基于RFID的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于rfid的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)識(shí)別技術(shù)(radio frequency identification)作為一種高速進(jìn)展的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)讀取便利快捷、識(shí)別速度快、可同時(shí)識(shí)別多目標(biāo)、數(shù)據(jù)容量大、用法壽命長(zhǎng)、應(yīng)用范圍廣、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動(dòng)態(tài)修改等。因此其推廣應(yīng)用越來越廣泛。但目前實(shí)際應(yīng)用中的讀寫器大多只適合單機(jī)工作，不適合組網(wǎng)，不便于集中控制，不能應(yīng)用到多點(diǎn)高密度數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合。基于rs485標(biāo)準(zhǔn)利用超高頻rfid讀寫器構(gòu)建數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，遵循is0180006b協(xié)議的標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，很好解決了多點(diǎn)高密度數(shù)據(jù)采集的難題。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目可以按照詳細(xì)應(yīng)用場(chǎng)合靈便設(shè)置，最多可以拓展至256個(gè)數(shù)據(jù)

2、采集節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備還配置有接口、顯示、聲光提醒、時(shí)鐘模塊等，也可以脫機(jī)用法，作為通用的rfid讀寫器，讀、寫標(biāo)簽、記錄操作時(shí)光等。2 整體計(jì)劃設(shè)計(jì)該系統(tǒng)借鑒計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)典的cs架構(gòu)，利用rs485銜接囫圇網(wǎng)絡(luò)。其中計(jì)算機(jī)作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備作為客戶機(jī)。計(jì)算機(jī)向各節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備發(fā)送指令控制囫圇網(wǎng)絡(luò)，接收采集到的數(shù)據(jù)并做進(jìn)一步處理；節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備主要負(fù)責(zé)采集標(biāo)簽數(shù)據(jù)，響應(yīng)計(jì)算機(jī)的指令。系統(tǒng)選用的rs485器件max1483使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)最大可達(dá)到256個(gè)。系統(tǒng)計(jì)劃框圖1所示。3 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備的設(shè)計(jì)，即超高頻rfid讀寫器的設(shè)計(jì)。讀寫器的主要功能是發(fā)出咨詢信號(hào)，挑選

3、能量場(chǎng)內(nèi)的應(yīng)答器，建立數(shù)據(jù)通信鏈路并對(duì)應(yīng)答器舉行讀寫操作。超高頻rfid讀寫器的數(shù)據(jù)采集距離較遠(yuǎn)，可達(dá)到130 m，通過軟件設(shè)置射頻收發(fā)模塊增益大小來控制讀寫距離，靈便地滿足實(shí)際要求。讀寫器硬件根據(jù)不同的功能可劃分為主控模塊、射頻收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、接口部分、時(shí)鐘模塊、lcd顯示模塊、聲光提醒模塊及調(diào)試電路等，詳細(xì)2所示。(1)主控模塊選用混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)器件c8051f340作為節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備的主控器件，負(fù)責(zé)控制、協(xié)調(diào)各功能模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和指令響應(yīng)。利用器件的雙串口分離控制射頻收發(fā)模塊和rs485接口器件max1483；自帶的usb功能控制器構(gòu)成usb接口；通過io端口模擬i2c時(shí)序控制

4、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件at24c16；通過io端口控制時(shí)鐘ds1302；lcd通過端口并行傳輸顯示數(shù)據(jù)，外加其他io端口作為輔助控制：由io端口控制和蜂鳴器構(gòu)成聲光提醒模塊。(2)射頻收發(fā)模塊選用rmu900超高頻讀寫模塊。該模塊通過天線解調(diào)、解碼射頻標(biāo)簽放射的信號(hào)，把數(shù)據(jù)發(fā)送給主控器件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，或?qū)⒅噶詈蛿?shù)據(jù)編碼、調(diào)制后經(jīng)天線發(fā)送給標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽的寫操作。數(shù)據(jù)的傳輸通過與c8051f340的串口o相連的tx0和rx0實(shí)現(xiàn)。圖3為主控模板和射頻收發(fā)模塊原理圖。(3)電源模塊 射頻模塊的功率較大。因此對(duì)于電源的要求較高，要求輸出大功率并且囫圇系統(tǒng)用到5 v和33 v兩種不同電源。所以挑選lt108

5、5作為電源轉(zhuǎn)換器件。該器件可將5 v轉(zhuǎn)換成33 v，最大輸出可達(dá)2 a。徹低滿足射頻模塊和系統(tǒng)其他部分對(duì)電源的需要。(4)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，待接收到計(jì)算機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)指令后再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到計(jì)算機(jī)。i2c接口的at24c16容量為16 kbit，可存儲(chǔ)2 k字節(jié)的數(shù)據(jù)。通過主控器件io端口模擬i2c時(shí)序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀和寫。(5)接口部分rs485接口采納max1483器件。最多可驅(qū)動(dòng)256個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過rj11接口實(shí)現(xiàn)與總線的銜接：usb接口用法主控器件自帶的usb控制器，具有很高的牢靠性。圖4是電源模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、接口部分的原理圖。(6)其他模塊1602單色液晶顯示屏，可顯示

6、采集到的數(shù)據(jù)和操作時(shí)光或?qū)崟r(shí)時(shí)光。顯示數(shù)據(jù)的傳輸采納并行傳輸?shù)姆绞?，加快了屏幕的刷新頻率。聲光提醒模塊提醒操作完成狀況。主要通過主控器件的io端口控制led閃耀和蜂鳴器的鳴笛。時(shí)鐘模塊顯示數(shù)據(jù)采集的時(shí)光或?qū)崟r(shí)時(shí)光。除板載電源外還設(shè)計(jì)有備用的紐扣電池，使掉電時(shí)時(shí)鐘不走失。調(diào)試電路實(shí)現(xiàn)在線編程，向主控器件c8051f340燒寫程序，監(jiān)測(cè)變量值的變幻狀況，調(diào)試程序，輔助完成軟件的編寫。圖5、圖6為上述模塊的原理。4 軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件兩部分。上位機(jī)軟件部分主要針對(duì)計(jì)算機(jī)平臺(tái)，采納c+語言編寫控制節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備和接收節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后做進(jìn)一步處理?？紤]到網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模

7、最大為256節(jié)點(diǎn)，上位機(jī)采納輪詢方式控制各個(gè)節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備，維持囫圇網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行?？刂乒?jié)點(diǎn)終端設(shè)備的指令主要有：(1)發(fā)送數(shù)據(jù)指令：下位機(jī)接收到該指令的響應(yīng)是發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)，即緩存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)；(2)寫標(biāo)簽指令：下位機(jī)接收到該指令的響應(yīng)是向感應(yīng)區(qū)內(nèi)的標(biāo)簽寫入新的數(shù)據(jù)；(3)時(shí)光設(shè)置指令：下位機(jī)的響應(yīng)是按照參數(shù)更新ds1302的數(shù)據(jù)；(4)設(shè)置功率指令：設(shè)置射頻收發(fā)模塊的放射功率以調(diào)整讀寫標(biāo)簽的距離；(5)寫分機(jī)號(hào)指令：該指令為單機(jī)指令，可為每個(gè)節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備寫入一個(gè)唯一的分機(jī)號(hào)，以便區(qū)分不同的終端設(shè)備。下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要針對(duì)平臺(tái)，采納編寫，主要是各功能模塊的驅(qū)動(dòng)程序，如射頻模塊的控制、

8、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)讀寫、時(shí)鐘模塊的輸出、lcd顯示模塊的數(shù)據(jù)顯示程序、usb接口的驅(qū)動(dòng)程序等。圖7為下位機(jī)軟件流程圖。5 通信協(xié)議設(shè)計(jì)通信協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)正常工作必不行少的，主要是對(duì)計(jì)算機(jī)和節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備間通信幀格式的詳細(xì)規(guī)范與統(tǒng)一，例如幀長(zhǎng)度確定、指令字意義、參數(shù)長(zhǎng)度、幀起始標(biāo)記、結(jié)束標(biāo)記等。詳細(xì)幀格式規(guī)定如表1所示。每幀數(shù)據(jù)有23字節(jié)，其中起始位1字節(jié)，固定為oxaa；分機(jī)號(hào)1字節(jié)，可設(shè)置范圍為0"255；指令1字節(jié)，包括5個(gè)指令：oxof、ox2f、ox4f、ox8f、oxaf，依次為發(fā)送數(shù)據(jù)指令、寫數(shù)據(jù)指令、時(shí)光設(shè)置指令、功率設(shè)置指令、寫分機(jī)號(hào)；數(shù)據(jù)17字節(jié)，包括標(biāo)簽數(shù)據(jù)12字節(jié)和時(shí)光數(shù)據(jù)5字節(jié)；cre校驗(yàn)采納crc-16，共2字節(jié)，是起始位到數(shù)據(jù)位之間全部數(shù)據(jù)的crc校驗(yàn)值；停止位1字節(jié)，固定為ox55。系統(tǒng)通過rs485總線實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信。計(jì)算機(jī)按照分機(jī)號(hào)挑選不同節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備，挑選指令代碼實(shí)現(xiàn)各指令，數(shù)據(jù)部分為操作響應(yīng)代碼(“0”標(biāo)識(shí)操作失敗，“1”標(biāo)識(shí)操作勝利)、相關(guān)參數(shù)(如時(shí)光設(shè)置指令中的時(shí)光參數(shù))或