射頻識別數(shù)據(jù)在電力線中傳輸方式的研究

彭燦明

（羅定職業(yè)技術(shù)學院電子信息系，廣東 羅定527200）

射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）在物流、物聯(lián)網(wǎng)方面有著重要的用途，目前并沒有得以廣泛應(yīng)用，其主要原因是RFID在電力線中的傳輸方式存在一定的問題［1－2］.

1 射頻識別信號在電力線中信息傳輸原理設(shè)計

射頻識別卡是將個人信息存儲在卡內(nèi)，使用時將卡片貼在刷卡機供其讀取.射頻識別卡在很多場合都有應(yīng)用，如食堂的飯卡、公交卡等.但如果將卡與刷卡機間隔有0.05m以上的距離，很容易出現(xiàn)讀卡信息失靈的現(xiàn)象.電力線傳輸?shù)木嚯x就大得多，因此可以在設(shè)備上裝載射頻識別儀器，將射頻識別儀器讀取的參數(shù)通過電力線傳輸就可以解決距離短的問題.借助電力網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)對大型設(shè)備的遠程監(jiān)控.而很多重大型設(shè)備如醫(yī)院的CT、DR、MR、LX等醫(yī)療設(shè)備，以及煤礦開采中的鉆探機械設(shè)備等［3－4］，如果出現(xiàn)有人未經(jīng)允許私自挪為他用等違規(guī)行為，那么監(jiān)控這些設(shè)備，使之能被妥善管理，就顯得十分必要.

電力線已經(jīng)布局成一張電力網(wǎng)了，電力載波技術(shù)也已經(jīng)得到了研究應(yīng)用，射頻識別數(shù)據(jù)經(jīng)計算機技術(shù)處理，將采集到的射頻識別信號轉(zhuǎn)換為電力線能識別的電力載波信號，經(jīng)電力線傳輸至計算機信息監(jiān)控端，就可以對醫(yī)療設(shè)備進行監(jiān)控管理了.其設(shè)計框架圖如圖1所示.

圖1 射頻識別信號在電力線中信息傳輸框架圖

圖中，單片機系統(tǒng)應(yīng)該具有將射頻信號轉(zhuǎn)換為電力線所識別的信號，同時也能將電力線上的有用信號轉(zhuǎn)換為計算機監(jiān)控端能識別的信號的功能，因此單片機系統(tǒng)為射頻識別數(shù)據(jù)在電力線中傳輸方式的研究重點內(nèi)容.單片機系統(tǒng)設(shè)計框架如圖2所示.

圖2 單片機系統(tǒng)設(shè)計通信原理圖

單片機系統(tǒng)由現(xiàn)場單元、通信接口、微控制器、信號解調(diào)電路、電力線接口等部件構(gòu)成.現(xiàn)場單元能將射頻識別的RFID數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換傳輸至通信接口，通信接口收到數(shù)據(jù)后根據(jù)微控制器的時鐘信號，對RFID數(shù)據(jù)進行調(diào)制解調(diào)，將信號解碼成電力載波信號，再經(jīng)電力線的接口電路由電力線傳輸至微機監(jiān)控中心端.在微機監(jiān)控中心處有一套反解碼的設(shè)備，能將電力線上的電力載波信號經(jīng)信號解調(diào)和微控制器的解碼處理后，由通信接口，將信號轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)據(jù)，傳輸?shù)接嬎銠C的監(jiān)控中心.微機監(jiān)控中心通過對所獲得的數(shù)據(jù)進行分析，即可判斷出射頻識別端儀器的運行狀況，從而達到監(jiān)控重大儀器的目的.

在大型設(shè)備身上裝有射頻識別儀器，利用該儀器監(jiān)測設(shè)備的運行參數(shù)，如是否開啟、是否發(fā)生移位、偏移距離是多少等參數(shù)；如果設(shè)備在運行，則運行的電壓、功率、電流、運行時間、設(shè)備本身溫度、所處環(huán)境的壓力、濕度等環(huán)境等參數(shù).通過射頻識別設(shè)備上面的傳感器以及相關(guān)電子元器件，所感測得到的數(shù)據(jù)，利用電力載波技術(shù)，通過電力線傳輸至相應(yīng)接口電路設(shè)備中，最終傳輸至監(jiān)控中心的微機中.監(jiān)控人員通過計算機軟件，分析和處理微機中的數(shù)據(jù)，即可得知設(shè)備的運行狀態(tài)，達到監(jiān)控設(shè)備的目的.

監(jiān)控系統(tǒng)通過電力載波解決數(shù)據(jù)通信問題.三相電力線之間采用專用網(wǎng)橋，以解決三相之間和跨變壓器數(shù)據(jù)通信問題.這里采用低壓電力線載波通信方式.數(shù)據(jù)采集模塊解決設(shè)備狀態(tài)檢測，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理完成信息監(jiān)控和調(diào)度管理等.

數(shù)據(jù)由RFID系統(tǒng)采集經(jīng)現(xiàn)場單元發(fā)出至通信接口模塊，存入微控制器處理中的一段緩沖區(qū)內(nèi)，再經(jīng)編碼處理后進行通信調(diào)制，最后耦合到電力線上.在電力線的另一端，數(shù)據(jù)經(jīng)解耦后從電力線上接收下來再解調(diào)到微控制器中，最后經(jīng)通信接口到從通信設(shè)備中.在整個系統(tǒng)中，微控制器是系統(tǒng)的核心，其負責整個系統(tǒng)中各任務(wù)的協(xié)調(diào)與調(diào)度［5］.電力線接口主要起耦合、隔離、濾波與保護的功能.

2 在重大設(shè)備監(jiān)控中的應(yīng)用

根據(jù)前面研究思路設(shè)計了一套針對重大設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)，其設(shè)備本身的RFID數(shù)據(jù)監(jiān)測儀器設(shè)計如圖3所示.

圖3 設(shè)備自身的RFID數(shù)據(jù)監(jiān)測采集模塊框架圖

在重大設(shè)備儀器身上貼有RFID電子標簽，該標簽里面嵌有設(shè)備的型號、購買時間、額度功率、使用環(huán)境、使用場所等重要參數(shù).該數(shù)據(jù)都存儲在存儲器中，由控制器對這些數(shù)據(jù)進行控制，將這些數(shù)據(jù)利用RFID的線圈接口電路和無線收／發(fā)線圈等傳輸至RFID數(shù)據(jù)采集終端的無線收／發(fā)模塊中.通過線圈接收信號，可以將電子標簽與RFID數(shù)據(jù)采集終端之間的距離間隔至20m的范圍，遠大于先前普通射頻識別卡0.05m的有效距離.

RFID數(shù)據(jù)采集終端通過無線接收端接收到電子標簽中的數(shù)據(jù)，傳輸給射頻芯片的控制器；控制器通過主控模塊來判斷分析所得數(shù)據(jù)，同時主控模塊也能向射頻芯片控制器發(fā)送指令，將指令中包含的信息通過無線收發(fā)線圈，將信號傳輸至電子標簽的存儲器中.與主控模塊相連的還有液晶顯示屏和鍵盤操作模塊，以及信號調(diào)制模塊.液晶顯示屏是用于顯示相關(guān)參數(shù)的輸出端口，鍵盤操作模塊為用戶提供輸入端口，操控人員可以通過鍵盤往主控模塊中輸入數(shù)據(jù)，用以控制相關(guān)部件.信號調(diào)制模塊可以將主控模塊中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過信號調(diào)制成二進制數(shù)據(jù)，傳輸至單片機系統(tǒng)，再由單片機系統(tǒng)對信號進行加工處理.

將圖3所設(shè)計的RFID數(shù)據(jù)監(jiān)測采集模塊裝載在某煤礦鉆機中.當鉆機運行時，數(shù)據(jù)被采集后經(jīng)單片機系統(tǒng)處理成電力載波信號，由電力線傳輸至地面的微機監(jiān)控中心，處在監(jiān)控中心的管理人員即能準確掌握鉆機的運行狀態(tài)［6］.

3 結(jié)束語

以前對設(shè)備的監(jiān)控需要視頻技術(shù)，得重新安裝一套視頻監(jiān)控設(shè)備，且視頻網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)繁雜.通過改進的射頻識別儀器，利用計算機硬件技術(shù)，設(shè)計單片機通信系統(tǒng)，將射頻識別數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電力載波信號，經(jīng)由電力線傳輸至計算機監(jiān)控中心，達到對重大設(shè)備的監(jiān)控，這解決了射頻識別與電力載波之間的數(shù)據(jù)傳輸問題，且為重大型設(shè)備的監(jiān)控提出了一種新的思路.利用電力導線的網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，節(jié)約了視頻網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)費用，且電力線鋪設(shè)方便、快捷，大大節(jié)省了人力、財力.

［1］彭燦明.基于傳感器和電力載波通訊的煤礦生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計［J］.煤炭工程，2012（12）：132－134.

［2］詹圣紅.電力線載波技術(shù)在設(shè)施監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用［D］.上海：上海交通大學，2008（22）：58－61.

［3］劉明周，王 強，葛茂根，等.基于射頻識別的裝配過程監(jiān)控體系研究［J］.合肥工業(yè)大學學報（自然科學版），2012（9）：45－47.

［4］吳麗萍.面向無線射頻識別技術(shù)的中量級加密通信協(xié)議［J］.杭州電子科技大學學報，2012（1）：57－60.

［5］魏國珩，張煥國.AES的輕量優(yōu)化及其在射頻識別標簽中的應(yīng)用［J］.武漢大學學報（理學版），2012（6）：78－81.

［6］張兢，李成勇，王 猛.基于射頻識別技術(shù)的多目標識別防碰撞算法［J］.重慶理工大學學報（自然科學），2012（9）：58－61.