基于射頻識別的無線傳感網節點設計研究

摘要：為了解決無線傳感網通常運行在人不能或不便接近的環境，能源無法替代的問題，該設計采用了單片機MSP430F2370芯片和少量外圍電路等來構成完整測量系統。由于其充分利用了單片機內部資源，使系統硬、軟件設計達到了最小化，具有識別可靠性高、抗干擾能力強、成本低廉和體積小巧等特點。它可以識別ISO15693，ISO14443A，ISO14443B等多種協議標準的電子標簽。在今后的門禁系統、生產線檢測、自動收費系統、超市物流等方面有很大的應用前景。
關鍵詞：RFID；無線傳感器網絡；節點；電子標簽；物聯網

物聯網與無線傳感器網絡是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域。物聯網能夠獲取客觀物理信息，具有十分廣闊的應用前景，能應用于軍事國防、工農業控制、城市管理、生物醫療、環境檢測、搶險救災、危險區域遠程控制等領域，被認為是對21世紀產生巨大影響力的技術之一。
因此，筆者提出了一種基于物聯網技術的多標準RFID設別設備，此設備可以實時自動識別物品的RFID電子標簽內信息，具有識別可靠性高，信息處理能力強，功耗小，保密性強。再結合無線傳感器網絡技術的信息傳輸，可實現無線網絡環境下的信息應用，本實用新型的應用將會越來越廣泛，對于物聯網技術和無線傳感器網絡技術有重要的理論意義和應用價值。

1 RFID技術簡介
1．1 RFID分類
RFID按應用頻率不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(MW)，相對應代表性頻率分別為：低頻135 kHz以下、高頻13．56 MHz、超高頻860～960 MHz、微波2．4～5．8 G。
RFID按照能源供給方式分為無源RFID標簽或被動標簽(Passive Tag)，有源RFID標簽或主動標簽(Active Tag)，以及電池協助的無源RFID標簽。無源RFID標簽價格很低，但是無需要電池，有源RFID可以提供更遠的讀寫距離，但是需要電池供電。有源標簽由于有電池供電和功能較強的微控制器和無線單片機，所以可以實現更大范圍的傳感器數據監測和數據采集，也可以通過ZigBee、Wi—Fi、GPRS／3G等技術實現網狀網絡，來延伸標簽的范圍，是RFID技術一個非常重要的發展方向。
1．2 射頻識別系統組成
射頻識別系統主要由標簽(Tag)、讀卡器(Reader)、天線(Antenna)等組成，一般還需要其他軟硬件的支持。
標簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成(有源標簽還需要電池和傳感器等)，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。
讀卡器(Reader)：也稱讀寫器等，讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式。
天線(Antenna)：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。如果是有源電子標簽，讀卡器也以同時是一個無線網關，能夠將有源標簽節點收集的數據，通過低功耗網絡，傳輸到物聯網和互聯網。
1．3 RFID技術的工作原理
RFID技術的基本工作原理并不復雜：標簽進入磁場后，射頻前端發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(Passive Tag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發送某一頻率的信號(Active Tag，有源標簽或主動標簽)；讀取信息并解碼后，送至RFID射頻識別控制單元進行有關數據處理。

2 射頻識別節點的硬件設計
2．1 射頻識別節點的結構
如圖1為射頻識別節點的結構：它包括：1)USB轉串口單元；2)RFID射頻識別控制單元；3)RFID讀頭前端單元；4)和無線射頻收發單元。射頻前端和標簽間一般采用半雙工通信方式進行信息交換，同時通過耦合給無源應答器提供能量和時序。在實際應用中，可進一步通過Eth-ernet或WLAN等實現對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。