基于射頻識別的無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計研究

摘要：為了解決無線傳感網(wǎng)通常運(yùn)行在人不能或不便接近的環(huán)境，能源無法替代的問題，該設(shè)計采用了單片機(jī)MSP430F2370芯片和少量外圍電路等來構(gòu)成完整測量系統(tǒng)。由于其充分利用了單片機(jī)內(nèi)部資源，使系統(tǒng)硬、軟件設(shè)計達(dá)到了最小化，具有識別可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、成本低廉和體積小巧等特點(diǎn)。它可以識別ISO15693，ISO14443A，ISO14443B等多種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽。在今后的門禁系統(tǒng)、生產(chǎn)線檢測、自動收費(fèi)系統(tǒng)、超市物流等方面有很大的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：RFID；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)點(diǎn)；電子標(biāo)簽；物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)能夠獲取客觀物理信息，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，能應(yīng)用于軍事國防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測、搶險救災(zāi)、危險區(qū)域遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域，被認(rèn)為是對21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。
因此，筆者提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多標(biāo)準(zhǔn)RFID設(shè)別設(shè)備，此設(shè)備可以實(shí)時自動識別物品的RFID電子標(biāo)簽內(nèi)信息，具有識別可靠性高，信息處理能力強(qiáng)，功耗小，保密性強(qiáng)。再結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的信息傳輸，可實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息應(yīng)用，本實(shí)用新型的應(yīng)用將會越來越廣泛，對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

1 RFID技術(shù)簡介
1．1 RFID分類
RFID按應(yīng)用頻率不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(MW)，相對應(yīng)代表性頻率分別為：低頻135 kHz以下、高頻13．56 MHz、超高頻860～960 MHz、微波2．4～5．8 G。
RFID按照能源供給方式分為無源RFID標(biāo)簽或被動標(biāo)簽(Passive Tag)，有源RFID標(biāo)簽或主動標(biāo)簽(Active Tag)，以及電池協(xié)助的無源RFID標(biāo)簽。無源RFID標(biāo)簽價格很低，但是無需要電池，有源RFID可以提供更遠(yuǎn)的讀寫距離，但是需要電池供電。有源標(biāo)簽由于有電池供電和功能較強(qiáng)的微控制器和無線單片機(jī)，所以可以實(shí)現(xiàn)更大范圍的傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，也可以通過ZigBee、Wi—Fi、GPRS／3G等技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，來延伸標(biāo)簽的范圍，是RFID技術(shù)一個非常重要的發(fā)展方向。
1．2 射頻識別系統(tǒng)組成
射頻識別系統(tǒng)主要由標(biāo)簽(Tag)、讀卡器(Reader)、天線(Antenna)等組成，一般還需要其他軟硬件的支持。
標(biāo)簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成(有源標(biāo)簽還需要電池和傳感器等)，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。
讀卡器(Reader)：也稱讀寫器等，讀取(有時還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式。
天線(Antenna)：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號。如果是有源電子標(biāo)簽，讀卡器也以同時是一個無線網(wǎng)關(guān)，能夠?qū)⒂性礃?biāo)簽節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)，通過低功耗網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。
1．3 RFID技術(shù)的工作原理
RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，射頻前端發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽)；讀取信息并解碼后，送至RFID射頻識別控制單元進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

2 射頻識別節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計
2．1 射頻識別節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)
如圖1為射頻識別節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)：它包括：1)USB轉(zhuǎn)串口單元；2)RFID射頻識別控制單元；3)RFID讀頭前端單元；4)和無線射頻收發(fā)單元。射頻前端和標(biāo)簽間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時序。在實(shí)際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過Eth-ernet或WLAN等實(shí)現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。