基于CC2500的種子RFID無線識別系統設計

曹婧華，冉彥中，許志軍

(吉林大學 和平校區計算機教研室，長春 130062)

作物種子的識別與示蹤方目前仍停留在翻查手工編制檔案卡片方式上，人工記錄種子各種信息，將記載信息的卡片置于袋中或貼在箱子上，時間久了數據易丟失。隨著年份增多而保存的種子也增多，如何快速準確識別出各類種子以及種子名稱、品種、產地、批次、施用農藥、生產者等各種信息的問題顯得日益突出。采用RFID無線識別系統還可以對種子的生產、加工、運輸、貯藏、包裝、檢驗和衛生等各個環節實施全程監控，RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別(電子標簽)，是一種簡單的無線系統，由一個控制器(閱讀器)和電子標簽以及計算機組成。

1 RFID無線識別系統組成

RFID無線識別系統由種子電子標簽、控制器、計算機種子管理系統三部分組成。

圖1 種子RFID無線識別系統Fig.1 Seed identification system based on RFID wireless

無線識別系統工作原理是：種子標簽進入磁場后，閱讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息，或者主動發送某一頻率的信號；讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理，系統組成如圖1所示。

電子標簽是用來存儲需要識別和傳輸的種子信息，每個電子標簽具有唯一的電子編碼，標簽中含有內置天線，用于和射頻天線進行通信，它存儲的信息可以被射頻控制器通過非接觸方式讀/寫獲取。在本系統中種子標簽釘在種子袋、種子箱上。

控制器 主要由天線、無線收發模塊CC2500、控制模塊Msp430、電源、接口電路等組成，是負責讀取或寫入標簽信息的設備，它可以單獨完成數據的讀寫、處理等功能，也可以與計算機完成對種子電子標簽的操作。

種子管理系統 計算機通過Max232串行口與控制器連接，主要完成數據信息的存儲、管理、分析，采用SQL-server數據庫作為后臺數據庫。

2 種子無線識別系統硬件電路設計

種子電子標簽和控制器的無線收發模塊均采用TI公司 CC2500無線收發器芯片，是一款單片2.4GHz射頻收發芯片，適合于低成本超低功耗的無線應用，電路設定為2400-2483.5MHz SRD(短距離設備)頻率波段。支持多種調制方式，包括FSK、GFSK、OOK和MSK，RF收發器集成了一個數據傳輸率可達500kbps的高度可配置的調制解調器。通過開啟集成在調制解調器上的前向誤差校正選項，能使性能得到提升。CC2500為數據包處理、數據緩沖、突發數據傳輸、空閑信道評估、連接質量指示和電磁波激發提供廣泛的硬件支持。CC2500的主要操作參數和64位傳輸/接收FIFO(先進先出堆棧)可通過SPI接口控制，如圖2所示。

圖2 CC2500無線收發電路Fig.2 CC2500 wireless transceiver circuit

控制器采用MSP430F，是TI公司生產的一種超低功耗的混合信號芯片。MSP430單片機內嵌入了硬件 SPI模塊，可以很方便地與無線收發芯片CC2500進行SPI同步通信。SPI同步通信是指通信雙方共用一個時鐘進行數據的傳送，發送方發送速率與接收方接收速率完全相同，并且數據的高位先傳輸。將 MSP430設為主機，CC2500為從機，在主機模式下，通信引腳的定義如下：UCXSIMO，主機模式，數據輸出線；UCXSIMI，數據輸入線；UCXCLK，時鐘輸出線；一條用于片選 CC2500；一條CC2500的信號輸出線GDOX，用于產生中斷信號，通知 MSP430F進行無線數據的收發。CC2500與MSP430連接如圖3所示。

圖3 SPI接口連接Fig.3 SPI interface

3 種子無線識別系統SPI通信軟件設計

通信建立過程：開始所有通信模塊都處于接受狀態，守候在一個公共的信道上，當某一通信器A發起請求時，先在信道上發送一幀報文數據，另一通信器B接收后，按預定義幀格式與自己的ID號進行比較，如果通信器 B的 ID號與之匹配，則cc2500自動繼續接收完整幀數據，否則接受流程通信器B不再進行后續數據的接收，其流程如下。

(1)初始化SPI，MCU各引腳

當有數據接收或發送時，可以采用中斷或查詢兩種方式，芯片GdO0與GDO2引腳輸出至Msp430各引腳，若要用中斷則要接至Msp430外部中斷引腳，查詢時則可用通用的I/O口，使用中斷引腳，只要在數據包需要發射或接受時，才喚醒Msp430，實現低工耗。

(2)復位CC2500

(3)初始化CC2500，各個寄存器設置，寫操作時可以從SO中讀出CC2500的狀態，初始化后，CC2500為空閑狀態，可以將CC2500設為不同的狀態。

(4)狀態機轉換，讀/寫 FIFO 數據。收發數據可以通過GPO0引腳產生中斷，依據不同情況處理。

其通信過程主要包括無線數據發送和接收兩部分，簡化說明僅列出部分c語言編寫的部分代碼，CC2500數據包接收函數，數據包發送函數等。

(1)CC2500數據包接收函數

4 計算機種子資源管理系統設計

每個種子包裝上都有RFID標簽，通過標簽鑒定種子來源，利用讀寫器在倉庫中迅速找到該產品。把各種信息加入RFID標簽，通過網絡把信息傳送到公共的數據庫中，消費者或購買產品的單位，把商品的RFID標簽內容和數據庫中的記錄進行比對，能夠有效地幫助識別假冒產品，種子資源庫RFID管理系統功能模塊如圖4所示。

圖4 種子資源庫管理系統模塊Fig4 The seed resources management module

5 結束語

本文以軟硬件設計實現了種子無線識別系統，可方便地與 PC機連接，在 PC機上實現對種子RFID電子芯片的讀寫操作。該系統主要用于種子識別及管理，有待于完善，可以把產品的生產、加工、運輸、存儲、銷售等環節的信息都存儲在RFID標簽中，可滿足多種應用場合。

[1]周曉光，王曉華.射頻識別(RFID)技術原理與應用實例[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[2]夏冬雪.基于RFID的嵌入式倉庫管理終端[D].成都：西南交通大學，2008.

[3]劉尉.RFID產業發展現狀及未來展望[J].金卡工程，2007(10)：40-43.

[4]胡國勝，張國紅.RFID技術存在的問題與對策分析[J].物流科技，2007(3)：89-92.

[5]賈靈，王薪宇，鄭淑軍.物聯網/無線傳感器網原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.