RFID技術下的物聯網前端感知系統設計及應用

曹弘堅

【摘 要】物聯網是一種信息傳感設備，按照相關協議，連接物品同網絡，使得人們可以了解物品的情況，并且操縱物品，是一種可以進行物品識別、跟蹤、定位、監控的網絡。因此RFID技術則成為了物聯網感知前端的五官和皮膚，用藥對物體進行識別，并對信息進行采集。物聯網運用的主要技術有：RFID（射頻識別）、無線傳感器網絡、Aigbee傳感等技術。但是后兩者無法識別物品，端內的技術職稱，未來必然會獲得長遠的發展。

【關鍵詞】RFID；物聯網；前端感知系統；傳感器

RFID工作的機理是向后散射實現通信，并且不斷實行功率傳輸，隨后出現非接觸自動識別技術。這一技術主要是按照工作的頻率差別劃分為低頻、高頻、超高頻以及微波等。當前的低頻、高頻技術已經很成熟并運用在很多領域。超高頻同低頻和高頻系統作對比，其具有的主要優勢為通信距離更遠、抗干擾性能更強、速度更快。

1 基于RFID技術下的物聯網前端感知系統硬件設計

射頻收發端主要囊括了：載波信號合成模塊、ASK調制模塊、濾波電路、調節電路及信號放大電路等。其中主要的控制模塊若是想充分發揮相應的功能，也就是更好的處理數據，實現對防碰撞算法的正常運行，這就意味著上位機對通訊軟件執行對應命令。

1.1 數字控制

選擇美國Microship公司生產的PIC24FJ192GB106作為主控制器。其屬于16為的MCU，系統中有一組核心模塊，其具有很多的功能，結合 CPU內核和外設模塊成為一個工作單元，并且存在電復位、高級器件集成、節能特性、看門狗定時器等，對器件的編程、仿真、在線測試等各項功能實現充分的支持。用戶借助軟件可以直接控制外部設備，或將任一及全部外設關閉，避免功耗浪費。

1.2 讀寫芯片

RFID讀寫芯片具備了讀寫器收發所必備的全部數字及模擬功能，同時完全滿足ISO/IEC 18000-6B/6C協議。和AS3992比較，接受十分靈敏，達86dBm。AS39992包括了集成化壓控振蕩器組成片PLL、ADC和其與主機的接口。設置各工作的寄存器，使得芯片工作能力達到最大。

文章內所設計物聯網前端感知系統屬于低耗能系統，并且運作狀態主要為AS3992芯片存在三種電源狀態：掉電、工作、待機。

本文研究的系統中，AS3992工作要先初始化各寄存器值，此時系統為掉電狀態，接收主控制器的指令以后，系統進入到待機，針對一定的范圍查詢有無標簽，若有，讀寫器會立刻開始工作，主要是按照一定的指令實行操作；但無標簽回應，馬上會處于掉電。

1.3 射頻發射器

芯片AS3992會在高功率下發射20dBm信號，運用差分輸出，其管腳是Rfoutp-1······，Rfoutp-2。基于該形式同時和RF扼流電感外界，并阻抗匹配網絡，并且要在平衡轉換器BL3216下變成單端輸出，發送調制信號。

匹配網絡是指在ADS中進行建模及仿真，和真實電路極為相似，對微帶連接長度做出充分的考慮。在持續不斷的優化中，最終微帶線長度出成為4mm，C2=C5=33pF，C3=C6=33pF，L1=L2=47，差分兩端基本得以匹配。在這一設計中，隔離器選取TCD-13-4型號的定向耦合器，覆蓋頻帶范圍達5～1000MHz，按照數據手冊計算得出，在700NHz隔離度是28.93dB，1000MHz以26.26dB為隔離度。

1.4 接口

系統內有兩個接口電路，一個作為上位機通信USB接口的電路最為合適，其是十分簡單的電路，只有2個27歐姆下拉電阻，依靠這一接口能夠進行在線調試。還有就是數字部門和射頻收發位置的接口電路，主要由IO口，3.3V電源、系統時鐘等組成。

2 基于RFID技術下的物聯網前端感知系統軟件設計

系統軟件是讀寫器和外部的接口，十分關鍵。一方面和上位機軟件實行連接，同時還要和標簽進行通信，是連接標簽和用戶的重要紐帶。

初始化定時器也就時系統軟件的主程序，主要是由硬件接口、USB，AS3992寄存器等部件構成，其運行是先對自身進行測試，隨后找出通信范圍中的標簽。如果有，讀寫器標簽操作內容會在usbInitCommands的子程序基礎上完成。同時該子程序會掃描上位機發送的全部指令，并且依據指令來實施對應的操作。

2.1 選擇

該步驟實施主要是選取標簽群進行查詢或是訪問。如果有一個標簽群或是若干個標簽群，就要在主控制器中運算防碰撞算法，然后按照用戶需要制定具體的要求，連續發出選擇指令，選擇用戶需要的特殊標簽群。

2.2 查詢

這一步的主要目的是識別標簽，讀寫器會發送查詢指令，清點被選擇的標簽群，隨后出現一個或若干標簽響應，隨后讀寫器將會檢測標簽響應，并請求協議的認定和CRC-16校驗。查詢操作內主要有查詢、不確認、清點和確認等不同指令。

2.3 訪問

最后和與標簽進行通信。優先訪問唯一識別單個標簽。主要的指令包括了：讀、寫、殺死、鎖、解鎖。

3 結語

測試結果顯示了該設計可以符合ISO/IEC18000 6B/6C和EPCGen2協議。為更大程度提升系統性能，例如通信距離增加，可以通過放大由路，高增益天線等提升系統的性能。

本文所涉及的這一系統，可以被用于生產線監測、運輸業、零售業等領域。RFID在今后的發展中會得到更為廣泛的運用，物聯網將會極大的影響著我國社會的經濟、社會等多個領域。

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[責任編輯：田吉捷]