曹弘堅(jiān)

【摘 要】物聯(lián)網(wǎng)是一種信息傳感設(shè)備，按照相關(guān)協(xié)議，連接物品同網(wǎng)絡(luò)，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(jìn)行物品識(shí)別、跟蹤、定位、監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)。因此RFID技術(shù)則成為了物聯(lián)網(wǎng)感知前端的五官和皮膚，用藥對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)信息進(jìn)行采集。物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用的主要技術(shù)有：RFID（射頻識(shí)別）、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Aigbee傳感等技術(shù)。但是后兩者無法識(shí)別物品，端內(nèi)的技術(shù)職稱，未來必然會(huì)獲得長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】RFID；物聯(lián)網(wǎng)；前端感知系統(tǒng)；傳感器

RFID工作的機(jī)理是向后散射實(shí)現(xiàn)通信，并且不斷實(shí)行功率傳輸，隨后出現(xiàn)非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。這一技術(shù)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(dāng)前的低頻、高頻技術(shù)已經(jīng)很成熟并運(yùn)用在很多領(lǐng)域。超高頻同低頻和高頻系統(tǒng)作對(duì)比，其具有的主要優(yōu)勢(shì)為通信距離更遠(yuǎn)、抗干擾性能更強(qiáng)、速度更快。

1 基于RFID技術(shù)下的物聯(lián)網(wǎng)前端感知系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

射頻收發(fā)端主要囊括了：載波信號(hào)合成模塊、ASK調(diào)制模塊、濾波電路、調(diào)節(jié)電路及信號(hào)放大電路等。其中主要的控制模塊若是想充分發(fā)揮相應(yīng)的功能，也就是更好的處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)防碰撞算法的正常運(yùn)行，這就意味著上位機(jī)對(duì)通訊軟件執(zhí)行對(duì)應(yīng)命令。

1.1 數(shù)字控制

選擇美國(guó)Microship公司生產(chǎn)的PIC24FJ192GB106作為主控制器。其屬于16為的MCU，系統(tǒng)中有一組核心模塊，其具有很多的功能，結(jié)合 CPU內(nèi)核和外設(shè)模塊成為一個(gè)工作單元，并且存在電復(fù)位、高級(jí)器件集成、節(jié)能特性、看門狗定時(shí)器等，對(duì)器件的編程、仿真、在線測(cè)試等各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)充分的支持。用戶借助軟件可以直接控制外部設(shè)備，或?qū)⑷我患叭客庠O(shè)關(guān)閉，避免功耗浪費(fèi)。

1.2 讀寫芯片

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

文章內(nèi)所設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)前端感知系統(tǒng)屬于低耗能系統(tǒng)，并且運(yùn)作狀態(tài)主要為AS3992芯片存在三種電源狀態(tài)：掉電、工作、待機(jī)。

本文研究的系統(tǒng)中，AS3992工作要先初始化各寄存器值，此時(shí)系統(tǒng)為掉電狀態(tài)，接收主控制器的指令以后，系統(tǒng)進(jìn)入到待機(jī)，針對(duì)一定的范圍查詢有無標(biāo)簽，若有，讀寫器會(huì)立刻開始工作，主要是按照一定的指令實(shí)行操作；但無標(biāo)簽回應(yīng)，馬上會(huì)處于掉電。

1.3 射頻發(fā)射器

芯片AS3992會(huì)在高功率下發(fā)射20dBm信號(hào)，運(yùn)用差分輸出，其管腳是Rfoutp-1······，Rfoutp-2。基于該形式同時(shí)和RF扼流電感外界，并阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，并且要在平衡轉(zhuǎn)換器BL3216下變成單端輸出，發(fā)送調(diào)制信號(hào)。

匹配網(wǎng)絡(luò)是指在ADS中進(jìn)行建模及仿真，和真實(shí)電路極為相似，對(duì)微帶連接長(zhǎng)度做出充分的考慮。在持續(xù)不斷的優(yōu)化中，最終微帶線長(zhǎng)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(shè)計(jì)中，隔離器選取TCD-13-4型號(hào)的定向耦合器，覆蓋頻帶范圍達(dá)5～1000MHz，按照數(shù)據(jù)手冊(cè)計(jì)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(tǒng)內(nèi)有兩個(gè)接口電路，一個(gè)作為上位機(jī)通信USB接口的電路最為合適，其是十分簡(jiǎn)單的電路，只有2個(gè)27歐姆下拉電阻，依靠這一接口能夠進(jìn)行在線調(diào)試。還有就是數(shù)字部門和射頻收發(fā)位置的接口電路，主要由IO口，3.3V電源、系統(tǒng)時(shí)鐘等組成。

2 基于RFID技術(shù)下的物聯(lián)網(wǎng)前端感知系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件是讀寫器和外部的接口，十分關(guān)鍵。一方面和上位機(jī)軟件實(shí)行連接，同時(shí)還要和標(biāo)簽進(jìn)行通信，是連接標(biāo)簽和用戶的重要紐帶。

初始化定時(shí)器也就時(shí)系統(tǒng)軟件的主程序，主要是由硬件接口、USB，AS3992寄存器等部件構(gòu)成，其運(yùn)行是先對(duì)自身進(jìn)行測(cè)試，隨后找出通信范圍中的標(biāo)簽。如果有，讀寫器標(biāo)簽操作內(nèi)容會(huì)在usbInitCommands的子程序基礎(chǔ)上完成。同時(shí)該子程序會(huì)掃描上位機(jī)發(fā)送的全部指令，并且依據(jù)指令來實(shí)施對(duì)應(yīng)的操作。

2.1 選擇

該步驟實(shí)施主要是選取標(biāo)簽群進(jìn)行查詢或是訪問。如果有一個(gè)標(biāo)簽群或是若干個(gè)標(biāo)簽群，就要在主控制器中運(yùn)算防碰撞算法，然后按照用戶需要制定具體的要求，連續(xù)發(fā)出選擇指令，選擇用戶需要的特殊標(biāo)簽群。

2.2 查詢

這一步的主要目的是識(shí)別標(biāo)簽，讀寫器會(huì)發(fā)送查詢指令，清點(diǎn)被選擇的標(biāo)簽群，隨后出現(xiàn)一個(gè)或若干標(biāo)簽響應(yīng)，隨后讀寫器將會(huì)檢測(cè)標(biāo)簽響應(yīng)，并請(qǐng)求協(xié)議的認(rèn)定和CRC-16校驗(yàn)。查詢操作內(nèi)主要有查詢、不確認(rèn)、清點(diǎn)和確認(rèn)等不同指令。

2.3 訪問

最后和與標(biāo)簽進(jìn)行通信。優(yōu)先訪問唯一識(shí)別單個(gè)標(biāo)簽。主要的指令包括了：讀、寫、殺死、鎖、解鎖。

3 結(jié)語

測(cè)試結(jié)果顯示了該設(shè)計(jì)可以符合ISO/IEC18000 6B/6C和EPCGen2協(xié)議。為更大程度提升系統(tǒng)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(tǒng)的性能。

本文所涉及的這一系統(tǒng)，可以被用于生產(chǎn)線監(jiān)測(cè)、運(yùn)輸業(yè)、零售業(yè)等領(lǐng)域。RFID在今后的發(fā)展中會(huì)得到更為廣泛的運(yùn)用，物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)極大的影響著我國(guó)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多個(gè)領(lǐng)域。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]