基于ZigBee和ARM的分布式RFID信息采集系統的設計與實現研究

何 滔

(云南能源職業技術學院，云南 曲靖 655000)

0 引言

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)作為一種非接觸式自動識別技術，其技術應用原理主要是通過射頻識別模式來實現自動目標識別[1]。以往的射頻識別技術應用中，存在大量的缺陷，如系統布線復雜、靈活度差、無法滿足讀寫器要求等，而在ZigBee和ARM技術應用中，分布式RFID信息采集系統設計能夠有效發揮ZigBee無線通信技術以及ARM運算技術的應用優勢，其通過構建分布式RFID信息采集系統來實現對標簽信息的精準處理，完成目標的自動識別；其整體系統工作效率高，運行自動化程度高。

1 RFID系統組成和技術原理

RFID系統組成主要包括3個部分，即射頻標簽、讀寫器和信息管理系統[2]。

相應的射頻標簽中包含天線和芯片，而其中的芯片則是識別的唯一標識，能夠一次性存儲相應格式的數據信息[3]。為了方便數據的獲取，在應用中多將射頻標簽和相關物體聯系在一起，相應射頻標簽多位于物品的表面。讀寫器的作用是讀取電子標簽中的信息，或者是將其錄入相應設備中，其可以在非接觸的情況下實現對多個標簽信息的讀取和存儲，而信息的識別、解碼、獲取等功能的實現主要是借助串口和上層控制系統之間的通信聯絡以達到預期目標[4]。信息管理系統更多是為了完成標簽數據信息的存儲，實現對電子標簽的讀寫控制[5]。

射頻識別的工作原理是借助微波能量實施非接觸式雙向通信，實現自動識別和數據交換。

2 分布式RFID信息采集方案的確定

因為集中式的RFID信息采集方案存在的問題較多，要想有效緩解PC平臺中的射頻識別壓力及信息采集的網絡壓力，所以分布式RFID信息采集方案就被提出來。

相應的分布式RFID信息采集方案中，對于信息采集節點實施區域劃分，按照射頻識別信息處理量在相應區域設置計算機終端，其主要是對于區域中的射頻識別原始信息實施采集，實現對企業應用中業務數據的統一處理，最后將相應的業務數據存儲到本地數據庫中。相關PC機和企業應用系統之間借助有線網絡連接，企業應用系統可以按需獲取區域PC機終端上的業務數據。

相對于傳統的RFID信息采集方案，分布式RFID信息采集方案能夠將整個應用區域劃分為多個子區域，各個子區域就像是一個集中的射頻識別方案，借助網絡實現相關子區域的RFID的PC機服務器和多個企業應用數據的信息交互及共享。相關RFID服務器信息處理工作量大大降低，使得各個子區域服務器配置要求也可以降低。此外，要想在系統中添加一些新信息采集節點，在合理的子區域中增加即可，可以增強系統的可拓展性[6]。當然，分布式RFID信息采集方案也有缺陷，現階段PC機服務器以及工業PC機價格昂貴，一些大規模的分布式RFID信息采集項目中需要增加節點數量，導致系統成本的增加[7]。

3 基于ZigBee和ARM的分布式RFID信息采集系統的設計與實現

在此次設計的分布式RFID信息采集系統中，主要的系統可以分為3個層次。數據信息采集層，主要是對電子標簽信息實施有效采集和預處理；ZigBee網絡傳輸層，主要是基于ZigBee的嵌入式射頻識別信息采集節點、路由節點以及RFID服務器，構建相應的ZigBee節點以負責將RFID信息采集層采集到的和預處理的數據信息進行傳輸，使PC平臺和RFID服務器接收并處理數據信息，通過一系列的過濾、容錯、整合處理，將這些數據信息轉換成企業應用業務數據，整合相關數據并存儲；上層企業應用服務層，主要功能是為企業的相關信息服務提供渠道和方案。

3.1 上層企業應用服務器

上層企業應用服務器主要是通過構建企業信息服務系統，為企業對相關資源的調度和配置提供必要參考。其和計算機平臺的射頻識別服務器連接，能夠及時采集相關業務邏輯數據，并通過人性化界面呈現。此外，企業服務器可以按照企業現階段的相關業務信息生成決策信息，為企業相關決策的制定提供依據。

3.2 以PC平臺為基礎的射頻識別服務器

以PC平臺為基礎的射頻識別服務器對射頻識別底層數據業務信息進行過濾、整合，獲得相應的企業邏輯數據；通過射頻識別采集數據信息并預處理，最后進行存儲。這一過程中，出現的業務邏輯信息準確性與否，對企業應用服務器信息發布以及管理者的決策具有重要影響。所以，這也是系統設計的核心部分。此外，就PC平臺的射頻識別服務器的實時性來看，這也是系統的關鍵指標，需要使用嵌入式射頻識別信息采集節點來對原始射頻識別數據實現有效的預處理，確保相關數據傳輸到射頻識別服務器中時，能夠有效降低數據冗余和錯誤，對于減輕網絡負荷，強化系統穩定性以及可靠性等都具有重要意義。

3.3 基于ZigBee和ARM的信息采集網絡設計

ZigBee無線通信技術下的嵌入式信息采集節點的射頻識別信息采集網絡包含了信息采集節點以及信息采集系統兩個重要部分。其中，射頻識別采集系統主要由讀寫器、嵌入式信息采集節點、標簽等構成，射頻識別讀寫器通過對周圍標簽信息的采集，借助有線網絡實現信息數據的傳輸。考慮到射頻識別讀寫器采集的數據比較多樣，且存在一定的冗余，因此，需要嵌入式信息采集節點的設計來實現對數據信息的有效預處理，緩解網絡壓力。

3.4 RFID信息采集系統的硬件和軟件設計

在RFID信息采集系統設計中，借助無線傳感器，通過對該系統設備的設計思路把握——在控制系統中的數碼管顯示電路，主要由譯碼器、驅動器、顯示器等組成，其可以通過對采集到的電路處理，實現數據的測量。在硬件平臺設計工具中，還包含了ZigBee無線通信工具。目前，市場中使用的相關硬件平臺設計工具的功能主要包含ZigBee版圖編輯系統，能夠為用戶提供有效的設計環境，并通過ARM強大計算能力的發揮，根據系統設計要求制定相應的布線規則；而且，能夠在保證布線不沖突的情況下，就可以快速完善設計布線，節約設計時間，提升整體設計工作的效率。

結合ZigBee網絡設計，基于對ZStack協議線的移植前提下，借助ZigBee樹形網絡拓撲結構構建分布式的射頻識別信息采集網絡系統，并對網絡系統進行測試，確保其有效。

4 結語

針對傳統RFID信息采集系統應用的不足，提出基于ZigBee和ARM的分布式RFID信息采集系統的設計與實現，該系統的設計應確定信息系統設計的整體方案，抓住關鍵設計環節，應用有效的設計思路和規劃，有效地應用ZigBee技術和ARM計算功能，構建高效運轉的分布式RFID信息采集系統。