電子設備診斷系統中RFID系統與ZigBee網絡混合組網的設計與實現

摘要：針對傳統的條形碼識別管理系統數據實時性差，自動化程度低，以及單一的RFID管理系統因為與服務器的有線通信而受到的諸多限制缺點，提出了一種將搜集電子設備健康信息的RFID射頻識別系統整合到ZigBee無線網絡中的無線數據傳輸方案。該方案將RFID閱讀器和ZigB ee終端集成為ZigBee-RFID節點，可實現兩個網絡的混合組網。實際測試結果表明，本設計可以使RFID系統和ZigBee網絡良好的結合，從而解決傳統RFID閱讀器布局受限的問題，具有一定的實用性和推廣價值。
關鍵詞：ZigBee；CC2430；有限狀態機；混合組網

0 引言
目前，有些采用RFID射頻識別裝置的檢測系統雖然能夠獲得設備的健康信息，但是，無論是同定式的RFID閱讀器還是移動式閱讀器，將數據及時傳同服務器的方式無非是采用有線的方式或者用存儲卡來轉移數據。有線通信方式的檢測范圍有限，而移動式閱讀器又無法滿足實時性的需求。針對這一問題，本文提出了一種將RFID閱讀器與ZigBee無線網絡終端整合的方案，該方案使得RFID閱讀器也成為ZigBee無線網絡的一個節點，這樣，檢測的范圍可以極大的拓展，實時性的需求也可以得到滿足。本文的主要工作是考慮ZigBee終端如何與RFID閱讀器通信以及自身狀態轉換的問題，具體闡述了ZigBee終端與RFID閱讀器混合組網的軟硬件設計方法。

1 系統總體結構
電子設備遠程診斷系統的總體結構如圖1所示，本設計的主要丁作是設計并實現RFID閱讀器與ZigBee無線網絡的混合組網，用于對電子沒備健康狀態參數的采集和存儲。RFID標簽將從被測電子設備上采集健康狀態參數，然后通過ZigBee-RFID節點內部的RFID閱讀器模塊讀取這些數據并傳給ZigBee終端模塊，最后經過無線網絡傳輸給ZigBee協調器，協調器與上位機服務器采用USB口連接，健康狀態參數傳回給服務器后，利用電子設備故障診斷和預測軟件對數據進行分析后即可得到該被測裝備的健康信息。服務器上的故障診斷和預測軟件還可提供遠程登錄功能，通過互聯網即可監控到被測裝備的健康狀態。ZigBee RFID節點的設計里有LCD顯示模塊，一些明顯的和易被檢測的故障在ZigBee-
RFID節點上也可以顯示出來，從而構成了一套覆蓋范圍廣，功能強，實時性好的電子設備診斷系統。

2 硬件設計
整個ZigBee-RFID節點的硬件設計框圖如圖2所示，分為RFID閱讀器模塊和ZigBee終端模塊，其中RFID閱讀器模塊采用的是利用nRF9E5芯片設計的無線射頻收發模塊，其接口主要包括電源、4個A／D口和12個I／O口，以方便靈活地應對各種擴展應用。由于nRF9E5中沒有片內Fla sh等存儲器，所以，程序代碼必須從片外存儲器裝載，利用SPI接口從片外E2PROM加載程序時，其默認使用的存儲器為25AA320。本設計中主要運用的就是這四個SPI接口以及兩個I／O口來進行UART串行通信。ZigBee終端模塊采用德州儀器的CC2430芯片。該芯片集成了ZigBee射頻前端、內存和1個8位處理器(8051內核)。系統中的CC2430在接收和發射時的工作電流均低于27 mA，休眠時最低僅0．6μA，加上其休眠模式與工作模式的超短切換時間等特點，都使得其非常適合對電池壽命要求很高的應用。