后，執行相應動(dòng)作。通常讀寫(xiě)器與計算機相連，電子標簽回送的信息被讀寫(xiě)器讀取解碼后送至計算機進(jìn)行下一步處理，從而達到自動(dòng)識別體的目的。
1．2 硬件設計
RFID系統依照不同的標準，可以分為不同的類(lèi)型。根據RFID系統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)。根據文獻以及對不同頻段RFID系統優(yōu)缺點(diǎn)的分析比較，再結合課題的要求，能在50 m范圍內自動(dòng)監測標簽，并能讀寫(xiě)數據，選用工作頻率為2．4 GHz的微波頻段的RFID系統進(jìn)行研究。2．4 GHz頻率具有衰減較小，傳輸距離遠．傳輸數據快，數據吞吐量高，識別多目標能力強的特點(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在系統可編程FLASH和內嵌4 KB SRAM，并具有功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)、調制解調器(MODEM)等功能，QLP封裝，體積小(6 mm×6 mm)，支持流行的跳頻技術(shù)，可程序控制數據傳輸率大小，最快能夠使數據傳輸率達到500 Kb／s。在系統中使用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可設置的跳頻通信方式、發(fā)射功率和存儲程序，可以實(shí)現頻率更改、讀寫(xiě)距離控制和多種安全協(xié)議，以適用于多種安全級別。
有源電子標簽由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)行數據交換。讀寫(xiě)器由CC2510無(wú)線(xiàn)收發(fā)及控制模塊、天線(xiàn)、USB接口轉換模塊和接口電路組成。讀寫(xiě)器通過(guò)USB接口與上位機相連，用來(lái)接收有源電子標簽發(fā)送的數據。
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