1 引言
RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，是現(xiàn)在使用的條形碼的無線版制本,，它通過射頻 信號自動識別日標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),，具有條形碼所不具備的防水、防磁,、耐高溫,、使用壽命長、讀取距離大,、標簽 數(shù)據(jù)口可以加密,、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲 信息更改自如等優(yōu)點,。RFID技術(shù)在國外的發(fā)展較早也較快,，尤其在美國 、英國,、德國,、瑞典、瑞士,、日本,、南非目前均有較為成熟且先進的RFID系統(tǒng)。其 中,，低頻近距離RFID系統(tǒng)主要集中在125kHz,、13．56MHz系統(tǒng),；高頻遠距離RFID系統(tǒng)主要集中在UHF頻段(902MHz- 928MHz)915MHz,、2．45GHz、5．8GHz,。在RFID技術(shù)研究及產(chǎn)品開發(fā)方面,，國內(nèi)已具有了自主開發(fā)低頻、高頻與微波RFID電子標簽 與讀寫器的技術(shù)能力及系統(tǒng)集成能力,。與同外RFID先進技術(shù)之間的差距主要體現(xiàn)在RF1D芯片技術(shù)方面?，F(xiàn)有的RFID技術(shù)仔在數(shù)據(jù)，炙全性不高,、識別距 離短,、設(shè)備成本高以及讀寫系統(tǒng) 作靈活性不強等問題。鑒于上述情況,，本課題將ZigBee技術(shù)融入到RFID中,，設(shè)計了基于了ZigBee的遠距離 RFID系統(tǒng)。
2 RFID系統(tǒng)的硬件設(shè)計
本系統(tǒng)由以下三部分組成：應(yīng)答 器,、讀卡器和上位機,。應(yīng)答器相當于傳統(tǒng)的RFID系統(tǒng)中的射頻卡，主要存儲所管理物品的信息，不同的是它為有源卡,；讀卡器讀取應(yīng)答器中的信息,，并將所讀取 的信息經(jīng)有線或無線方式傳輸給上位機，對本系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理,。其總體方案設(shè)計如圖1所示,。
2．1射頻芯片的確定
本課題選用Chipcon公司的CC2420作為本系統(tǒng)的無線通信器件。CC2420是Chipcon AS公司推Ⅲ 的首款符合 2．4GHz 1EEE 802．15．4標準的射頻收發(fā)器,。該器件包括眾多額外功能,，是市場j二第一款適用于ZigBee產(chǎn)品的RF器件。 CC2420 片是基于Chipcon公司的Smart RF 03技術(shù),，采用0．18微米CMOS工藝制作,。該芯片具有很高的集成度，幾乎不需要外部元 件,，堅實耐用,、功耗低。CC2420芯片可以用于ZigBee所定義的全功能設(shè)備(Full Flunction Devices,，F(xiàn)FD1和簡約功能設(shè) 備(Reduted Function Decices．RFD)上,。
2.2系統(tǒng)對微控制器的要求
ZigBee協(xié)議棧對系統(tǒng)微控制器的要求有：至少8位微控制器，完全協(xié)c義棧所需的ROM為32K,，簡單功能節(jié)點協(xié)c義棧所需的ROM為6K,。讀卡器和應(yīng)答器對內(nèi)存的需求分別為四十幾兆、幾兆的空間,，再結(jié)合芯片價格,、開發(fā)難易程度等特點
采用JATMEL公司的AVR系列單片機AT lnega 16L和AT mega 64L比較合適。AT lnega 16L,、64L足摯下增強 AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器,，由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，該控制器的數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS／MHz,，從而 可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾,。
2．3實際工作電路
本系統(tǒng)電路如圖2、3所示,，分別為應(yīng)答器和瀆卡器,。讀卡器最終要完成與上位機的通信，所以本設(shè)計應(yīng)用串口協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片AD101完成兩臺設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸,。
3 RFID系統(tǒng)的軟件設(shè)計
無線網(wǎng)絡(luò)的軟件設(shè)計是實現(xiàn)遠距離RFID系統(tǒng)必不可少的部分,，本課題所涉及的軟件部分重點包括以下兩方面：
(1)讀卡器，也就是主節(jié)點,，主要是Atmega 64L與Atmega16L,，以及MCU與無線模塊通信的收發(fā)程序。
(2)應(yīng)答器，也就是終端節(jié)點,，實現(xiàn)終端節(jié)點與豐節(jié)點的數(shù)據(jù)交換,。在設(shè)計各部分程序之前，首先要了解Chipcon公司的CC2420開發(fā)平臺通訊協(xié)議的模型結(jié)構(gòu)和所使用的編程工具,，以及本系統(tǒng)中無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件的特點,。
3．1讀卡器的軟件設(shè)計
讀卡器是整個無線網(wǎng)絡(luò)的管理員，它將負責網(wǎng)絡(luò)的建立,、地址的分配和成員的加入,、節(jié)點設(shè)備數(shù)據(jù)的更新、設(shè)備關(guān)聯(lián)表的維護并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的狀況自動更新,。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)要求至少一個FFD作為網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點,。要建立一個網(wǎng)絡(luò)，第一個節(jié)點必須被配置成主節(jié)點,，這樣才能管理以后添加到網(wǎng)絡(luò)的其它節(jié)點,。由于主節(jié)點 處于網(wǎng)絡(luò)的最上層，功能復(fù)雜,，因此時主節(jié)點的硬件配置也有較高的要求,，主節(jié)點一般是由電源供電。本課題中讀卡器相當于整個網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點,，而應(yīng)答器作為終端 節(jié)點,。一旦主設(shè)備將節(jié)點設(shè)備同網(wǎng)絡(luò)連接，便可以實現(xiàn)通信,。圖4為在網(wǎng)絡(luò)建立成功的基礎(chǔ)上讀卡器的工作流程圖,。
3．2應(yīng)答器的軟件設(shè)計
應(yīng)答器(終端節(jié)點)是ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中最簡單的一種，它可以是一個FFD也可以是一個RFD,。它不支持路由功能,，只能與一個上層節(jié)點(路南或協(xié)凋 器)通信。由于不需要與臨近節(jié)點協(xié)調(diào)以產(chǎn)生路由功能,，終端節(jié)點可以離線工作(如關(guān)閉收發(fā)器) 而不影響網(wǎng)絡(luò)的連通性。終端節(jié)點是整個網(wǎng)絡(luò)的尾端,，它是南嵌 入各個設(shè)備中的通訊模塊和設(shè)備共同組成的,，這樣的設(shè)備具有網(wǎng)絡(luò)功能，可以響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的請求,。圖5是本課題設(shè)計的遠距離RFID系統(tǒng)中應(yīng)答器的軟件工作流程 圖,。
4 實驗測試
為了試驗電路板的工作穩(wěn)定性能以及在普通環(huán)境下的無線傳輸中的丟包率。設(shè)計了一個測試方案,，方案如下：編寫了一個發(fā)包收包軟件,，通過PC、凄卡器給應(yīng)答 器發(fā)包，應(yīng)答器收到包后,， 即回發(fā),，讀卡器回收到包后，通過串口傳給PC,，接收到的數(shù)據(jù)再通過超級終端顯示,。讀卡器、應(yīng)答器在使用時需要外加一載板,，載板 上提供3．3V電源與RS232的接口以便傳遞數(shù)據(jù),。CC2420按上述結(jié)構(gòu)所配置，當傳輸數(shù)據(jù)AA時接收端St)口輸出的波形為圖6所示,。
經(jīng)過反復(fù)實驗,，本課題所設(shè)計的應(yīng)答器可以很方便地加入、退出讀卡器網(wǎng)絡(luò),，識別時無需方向配置,，經(jīng)讀卡器發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)顯示準確，無線通訊距離可達50米,，在加入功放的前提下,，通訊距離可達到2000米，垂直傳輸可穿越三 ,、四層樓板,。
5 結(jié)束語
本課題將其融入到現(xiàn)有的RFID系統(tǒng)中，設(shè)計了基于zigBee的遠距離RFID系統(tǒng),。設(shè)計了遠距離RFID系統(tǒng)的硬件電路,，主要包括有源應(yīng)答器和讀卡 器部分。完成了讀卡器作為主節(jié)點組網(wǎng),，應(yīng)答器作為子節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò),，讀卡器和應(yīng)答器相互通信的軟件設(shè)計。本文所設(shè)計的遠距離RFID系統(tǒng)在市場上尚無同類產(chǎn) 品問世,，由于技術(shù)的通用性,，該系統(tǒng)的研制將為其它基于ZigBee無線通信技術(shù)的產(chǎn)品研制開發(fā)提供可借鑒之處。