一种基于RFID的移动目标监控系统的设计

2010-10-14 19:51:05来源: 电子技术应用

  摘   要:NRF2401Atmega8L为硬件核心,设计了一个RFID监控系统,实现了复杂电磁环境下的移动目标跟踪监控。针对信号频率、标签容量识别效率间的关系,从理论上进行描述和分析,结合单片机的处理速度,对系统的标签容量进行了估算,得出了扫描次数、标签容量以及系统效率三者之间的关系;通过实验,对系统参数进行优化,得到阅读器在不同发射功率下的通信距离等相关数据,适当选择系统工作频率能较好地控制误码率,提高系统工作的可靠性。实验表明,在系统功率参数一定的条件下,单标签扫描次数与系统的识别效率和吞吐量存在一定关系,适当选择可使系统性能最优化。

  随着无线通信技术的发展,基于位置的服务受到越来越多的关注。无线定位及监控技术以其高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点,显现出巨大的发展潜力与应用空间。目前,无线监控、定位系统的具体应用主要集中在物流供应、交通领域、工业生产、矿井管理和公共管理领域,如井下人员监控系统、城市公交管理系统、动物野外活动定位系统等[1-2]。

  射频识别技术覆盖了整个UHF频段,工作频率可选择433 MHz、868/915 MHz和2.45 GHz,且具有非视距、非接触式的特点[3]。考虑到多径效应和室内定位技术的特点,本文提出一种基于2.45 GHz的有源射频识别系统的方案。参考ISO18000-7标准对系统通信协议进行了规划,设计了硬件系统和基于C++的上位机及电子地图系统,在实验室环境下对系统标签扫描、标签容量和识别效率进行了优化和改善,使系统的可靠性和适用性得到了增强。

1  系统设计方案

  1.1 复用段保护环点对多点系统

  系统由一台中央监控设备(主阅读器)和一系列远程终端设备(从阅读器)构成了点对多点的多任务无线通信系统。主阅读器与从阅读器,以及各从阅读器之间通过双绞线进行连接, 从阅读器可以作为一个数据中转站,起到暂存数据和距离延伸的作用,各个中转站之间以单向通信方式进行数据传递。各从阅读器由主阅读器通过双绞线进行远程供电,简化了系统结构,降低了成本。为了保证数据传输和系统供电的可靠性,各从阅读器之间组成了一个复用段环状结构,这种结构较链状结构的可靠性有大幅度的提高。

  1.2 硬件平台

  系统的硬件平台主要包括主阅读器和从阅读器两部分[4]。从阅读器负责从标签读取数据,将数据打包处理后逐次传递,发给主阅读器,最后送到PC主机。考虑到室内定位所要求的通信距离、发射功率、成本以及功耗等,这里选择有源电子标签进行系统构建。阅读器和电子标签的基本构成包括微控制模块、射频模块、电源及外围电路等[5]。为了满足系统设计所要求的收发稳定、信号检测灵敏度高以及低发射功率等要求,本系统选择了NRF2401无线传输芯片和以Atmega8L为主的微控制模块。

  控制单元由MCU和编码电路构成,主要完成以下任务:①与应用系统软件PC端进行通信并执行系统发来的指令;②控制电子标签的通信过程;③信号的编码与解码;④执行反碰撞算法;⑤对电子标签与阅读器之间要传送的数据进行加密和解密;⑥进行读写器和电子标签之间的身份验证。系统结构如图1所示。


  图2为单元系统硬件平台模块,系统具有工作状态指示和电源控制、移动目标位置识别、信息监控等功能,查询互控性较好。

2 系统通信协议的规划

  为了保证阅读器与电子标签通信的稳定性,提高数据传输的效率,本方案依据协议ISO/IEC18000-7对系统通信协议进行了规划。

  2.1通信协议的格式

  系统采用的NRF2401芯片有两种收发模式,分别是突发模式和直接模式,这里采用突发模式。在突发模式下,NRF2401使用片内先入先出堆栈区,数据可低速从微控制器输入并高速发射出去。NRF2401自动处理字头和CRC校验码,即在发送数据时,自动加上字头和CRC校验码。在接收数据时, 一旦检测到符合本机硬件地址的数据帧,便自动将字头和CRC码移除。突发模式下具体数据帧格式如表1所示,表2、表3为阅读器与标签之间的数据通信格式。

 

  为了能够动态调整标签容量,适应不同应用场合的要求,根据系统MCU的处理能力,设置了4个标签容量值:16(10000)、64(1000000)、128(10000000)、256(100000000)。在数据帧中,标签ID号预留10个二进制位,最高位用来表示标签是否被激活,其余9位用来表示标签的ID,在ID号的分配过程中,首先由111111111与对应的标签容量作“与”运算,运算结果作为该容量下的编码范围。

  2.2 软件流程

  

[1] [2] [3]

关键字:RFID  标签扫描  标签容量  识别效率

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/1014/article_3089.html
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