基于RFID技术的无线传感器网络节点的设计.pdfVIP

基于RFID 技术的无线传感器网络节点设计 为了解决无线传感网通常运行在人不能或不便接近的环境，能源无法替代的问题，该设 计采用了单片机MSP430F2370 芯片和少量外围电路等来构成完整测量系统。由于其充分 利用了单片机内部资源，使系统硬、软件设计达到了最小化，具有识别可靠性高、抗干扰能 力强、成本低廉和体积小巧等特点。它可以识别ISO15693，ISO14443A，ISO14443B 等 多种协议标准的电子标签。在今后的门禁系统、生产线检测、自动收费系统、超市物流等方 面有很大的应用前景。 物联网与无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度 集成的前沿热点研究领域。物联网能够获取客观物理信息，具有十分广阔的应用前景，能应 用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控 制等领域，被认为是对21 世纪产生巨大影响力的技术之一。 因此，本文提出了一种基于物联网技术的多标准RFID 设别设备，此设备可以实时自动 识别物品的RFID 电子标签内信息，具有识别可靠性高，信息处理能力强，功耗小，必威体育官网网址性 强。再结合无线传感器网络技术的信息传输，可实现无线网络环境下的信息应用，本实用新 型的应用将会越来越广泛，对于物联网技术和无线传感器网络技术有重要的理论意义和应用 价值。 1 RFID 技术简介 1.1 RFID 分类 RFID 按应用频率不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)，相对应代 表性频率分别为：低频135kHz 以下、高频13.56MHz、超高频860～960 MHz、微波2.4～ 5.8 G。 RFID 按照能源供给方式分为无源RFID 标签或被动标签(Passive Tag)，有源RFID 标 签或主动标签(Active Tag)，以及电池协助的无源RFID 标签。无源RFID 标签价格很低， 但是无需要电池，有源RFID 可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电。有源标签由于 有电池供电和功能较强的微控制器和无线单片机，所以可以实现更大范围的传感器数据监测 和数据采集，也可以通过ZigBee、Wi—Fi、GPRS/3G 等技术实现网状网络，来延伸标签 的范围，是RFID 技术一个非常重要的发展方向。 1.2 射频识别系统组成 射频识别系统主要由标签(Tag)、读卡器(Reader)、天线(Antenna)等组成，一般还需要 其他软硬件的支持。 标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成(有源标签还需要电池和传感器等)，每个标签具有 唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。 读卡器(Reader)：也称读写器等，读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手 持式或固定式。 天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。如果是有源电子标签，读卡器也以 同时是一个无线网关，能够将有源标签节点收集的数据，通过低功耗网络，传输到物联网和 互联网。 1.3 RFID 技术的工作原理 RFID 技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，射频前端发出的射频信号，凭 借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标 签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签);读取信息并解码后， 送至RFID 射频识别控制单元进行有关数据处理。 2 射频识别节点的硬件设计 2.1 射频识别节点的结构 如图1 为射频识别节点的结构：它包括：1)USB 转串口单元;2)RFID 射频识别控制单 元;3)RFID 读头前端单元;4)和无线射频收发单元。射频前端和标签间一般采用半双工通信方 式进行信息交换，同时通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通 过Eth-ernet 或WLAN 等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。 2.2 USB 转串口和射频识别控制单元 USB 转串口单元和RFID 射频识别控制单元连接如图2 所示。其工作原理为：用户可 以通过USB 接口把模块与PC 机连接，通过USB 转串口单元发送命令到射频识别控制单元， 同时射频识别控制单元可以通过USB 转串口单元把数据传输到PC 机上进行数据处理。 2.3 RFID 读头前端单元 图3 给出了本实用新型的核心控制电路，其工作过程是：TRF7960 通过SPI 口与 MSP430F2370 通信。当读头前端