嵌入式RFID技术

嵌入式RFID技术（精选7篇）

嵌入式RFID技术 篇1

0 引言

目前在大部分的中小型矿山中还不能全面的使用高端电子产品,效益好的矿山里用上了GPRS定位系统,但因成本过高不能应用到每一个工人的身上。由此设计了这套基于射频技术的矿山安全监控系统,这套设备具有比GPRS更高的发射频率为2.4 GHz,具有更强的穿透能力。一个总台可同时监控125个分点的温度、湿度和瓦斯浓度值以及所在区域矿工的具体身份、位置信息,可根据实际的环境设定各项检测数据的报警值[1,2,3]。

1 硬件设计

整个系统采用模块化设计,硬件结构由微处理器、传感器、A/D转换(STM32F103RBT6内部A/D转换器)、键盘控制、显示电路、备用电源组成,硬件电路框图如图1所示。系统中分点微控制器和总台微控制器均采用STM32F103RBT6[4]。分点微控制器主要采集传感器所收集的环境数据;通过射频模块收集各分点在监控区域内的矿工具体位置、身份数据;控制射频模块将收集的各项信息传送给控制总台。总台微控制器主要控制射频收发总台收集各分点的具体数据;出现危机情况时启动报警系统;通过键盘接收人为信息调整系统控制数据;将总台的运转信息如实的显示在显示器上。在各个模块中还添加了UPS电源模块,防止出现特殊情况断电使各个模块不能正常工作。

1.1 传感检测电路

温度采集模块采用美国DALLAS公司生产的一线数字温度传感器DS18B20,测温范围是-55~125℃,与单片机交换信息仅需要一根I/O线,其读/写及温度转换的功率也可来源于数据总线,而无需额外电源,节省I/O口且成本不高[5]。

线性电压式集成湿度传感器HM1500LF湿度测量范围为5%~99%RH,HM1500采用恒压供电,内置放大电路,能输出与相对湿度呈线性关系的电压值。通过A/D转换后可得到非常精确的湿度值。

瓦斯浓度传感器KGS-20是以二氧化锡为基本敏感材料,专门用于可燃气浓度检测的一种半导体型气体传感器。有极高灵敏度和极快的响应速度且功耗低。用于对瓦斯等可燃气浓度的检测。工作温度为-22~50℃;工作湿度范围为0%~95%RH;采用直流电源供电,电压范围为3~5 V,非常适用于对瓦斯等可燃气浓度的检测。负载电阻RL上的电压变化可以反映出传感器敏感组件的电阻RS的变化。传感器内部电路如图2所示[6,7]。KGS-20输出的模拟信号经A/D转换后可得到非常精确的浓度值。

1.2 键盘和显示电路

为操作方便需要较多的控制按钮,而总台微控制器STC89C52RC有多余的I/O口,这里采用4×4的矩阵键盘接总台微控制器P1口;设0~9十个数字键和6个功能键(开机、关机、选频、调节、显示、复位)。这样操作起来简单又直观。

中文字库的128×64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式,内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为128×64,内置8 192个16×16点汉字,128个16×8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行,16×16点阵的汉字,也可完成图形显示。这样就可以直观的一次性显示一个分点的所有信息。

如图3所示的显示电路,可以根据当时天气或用户的习惯调节液晶显示器的亮度。

1.3 读写和控制模块

系统的关键部件是读写器,它由微处理器、外围扩展器件、读写芯片、射频天线、串行通信接口等几部分组成。接上串行口和+5 V电源之后不仅可以读卡而且可以与计算机进行通信。读写器是由STM32F103RBT6型ARM控制专用读写芯片(MF RC500)组成,其系统原理图如图4所示[8,9]。

1.4 数据收发控制

无线射频模块收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种,nRF24L01收发模式由器件配置字决定,具体配置将在器件配置部分详细介绍。在ShockBurstTM收发模式下,nRF24L01自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时,自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时,自动加上字头和CRC校验码,这样数据就非常的准确。本系统采用ShockBurstTM收发模式[10]。

2 程序设计

系统采用C语言编程,在编写程序时采用模块化编程方法,将程序分为主程序、通信、键盘中断、模/数转换、温度数字信号的采集和转换、键盘5个模块。这样增加了程序的可读性、可移植性,使软件的功能扩展更灵活。程序设计流程图如图5所示。

3 结语

本系统可以根据实际的环境手动设置各项检测数据的上下限报警值。射频技术具有很强的抗干扰能力,在各种恶劣的环境下可进行无线监控。一旦出现危机情况可在第一时间发出警报,人员抢救过程中可清楚的知道每位矿工的具体位置。在这套设备的监控下将减少更多不必的损失,给更多的矿山工作人员带来更大的安全指数。

参考文献

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[2]李鉴,刘贺平,李杰.矿井无线传感器网络路由机制研究[J].工矿自动化,2012(6):48-51.

[3]陈鸿.基于RFID技术的井下安全监控系统[J].煤炭技术,2012(8):262-264.

[4]蔡畅,戚文军.数据采集系统设计[J].现代电子技术,2012,35(1):157-159.

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[7]崔光照,李浩宾.融合有源RFID和WSN的集装箱监测系统[J].电测与仪表,2009(7):53-56.

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[9]陈荣军,罗文聪.基于无线的物联智能家居控制系统设计[J].电子技术应用,2012(5):142-144.

[10]魏绍蓉.基于RFID技术的物联网安全隐患研究[J].现代电子技术,2012,35(7):13-16.

嵌入式RFID技术 篇2

一、RFID的特点及应用

1.什么是RFID?

RFID是Radio

Frequency

Identi

Fication的缩写，即无线射频识别。常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码，等等。

RFID系统组成：

标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个RFID标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象，俗称电子标签或智能标签;读取器/读写器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式;天线(Antenna)：在RFID标签和读取器间传递射频信号。

一套完整的系统还需具备：数据传输和处理系统。

RFID电子标签：有源标签，无源标签，半有源半无源标签。

RFID工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive

Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active

Tag，有源标签或主动标签);解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

RFID技术：RFID无线射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签，操作快捷方便。

2.RFID技术的应用：

短距离射频识别产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。

长距射频识别产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。

1、在零售业中，条形码技术的运用使得数以万计的商品种类、价格、产地、批次、货架、库存、销售等各环节被管理得井然有序;

2、采用车辆自动识别技术，使得路桥、停车场等收费场所避免了车辆排队通关现象，减少了时间浪费，从而极大地提高了交通运输效率及交通运输设施的通行能力;

3、在自动化的生产流水线上，整个产品生产流程的各个环节均被置于严密的监控和管理之下;

4、在粉尘、污染、寒冷、炎热等恶劣环境中，远距离射频识别技术的运用改善了卡车司机必须下车办理手续的不便;

5、在公交车的运行管理中，自动识别系统准确地记录着车辆在沿线各站点的到发站时刻，为车辆调度及全程运行管理提供实时可靠的信息。

RFID电子标签的技术应用非常广泛，目前典型应用：动物晶片、门禁控制、航空包裹识别、文档追踪管理、包裹追踪识别、畜牧业、后勤管理、移动商务、产品防伪、运动计时、票证管理、汽车晶片防盜器、停车场管制、生产线自动化、物料管理等等。

3.电子标签RFID七大特点：

传统条形码识别技术相比，RFID有以下优势：

1.快速扫描

条形码一次只能有一个条形码受到扫描;RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签。

2.体积小型化、形状多样化

RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。

3.抗污染能力和耐久性

传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损;RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。

4.可重复使用

现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。

5.穿透性和无屏障阅读

在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。

6.数据的记忆容量大

一维条形码的容量是50Bytes，二维条形码最大的容量可储存2至3000字符，RFID最大的容量则有数Mega

Bytes。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。

7.安全性

由于RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。

近年来，RFID因其所具备的远距离读取、高储存量等特性而备受瞩目。它不仅可以帮助一个企业大幅提高货物、信息管理的效率，还可以让销售企业和制造企业互联，从而更加准确地接收反馈信息，控制需求信息，优化整个供应链。

二、应用领域概况

1.图书馆中的应用

图书管理是RFID技术应用的一个重要方面，图书馆是图书管理需求最为集中的应用场所。据调研分析，目前全国共有1万多家图书馆，且大多数图书馆已经从纯手工管理方式过度到了采用条形码识别、计算机网络、计算机软件技术的数字化管理模式。虽然采用了许多现代化技术，但还是有许多问题困扰着图书馆的管理及工作人员。

通过系统的需求调研，RFID技术应用于图书馆图书管理过程中需要解决的主要问题包括以下几个方面：

（1）

实现电子表情的转换

（2）

实现图书自助借还

（3）

实现图书快速盘点

（4）

实现图书快速查找

（5）

实现错架图书快速整理

（6）

实现RFID安全门禁

（7）

实现与现有系统无缝连接

2.食品监管中的应用

在食品供应链中将全面运用RFID电子标签技术，实现食品的安全信息全程溯源。进入园区的蔬菜、水果、水产品、蛋等初级产品及配送的餐饮半成品等，包装袋上都将戴上RFID标签，这个标签会储存种植养殖企业或生产单位、品名、产地、生产日期、保质期等信息，在专供食品的物流货车上也配备相应的RFID设备，对装载冷藏、冷冻食品的车辆配备RFID等温度连续监控设备。在食品进入园区时，工作人员通过手持式RFID读取器，就能在现场快速追溯食品和原料的来源。

3.服装行业的应用

RFID技术在服装行业的应用越来越收到服装企业主的重视，通过RFID技术提供供应链管理的透明度，提高库存转转率，减少缺货损失，提升门店的消费体验.通过RFID技术基本上为服装行业带来四大类的利益：

1.快：物流效率快，货品交接点数快，提高物流作业效率

.准：数据准，在供应链的各个环节对服装的流通数据采集准确

3.防：通过嵌入RFID芯片到服装内部，实现防窜货和防伪功效，而且还提高物流效率。

4.服务：通过RFID智能商店，提高消费者体验，通过互动，更多商品的展示，快速响应消费者需求来

提高服务水平，提升门店销售额。

4.物联网中的应用

RFID中的射频模块是物联网的基础，RFID的应用是物联网的核心。射频识别技术的优势很明显，它可以容纳大量数据信息，能反复修改，读取速度快，识别的功能、效率也能得到大大的提升，可以同时远距离识别多个高速运动的物体，不受恶劣的环境影响，且安全性好。从理论上说，装上射频标签后，全世界的物品都将拥有独一无二、功能强大、非接触快速读取的“身份证”。

正是因为这个特征，它可以被广泛的应用在各个领域，如物流过程中物流追踪，信息自动采集，仓储应用，港口应用，快递；商品的销售数据实时统计、补货、防盗；生产数据的实时监控、质量追踪、自动化生产；旅客机票，行李包裹追踪；车辆管理、人员进出；物流管理、资产跟踪识别、产品核心组件跟踪识别、产品核心组件的生命周期管理等各个领域，RFID技术是物联网技术的重要组成部分，它的发展将极大的推动物联网的应用，其应用前景不可估量。

5.车辆管理中的应用

智能停车场系统性能特点如下：

(1)采用了射频识别技术和计算机控制，自动化程度高，控制准确。

(2)采用远距离智能识别标签技术，防伪性能良好。停车的车辆拥有一个唯一序列号的标签卡，该序列号不能更改。多重加密技术，唯一识别，无法仿制。而且只有该系统发行认可。

(3)非接触式智能标签卡使用时无机械接触动作，远距离感应通讯，无方向性，卡片可以在读写器的远距离读卡范围内，在车辆不停车的同时就可以完成读卡的操作，方便用户的使用。

(4)道闸根据车辆的通行情况自动升起和降落，并具有防砸车功能。

(5)停车收费由计算机统计和确认。

(6)采用计算机网络和收费软件相结合的方法，防止了非法的修改和越权查阅资料。

(7)管理计算机和各个收费计算机可以实现实时通讯，并且管理计算机具有外接接口，网络扩展性强。

(8)采用标准的工业控制系统结构，可根据用户的不同要求组织不同系统的配置，方便灵活。

(9)安装、调试、维护简单方便，易于更换及检修。

(10)整个系统性能稳定，使用可靠。

三、案例分析

医院智能管理系统(RFID行业应用案例）

目前，医院管理还是不够人性化和智能化。具体表现在以下方面

：

1.患者病情加重，当病人出现突发病情，而病人当时不知情的情况下，病人的体温出现变化

2.医疗服务的迟延，当所需的医生不能及时找到时，其病房会引起闲置并导致伤患抢救时机的丧失

3、有些病患者未经允许擅自离开病房或者进入其他区域所引起的对其自身和他人的疾病威胁，没有形成对病人的定位管理

4、没有智能化的病人监督体系，对病人的治疗程序没有完整明确的记录过程。如病人治疗到哪一阶段了，该服药了有没有发出提醒信号，护士的护理是不是合乎病人病情发展的要求

5、妇产科母婴的鉴定，有时会发生阴差阳错抱错婴儿的事情，也有偷盗婴儿的事情发生等

针对目前医疗行业客观存在的上述需求，苏州木兰电子科技有限公司近期推出了基于有源RFID技术的“病人实时监控系统”。将采集到的人体温度数据持续记录在有源电子标签内，对病人进行细致地、实时地管理。

2、RFID系统工作原理简图

主要工作流程：

3、给每个病人佩戴相关的RFID电子标签卡，该卡的信息和病人的相关信息具有唯一性的对应，其主动向外界发出信号，当信号被病房附近装设的相关读卡器读到，然后通过各种传输方式（RS485＼以太网等）将信号传到医院后台管理中心，通过查看管理中心数据库病人的病情记录信息，就可以对别人的信息了如指掌，一清二楚。还有，对病人的实时监控以及区域定位，因为每个病人都佩戴有标示自己唯一性身份的RFID标签卡，而医院随处都安装有RFID远距离读卡器，也就是病人的一举一动，出行轨迹等所有信息都随时在监控的范围之内，从而达到实时监控全程跟踪的目的。在母婴鉴定，婴儿防盗方面，会有相关唯一性标签对应关系以及权限设置即时报警提示功能。

3.智能医院管理系统示意图

示意图中，读卡器是安装在医院不同角落的，根据具体情况而设立的。当然，读卡器可以是固定读卡器，根据功能需求也可以使用手持式PDA读卡器。病人所佩戴的标签卡也有各种形式的，据不同的情况而定。

一、系统介绍

1、系统组成电子标签：

ML-T系列的有源射频卡，识别距离范围是2-80M，工作方式是主动式的。是能呼叫的，比如按一下按钮医生就知道那个病人呼叫。

固定读卡器：由木兰自主研发生产的ML-M系列远距离全向性读卡器，用来自动读取射频卡的信息。每个病房安装一个。

监控软件系统：由电脑和软件系统组成。

二、方案介绍

1、病人的区域定位管理

因为给每一个病人都发放一个可以代表自己唯一性身份的标签卡，该卡不断主动地向外界发出信号，而医院到处都安装有RFID远距离读卡器，这样病人的活动都在系统监视的范围内，而读卡器是有编号的，也有固定的位置的，当病人出现在某一个位置时会被附近相关的读卡器读到，根据读卡器的位置可达到对病人区域定位的效果。

当然，根据病人病情的不同，会设置病人的活动范围，当病人离开病房或到了不该到的地方时，通过管理软件相关权限的设置，系统会发出报警信号，提醒相关工作人员及时处理。

这样，病人的区域定位管理便可实现。

2、母婴管理体系

母婴对应：

当婴儿出生之后，也会给婴儿佩戴一个可以标示唯一性身份的标签卡，考虑到婴儿抱错以及被窃等问题，该标签设置成防水放拆型的，当有人强制拆掉时会发出报警信号，而且，婴儿的标签卡信息和母亲的信息具有一一对应性，要确定是不是抱错了婴儿，只需在管理中心数据库对比母婴的标签卡信息就可以了，这样，婴儿和母亲有了对应关系，可以避免婴儿抱错事件的发生。

婴儿防盗：

因为每一个婴儿都有自己的标识卡，该卡不断向外界发出信息，因此，和其他病人一样，婴儿也时时刻刻处于被监控的状态，这样，对智能管理系统软件的设置，当婴儿离开被指定的某一区域时，系统会发出报警提醒相关人员及时作出反应采取措施。当然，当母婴完全康复出院时，通过管理系统解除报警让母婴正常的离开医院。

3、病人日常护理监护

通过RFID标签，远距离读卡器以及后台管理中心这一系列的过程，对病人病情的发展，诊断，医疗，护理都有一个全程的记录，而且，每一个病人的情况都会在管理系统数据库中有详细的记录和实时的更新，这样会做到对病人从入院到出院全程的智能化的监护，人性化的管理。如病人的医疗进行到哪一阶段了，到服药的时候了提醒病人服药，病人该服哪方面的药了，还有及时通知病人医疗费用余额等都有全程的掌控，这样，对病人的治疗，护理更加条理化，清晰化，合理化，安全化，智能化，人性化。

三、系统特点和优势

1、产品特点

远距离：阅读距离10米以内轻松实现。由于按考勤地点的实际情况，读卡距离可设定；

运行稳定：有源卡阅读距离稳定，不易受周边环境影响。使用频道隔离技术，多个设备互不干扰；

支持高速度移动读取：标识卡的移动时速可达200公里/小时。；

高可靠性：环境温度-40℃-85℃内能完全正常运行（MTBF≥70000小时），尤其是在北方低温和南方高温状态下更显优势，可以有效抵抗恶劣环境下空气中的高粉尘和污染物以及阴雨等环境下，能够保证设备正常使用；

安全性：加密计算与认证，确保数据安全，防止链路与数据破解；

高抗干扰和防雷设计：对现场各种干扰源无特殊要求，满足工业环境要求，安装方便简单，全球开放的ISM微波频段，无须申请和付费；

超低功耗：使用寿命长，平均成本低，并且对人体安全、更健康，无辐射损害。可配置微波模块工作方式，发射功率可调；

多识别性：可以同时识别200个以上标示，如果现场有多与200个以上的标示，我们有办法进行处理。

2、系统优势

●利用RFID技术，完全智能化的系统，轻松的解决了医院经常会发生的婴儿调换以及婴儿被盗事件；

●完全自动化的系统，实现了病人在医院的全程监控、区域定位管理、安全提示等智能化的功能；

●使医院的服务、管理有序化、明了化、清晰化；

●智能化的软件系统，实现智能化的医院管理服务体系，所有功能的实现只在RFID硬件以及软件系统的强力配合下，完全自动化的实现；

●智能化的医院管理，可以提高医院在当地的知名度，赢得广大群众的认可；

四、RFID技术发展史

1.RFID在我国的发展

本世纪初，RFID已经开始在中国进行试探性的应用，并很快得到政府的大力支持，2006年6月，中国发布了《中国RFID技术政策白皮书》，标志着RFID的发展已经提高到国家产业发展战略层面。2008年底，中国参与RFID的相关企业达数百家，已经初步形成了从标签及设备制造到软件开发集成等一个较为完整的RFID产业链，2008年中国RFID相关产值达到80亿元左右，并将在未来5-10年保持快速发展。

RFID应用的推广和市场的扩大而逐步降低，RFID的应用将会从目前的托盘或整箱的货物跟踪逐步扩展到单品货物跟踪的水平。最后，从产业供应链角度看，国家目前提倡的产业升级，就是要使中国企业多生产高技术、高附加值、高利润产品，而这些领域，正是RFID用武之地。产业升级将带动中国企业提升市场竞争能力，逐步由单体企业竞争上升为产业供应链的竞争。现在，一批国产RFID企业,如：创羿科技、远望谷、上海华虹、维深集团....迅速发展壮大.在未来几年，我们会看到，RFID的实施将摆脱仅仅由单个企业实施的窘境，而展现为企业所在整个供应链的协同实施，RFID的益处将会得到最大程度的发挥。

2.阻碍了RFID在我国的发展的因素

首先，是我国企业总体信息化水平不高，阻碍了RFID充分发挥其作用。RFID作为一种信息技术手段，其基本功能是实现数据的精准快速采集。这些数据采集后，必须经过进一步的对比分析处理，才能达到提高效率、降低总体成本的作用。也就是说，RFID的实施，往往需要企业信息化达到一定水平，使RFID系统与企业既有的ERP、CRM等信息集成在一起，才能充分发挥其作用。

其次，RFID实施成本还比较高，使很多企业望而却步。不仅仅对中国企业，即便对西方企业，RFID的高成本也是一个巨大障碍。

正如前文所言，RFID的基本技术原理在60几年前就产生了，但直到上世纪后期，RFID的应用才逐步推广到民用领域，正是高成本阻碍了RFID技术的实际应用。

目前在国内，一张RFID标签一般都在1元以上，ETC的车载单元要400多元，高成本使得RFID的投资回报具有很大风险，使其应用大多局限于高价值或高利润商品领域。

再次，行业标准尚未统一，贸然实施会带来不确定风险。尽管RFID起源很早，但目前还没有形成全球统一的技术标准，中国在标准制定领域起步较晚，由于关乎各国经济利益，相信标准之争还会持续一定时间。在这种情况下，贸然投入，必然给企业经营带来很大风险。蓝光获得DVD标准之争的胜利，给HD-DVD阵营带来的巨大伤害，是处于标准之争产业里的企业不得不慎重考虑的问题，这也是很多企业对实施RFID抱观望态度的原因。

最后，我国产业供应链发展还处于初级阶段，也阻碍了RFID的实际应用。与西方企业相比，由于技术和管理处于劣势地位，我国大多行业都存在过度竞争，价格成为市场竞争的主要手段，这就使得很多制造企业利润率维持在相当低的水平，产业供应链的上下游企业之间往往博弈大于合作。

而RFID技术只有在整个供应链上协同实施，实现供应链信息透明和分享，才能最大程度发挥出RFID的作用，这在目前情况下还很难做到。

另外，实施RFID的一个主要益处是节省人工成本，沃尔玛称RFID每年为其节省数十亿美元的人力成本开支，而中国较低的工资水平也使得很多企业没有积极性去实施RFID技术。

RFID技术介绍及应用分析 篇3

【关键词】RFID；射频识别；门禁保安；自动收费

1.射频识别技术简介

RFID（Radio Frequency IDentification）技术即射频识别，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。20世纪80年代，由于大规模集成电路技术的成熟，射频识别系统的体积大大缩小，使得射频识别技术进入实用化的阶段，成为一种成熟的自动识别技术，将广泛应用于各行各业。

2.RFID系统的组成及原理

RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都由电子标签（Tag）、阅读器（Reader）和数据交换与管理系统（Processor）三大部分组成。电子标签由耦合元件及芯片组成，其中包含带加密逻辑、串行EEPROM、微处理器CPU以及射频收发及相关电路。电子标签具有智能读写和加密通信的功能，它是通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。阅读器主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密，将电子标签返回的数据解密后送到主机。数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理、对卡进行读写控制等。

RFID系统的工作原理如下：阅读器将要发送的信号，经编码后加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送，进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM中的内容进行改写，若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。

3.RFID系统的应用

RFID技术的应用已趋向成熟，它在世界各地都得到了有效的推广，被广泛的应用于各行各业。

3.1安全防护领域

3.1.1门禁保安

门禁保安系统均可应用射频卡。一卡可以多用。比如，可以作工作证、出入证、停车卡、饭店住宿卡甚至旅游护照等，目的都是识别人员身份、安全管理、收费等等。好处是简化出入手续、提高工作效率、安全保护。只要人员佩戴了封装成ID卡大小的射频卡、进出入口有一台读写器，人员出入时自动识别身份，非法闯入会有报警。安全级别要求高的地方、还可以结合其它的识别方式，将指纹、掌纹或颜面特征存入射频卡。

3.1.2汽车防盗

目前已经开发出了足够小的、能够封装到汽车钥匙当中含有特定码字的射频卡。它需要在汽车上装有读写器，当钥匙插入到点火器中时，读写器能够辨别钥匙的身份。如果读写器接收不到射频卡发送来的特定信号，汽车的引擎将不会发动。用这种电子验证的方法，汽车的中央计算机也就能容易防止短路点火。

3.1.3电子物品监视系统

电子物品监视系统（Electronic Article Surveillance，EAS）的目的是防止商品被盗。整个系统包括贴在物体上的一个内存容量仅为1比特（即开或关）的射频卡，和商店出口处的读写器。射频卡在安装时被激活。在激活状态下，射频卡接近扫描器时会被探测到，同时会报警。如果货物被购买，由销售人员用专用工具拆除射频卡（典型的是在服装店里），或者用磁场来使射频卡失效，或者直接破坏射频卡本身的电特性。

3.2仓储管理领域

将RFID系统用于智能仓库货物管理，能有效地解决与货物流动有关的信息管理，不但增加了处理货物的速度，还可监视货物的一切信息。射频卡贴在货物所通过的仓库大门边上，读写器和天线都放在叉车上，每个货物都贴有条码，所有条码信息都被存储在仓库的中央计算机里，与该货物有关的信息都能在计算机里查到。当货物出库时，由另一读写器识别并告知中央计算它被放在哪个拖车上。这样，管理中心可以实时地了解到已经生产了多少产品和发送了多少产品。

3.3管理与数据统计领域

3.3.1畜牧管理

该领域的发展起步于赛马的识别，是用小玻璃封装的射频卡植于动物皮下。射频卡大约10mm长，内有一个线圈，约1000圈的细线绕在铁氧体上，读写距离是十几cm。从赛马识别发展到了标识牲畜。牲畜的识别提供了 现代 化管理牧场的方法。

3.3.2运动计时

在马拉松比赛中，由于人员太多，有时第一个出发的人同最后一个出发的人能相隔40分钟。如果没有一个精确的计时装置，就会出现差错。射频卡应用于马拉松比赛中，运动员在自己的鞋带上很方便地系上射频卡，在比赛的起跑线和终点线处放置带有微型天线的小垫片。当运动员越过此垫片时，计时系统便会接收运动员所带的射频卡发出的ID号，并记录当时的时间。这样，每个运动员都会有自己的起始时间和结束时间，不会出现不公平竞争的可能性了。在比赛路线中，如果每隔5km就设置这样一个垫片，还可以很方便地记录运动员在每个阶段所用的时间。

3.4交通运输领域

3.4.1高速公路自动收费及交通管理

目前，高速公路发展非常快，而高速公路收费却存在一些问题：一是在收费站口，许多车辆要停车排队，成为交通瓶颈问题；二是少数不法的收费员贪污路费。RFID技术应用在高速公路自动收费上，能够充分体现它非接触识别的优势——让车辆高速通过收费站的同时自动完成收费，同时可以解决收费员贪污路费及交通拥堵的问题。

3.4.2火车和货运集装箱的识别

在火车运营中，使用RFID系统很大的优势在于：火车是按既定路线运行的，因此肯定要通过设定的读写器的地点。通过读到的数据，能够得到火车的身份、监控火车的完整性，以防止遗漏在铁轨上的车厢发生撞车事故，同时能在车站将车厢重新编组。起初的努力是用超音波和雷达测距系统读出车厢侧的条码，现在被RFID系统取代。射频卡一般安在车厢顶边，读写器安在铁路沿线，就可得到火车的实时信息及车厢内装的物品信息。

4.结束语

总而言之，RFID技术在未来的发展中，结合其它高新技术，比如现代通信，电子及计算机技术，实现跨地区、跨行业应（下转第283页）（上接第229页）用。随着大规模集成电路技术的进步以及生产规模的不断扩大，应用射频识别技术的产品成本将不断降低，其应用将越来越广。 [科]

【参考文献】

[1]郎为民.射频识别（RFID）技术原理与应用.北京机械工业出版社，2006.

嵌入式RFID技术 篇4

根据嵌入式的特点,本文设计了分层的轻量级嵌入式RFID中间件ERM(Embedded RFID Middleware)模型,并在嵌入式平台上实现了该ERM中间件。

1 分布式食品溯源系统

利用嵌入式RFID中间件来构建分布式应用系统简单而快速[3]。分布式食品溯源系统如图1所示。溯源系统从左至右分别涉及食品流通的4个环节:生产、加工、物流、销售。而系统自下而上可以分为3个部分:

(1)信息采集模块:包括食品电子标签和终端设备,二者都构成一个典型的RFID应用系统,主要完成食品的识别和EPC码的采集和预处理。本系统采用超高频RFID技术,符合ISO180000-6C(EPC Global Class1 Gen2)协议。食品生产厂家将含有全球唯一的EPC码和商品信息存储在电子标签中,并将其附着在食品的包装上;食品通过各个环节时,标签在经过阅读器的感应区域后,会自动被阅读器捕获;经过防碰撞机制和安全认证后,阅读器会将标签信息阅读到终端设备,这样就实现了自动化的食品信息采集。

(2)嵌入式中间件:作为食品溯源系统的中间设备,其主要完成对终端设备的管理、数据信息采集、处理、保存和上传到溯源平台服务器等功能。中间件从RFID原始数据中解析出时间、商户信息、流通状况和溯源码(EPC码)等信息,将信息存入中间件数据库并通过远程网络接口上传到服务器平台。

(3)溯源平台服务器:通过以太网接收食品相关信息并进行处理和应用。溯源平台服务器通过专用网与政府监控服务器连接,政府监管部门可以及时地发现和追踪食品安全问题。消费者则可以根据销售溯源码,通过短信、电话方式或进入本地溯源网站,查询食品流通记录,以保障消费者的有效追溯权利。

分布式食品溯源系统通过RFID技术和嵌入式中间件,在互联网的基础上构建了物联网信息服务系统[4],保障了食品溯源的有效性和可靠性。

2 嵌入式中间件硬件设计

为了实现高性能、低成本的嵌入式中间件,采用了高性价比的硬件设计方案。

如图2所示,中间件硬件主要由ARM主控模块(AT91SAM9260)和外围器件组成。同时,选用大容量的存储器方案,包括64 MB的SDRAM、32 MB的Flash存储器,以及可支持扩展至4 GB的Micro SD卡。此外,还包括以下各个功能模块:以太网接口和GPRS模块,用于连接溯源平台服务器;阅读器接口包括Zig Bee传输模块、RS485模块和RS232模块,终端设备可以通过3种方式与中间件通信;外设接口包括USB接口和串口,用于安装适配器驱动和复制存储器数据到其他设备;LCD屏和键盘用于用户与中间件交流,可以在中间件设备上管理终端设备和查询相关信息;电源模块为各部分电路供电,中间件可以使用外接适配器或电池供电。

3 嵌入式中间件软件设计

中间件操作系统采用ARM-Linux2.6,在Linux Kernel启动后,对外设进行初始化,运行数据库SQlite3,然后调用各模块,生成各线程级的任务。根据EPCglobal标准体系的建议[5]并结合嵌入式的特点,设计了适合嵌入式的RFID中间件ERM。ERM的系统整体架构由终端接口层、逻辑处理层、应用集成层组成,如图3所示。

3.1 终端接口层

中间件架构最下层为终端接口层,其为各种类型的终端设备接口,负责把物理的硬件设备抽象为中间件的终端对象[6]。

中间件为每个终端配备一个适配器,不同种类的终端设备对应于不同类型的适配器,并且中间件可以动态地添加和删除适配器。适配器可以直接与终端设备的阅读器通信,收集标签数据然后送往阅读器接口。从阅读器接口出来的数据为统一格式的原始数据,从而保证了不同类型的阅读器可以完整地传送数据到中间件。终端管理模块主要完成不同终端的注册验证和管理控制。中间件可以通过配置终端对象的Driver、Rule、Dispatcher等参数,对不同的终端进行管理控制和数据读写。

3.2 逻辑处理层

作为中间件的核心层,逻辑处理层主要完成对终端数据的缓冲、过滤、事件处理和事件驱动控制等功能,其处理流程如图4所示。

逻辑处理层主要包括数据处理和事件处理两个部分。数据处理部分主要根据数据过滤规则,处理各种数据冗余,包括完成数据校验、数据合法性验证、删除重复和错误的信息等[7]。而事件处理部分主要根据业务规则,从数据中提取各种基本事件并判断事件类型,然后处理各种基本事件并执行相应的任务,形成相关的报告文件。

3.3 应用层

中间件架构最上层是应用层,用于提供各种应用接口。本系统主要包括本地的用户界面和远程网络接口。本地用户接口便于用户在中间件上控制各种终端对象和查看相关信息,远程网络接口方便服务器远程控制中间件和终端设备。中间件将根据服务器协议要求把数据封装成为XML(可扩展标记语言)格式,并以TCP方式发送给溯源平台服务器。为了方便中间件的管理和升级,中间件内嵌FTP和Telnet服务程序。对外提供的标准接口为中间件提供了良好的扩展性和兼容性。

4 性能测试

经试验测试,本文设计的中间件具有如下性能:

(1)体积小,部署地点接近于数据现场。该中间件尺寸为:160 mm×80 mm×40 mm,重量大约800 g(含电池),与普通的手持式设备大小接近。

(2)功耗低。最大功耗为15 W,由于采用了屏保、待机和睡眠等节能技术,平均功耗在12 W以下。

(3)系统占用资源较少,性能较高。首先将中间件通过以太网与PC测试主机连接,在PC主机上打开cmd命令行窗口,输入Telnet 10.2.5.0(中间件IP),即可远程登录中间件;然后输入root,切换到根用户,再运行top指令。测试得到中间件性能如表1所示。

由表1可知,核心的system内存只有859 KB,加上外部中断和远程访问等进程,CPU占用率不足55%,占用内存总共不到1.5 MB,其余为用户的缓冲和处理所占用的资源和空闲资源。由此可见,该中间件系统正常运行所需的资源非常小,适合资源有限的嵌入式环境。

中间件技术是分布式食品溯源系统的中枢,它不仅能屏蔽RFID阅读器的多样性和复杂性,还能进行EPC信息的采集和处理,为各种应用提供集成平台,从而促使更丰富、更广泛的RFID应用[8]。本文针对嵌入式特点,研究了分层的嵌入式RFID中间件ERM模型,从硬件和软件两方面论述了嵌入式RFID中间件系统的设计和实现。经测试,该中间体积小、能耗低、占用资源少、性能高。

摘要：针对嵌入式系统的特点,研究了轻量级的嵌入式RFID中间件ERM的体系结构。在ERM体系结构指导下,实现了运行于嵌入式平台的RFID中间件。该中间件体积小、功耗低、占用资源少、性能高,能够满足食品溯源系统的应用需求。

关键词：食品溯源,射频识别,中间件,嵌入式系统

参考文献

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[3]禇伟杰,田永民,李伟平.基于SOA的RFID中间件集成应用[J].计算机工程,2008,34(14):84-86.

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[5]胡清,詹宜巨,黄小虎.基于RFID企业物联网及中间件技术研究[J].微计算机信息,2009(7-2):158-160.

[6]BENCHINI A,CIMINO M,MARCELLONI F,et al.Patternsand technologies for enabling supply chain traceabilitythrough collaborative e-business[J].Information&SoftwareTechnology,2008,50(4):342-359.

[7]DERAKHSHAN R,ORLOWSKA M E,Li Xue.RFID datamanagement:challenges and opportunities[C].IEEE Interna-tional Conference on RFID.Washington:IEEE Press,2007:175-182.

嵌入式RFID技术 篇5

关键词：嵌入式系统,射频技术,无线通信

90年代兴起的一种自动识别技术———射频识别技术 (RFID, Radio Fre que ncy Ide ntification) , 随着其自身逐步的发展和完善, 它的优点渐渐为人们所认识和接受, 已经广泛应用到生产和生活的一些领域中, 并且还在不断的发展着。本论文将主要针对嵌入式系统在射频识别系统中的应用展开分析研究, 以期从中找到能够可供借鉴的嵌入式射频技术的设计方法, 并和广大同行分享。

1 系统总体设计

1.1 硬件总体框架结构设计

主机系统的硬件设计采用了结构化、模块化的设计思想, 而不是传统的MCS-51单片机结构, 采用了32位高性能ARM微处理器为核心, 提供了非接触式射频标签接口、标准串行通讯口以及TFT液晶屏等接口, 具体从硬件设计上来说, 主要包含以下模块:

>主处理器LPC2210模块;

>扩展存储器ZMBNOREALSH、SMBPSRAM;

>16MBNANDFLASH存储器电路;

>射频标签读写器模块ZLG500;

>人机界面模块TFT4267;

>其他扩展模块, 如串口通信模块, 电源模块等等。

1.2 系统功能模块划分

在功能上讲, 模拟部分负责和标签之间的通信, 而数字部分需要控制整个通信过程以及处理来往的数据, 下面分别对模拟部分和数字部分的主要功能进行分析划分。

1) 模拟部分

对于发送部分, 首先由频率稳定的石英晶体振荡器产生所需的工作频率, 震荡信号被馈送到由信号编码的基带信号控制调制器。对输入数据进行ASK或FSK调制, 变为Manchester、Miller或者NRZ码, 同时发送部分将此基带信号送到频率合成器, 经功率放大输出使调制后的信号达到所需电平, 耦合到震荡线圈输出。接收端则采用隔开的信号信道接收震荡线圈上收到的微弱信号, 将此微弱信号放大、滤除杂波, 经过混频提取出基带信号, 然后经过ASK或FSK的解调后可以得到来自标签的数据信息。

从上面的分析可以看出, 模拟部分的硬件构成其实是一个发送、接收机系统, 不同于其他发送、接收机的一点是它需要向其通信对象提供工作所需能量。

2) 数字部分

从功能上来看, RFID射频识别系统的数字部分因该是一个完整的数据处理和控制系统, 必然包括处理器、存储器、控制端口和数据端口这几个组成部分。实际上, 数字部分可以是一个PC系统, 也可以是一个嵌入式系统, 在具体设计上, 主要取决于与模拟部分的接口匹配问题、处理和控制能力问题以及系统特征和功能上的要求。本研究论文采用嵌入式系统解决方案。

2 嵌入式射频识别系统实现技术分析

2.1 R FID射频读写模块的设计

对于RFID射频读写模块的设计, 本研究论文采用MFRC500射频读写模块。MFRC500是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成读卡IC系列中的一员, 该读写IC卡系列利用了先进的调制和解调概念, 完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。

MFRC500支持不同的微控制器接口。一个智能的自动检测逻辑可以自动适应系统总线的并行接口。使用信号NCS选择芯片。要使用独立的地址和数据总线与微控制器相连, 必须将ALE脚连接到DVDD。若使用复用的地址和数据总线与微控制器接口, 必须将ALE脚连接到微控制器的ALE信号。若要使用RNW和NDS (取代NWR和NRD) 与微控制器相连, 微控制器的RNW必须连接到管脚NWR, 而NDS必须连接到NRD。MFRCSOO适用于各种基于Is助EC14443A标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。

2.2 嵌入式系统任务设计

软件平台设计中, 采用嵌入式实时操作系统μClinux对系统多任务进行调度及管理。基于实时多任务操作系统的应用程序中, 实时性取决于对任务及中断的处理。用户根据需要调用μClinux的任务调度函数, 调度函数从就绪任务中寻找优先级最高的任务, 并进行任务切换操作。按照任务划分原则, 结合无限射频识别系统 (RFID) 的具体实现的功能和要求, 把应用软件分成以下几类任务:

1) 基本功能实现任务:包括数据的采集, 数据的缓冲, 数据的预处理等任务, 其中数据预处理是根据需求对采样数据作低通滤波处理。

2) 无线射频识别任务:主要根据采集到的数据, 利用RFID技术实现无线通信, 将采集到的数据与射频服务器内的数据进行对比, 进而完成识别功能。

3) 人机交互功能:键盘响应、显示器显示等。

系统任务的实现由两个不同的进程实现:本地数据采集程序和无线通信服务程序。

本地数据采集程序对外部数据信号进行采集, 并将采集的数据送到数据处理模块;数据处理模块对采集的数据进行数字滤波, 数据保存模块负责将公共缓冲区的数据按照一定的格式保存到Flash中;键盘模块提供用户在现场对设备进行控制的手段, 用于设定采集的参数。

无线通信服务程序实际上由两部分构成:嵌入式Web server和CGI程序。嵌入式We b s e rve r作为在后台运行的守护进程, 负责监听来自射频识别对象的请求。当用户通过射频卡或者其他射频识别设备向本地识别服务器系统发出请求时, 启动相应的CGI程序, 将请求转化为服务器能够识别的格式, 进行处理后, 再由CGI将结果转化为射频系统能够识别的格式, 作为应答消息回送到客户端, 从而完成射频识别卡与识别服务器之间的交互操作。

3 结语

作为21世纪十大重要应用技术之一, RFID技术在当今高科技领域得到越来越广泛的应用, RFID无线射频识别系统的设计也成为一个重要的课题。随着技术的进步, 人们对RFID射频识别系统的读写性能、应用功能、成本和功耗都提出了愈来愈高的要求。本课题主要完成了一种基于ARM嵌入式平台的便携式RFID射频识别系统的方案研究和设计实现, 对于无线射频技术的应用及嵌入式RFID系统的研究均具有一定的借鉴和指导意义。

参考文献

[1]韦维.RFID技术及其使用频段分析[J].广西物理, 2006.

嵌入式RFID技术 篇6

1 系统硬件设计

1.1 ARM处理器AT91SAM9260

AT91SAM9260采用ARM926EJ-S内核,最高频率200 MIPS,具有7个USART,96个可编程I/O口,10 M100 M以太网卡MAC层,12 Mb/s USB-DEVICE及USB-HOST,支持SDRAM的外部总线接口、闪存、NAND闪存。处理器的系统控制器提供完整的监视功能,其中包括8级优先级中断控制器、RC振荡器、PLL、实时周期中断和看门狗定时器、复位和关机控制器及备份寄存器[1]。该处理器件的这些特性使得系统硬件电路变得异常简洁。

1.2 系统构成

系统包括1个用于采集USB摄像头数据的USB-HOST接口,1个语音信息提示的IIS音频接口,1个RS232调试串口,2个用于接收RFID模块数据的UART1、UART2串行接口,1个以太网接口以及存储器接口和其他普通I/O接口。系统组成结构如图1所示。

1.3 外围接口

根据图1的系统结构图,着重介绍门禁控制、RFID模块和存储器接口的硬件实现。

1.3.1 门禁控制

在门禁控制系统中,RFID数据信息主要来自于韦根读卡器。其特点是数据传输可靠,传输距离远,在200 m范围内能可靠传输,其Wiegand(韦根)协议是由Motorola公司制定的一种通信协议,数据输出由2根线组成,分别为DATA0和DATA1,2根线分别将0或1输出:输出0时,DATA0线上出现负脉冲;输出1时,DATA1线上出现负脉冲。DATA0与DATA1分别与处理器的I/O口相连接,并将I/O口配置为输入电平变化中断方式,保证数据帧的可靠完整接收。

门禁输出控制采用MOSFET功率场效应管IFRZ44代替目前流行使用的继电器控制方式,克服了继电器所有的“灵敏度差”、“有动作噪音”、“开闭次数多减少寿命”等缺点。IFRZ44的驱动电路如图2所示,其中IFRZ44工作于开关状态,将电控锁的电源连接到J4的两端,通过控制IFRZ44的开/关状态即可实现门闸的开/闭。

1.3.2 RFID模块

RFID数据采集模块包括:天线、RF发送电路及RF接收电路、解调电路、DSP处理电路、电源、外部通信接口等,其外部通信接口最终输出正确的卡片ID信息[2]。在一卡通系统中,通常采用成品模块,目前国内多采用支持频率为125 k Hz的EM卡和13.56 MHz的Mifare卡的读卡模块。其中,Mifare卡内芯片可读/写数据,每个扇区独立加密,具备更好的安全性。

在本设计中,选用中国台湾Smart-way品牌的125k Hz-K4模块。该模块体积小,是专门设计用来读取EM卡的读卡模块,射频距离约10 cm,外部通信接口采用RS232通信方式,通过电平转换电路后可直接与处理器的UART接口连接。根据不同的应用和需求,可将该模块更换为RS232通信方式的Mifare(M1)读写模块、远距离读卡模块、电子标签阅读器等,应用程序根据模块生产厂家提供的通信格式对卡片、电子标签等数据载体进行读写操作。

1.3.3 存储接口

系统使用2片SDRAM-K4S561632H组成32位64MB的内存,以运行Linux操作系统和其他临时数据;使用1片64 MB的Nand Flash-K8F1208作为物理存储器,存储系统程序代码、文件系统、配置参数等。Nand Flash掉电数据不丢失,写(编程)和擦除速度快,适合大数据量的读取。在设计中,Nand Flash的地址空间分配如图3所示。

图中,Cramfs为系统的启动根文件系统,是一个压缩格式的只读文件系统,当系统需要访问某个位置的数据时,马上计算出该数据在Cramfs中的位置,将它实时地解压缩到内存之中,然后通过对内存的访问来获取文件系统中需要读取的数据,节省了大部分的内存空间[3];Yaffs2文件系统是一种专门针对Nand Flash的可读写文件系统,在意外断电等情况下不会丢失数据,此处用于保存人员档案数据、照片、RFID信息、系统配置参数等。

1.3.4 其他接口

采用简单的4×4矩阵键盘和128×64字符型液晶FM12864M作为人机界面,以减少系统成本。

系统的电源采用模块开关电源,输出+5V/3A和+12 V1.2 A两组电源,用于控制系统供电和电锁供电。UPS电源可用于门禁系统中,以便在市电断开的情况下能继续维持整个系统的正常运行,提高门禁安全性。

2 系统软件设计

在嵌入式系统中,Linux操作系统以源代码开放、可裁剪、占用内存少、效率高、稳定、良好的移植性、优秀的网络功能、对各种文件系统完备的支持和标准丰富的API等众多优点,成为嵌入式软件平台的首选[4]。本设计采用Linux-2.6.22为内核的Linux操作系统为软件平台,在此基础上编写系统需要的各种驱动程序和应用程序。

2.1 USB摄像头驱动的移植

开源驱动spca5xx/gspca提供了对大部分主流摄像头的支持,还为摄像头提供了一个完整的网络应用程序,即servfox和spcaview程序,通过在Linux服务器端运行servfox,即可实时显示客户端spcaview程序采集USB摄相头视频流。由于gspca驱动不支持本系统采用的“罗技灵迅版”USB摄像头型号,所以要添加修改相应的驱动程序。gspca驱动程序的核心代码是gspca_core.c和gspca.h两个文件,包括了设备注册、注销、各种操作方法集(定义了所支持的摄像头设备列表,设备检测和初始化,设备打开、参数设置、关闭等各种操作函数)[5]。由于“罗技灵迅版”的Vendor ID(0x046d,0x08af)、DSP型号(ZC3XX)、CMOS传感器型号(SENSOR_HV7131R)在gspca.h中均有定义,也有相关的芯片头文件,因此,只需改动gspca_core c,把Easy/Cool摄像头的信息加入到其中即可。在摄像头型号检测的函数spca Detect Camera()中添加如下代码:

即完成了对未知USB摄像头型号的扩展使用。

2.2 RFID数据采集与处理

RFID数据采集与处理流程图如图4所示。人员档案数据(如姓名、门禁权限等)统一存储在一个file.txt的文件中,作为数据识别进程的数据依据。假设采集到的RFID卡片ID信息为:1123776758,执行如下查找程序:

system("grep 1123776758/user/file.txt");

判断该卡片ID信息是否合法。如果查找结果是该卡片ID信息为NULL,则应进行报警提示等处理;如果查找到的是该卡片ID信息对应的人员档案数据,则进行数据保存、开门、照片抓拍等。

RFID信息、采集时间、地点等数据按格式保存在一个*.txt文件中,所采集的照片以.jpg文件格式保存。

最后,服务器通过以太网,与终端设备建立TCP/IP、FTP连接,终端设备将保存的文件上传至服务器供管理系统处理。上传成功的文件将从本地Flash中删除,本地Flash由于容量有限,采用轮循存储的办法,保存的数据超出50 MB后,将从存储范围的开始处往后覆盖原来的文件。

键盘、LCD12864、韦根接口、门禁控制接口均需在Linux下编写I/O口驱动程序,以模块动态加载的方式调试成功后,保存到Cramfs或Yaffs2文件系统中,启动时在/etc init.d/rc S文件中执行动态加载命令insmod[6],使用mknod建立设备支点,这样应用程序便可以访问这些设备。

人机交互除了使用LCD和键盘外,本设计还采用了基于Web浏览器的交互方式,在用户端只需要通过Web浏览器输入设备的IP地址,就可以对嵌入式设备进行管理和监控,非常方便实用。在Linux环境下,Boa服务器是一个非常小巧和适用于嵌入式系统的Web服务器,支持CGI程序的执行。

本设计充分利用AT92SAM9260片上资源与智能一卡通系统终端的硬件需求相一致的优势,再以Linux为软件开发平台,实现了整个系统的集成化,具有通用性、低成本、体积小、操作方便、稳定可靠等优势。本系统还可扩展到餐饮消费、车库管理、会议签到等应用中,也适用于一般的嵌入式数据采集系统、监控系统等。

摘要：介绍一种以AT91SAM9260处理器和Linux嵌入式操作系统为平台的RFID信息采集与处理系统。该系统充分利用AT91SAM9260芯片丰富的标准接口资源,集门禁、考勤、监控为一体,以Linux操作系统为软件平台,完成了RFID数据信息和USB摄像头照片数据的采集、保存与TCP/IP远程数据传输等。介绍了系统的硬件组成原理、软件设计方案和实现方法,为射频识别技术在智能一卡通系统中的应用提供了一种先进的解决方案。

关键词：嵌入式系统,射频识别,USB摄像头,一卡通

参考文献

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[5]徐伟,谭树人.基于AT91RM9260的图像采集系统设计[J].微计算机信息,2006(12).

嵌入式RFID技术 篇7

系统集成将选择Microsoft的Biztalk作为消息中间件COTS,RFID中间件的开发分为:芯片的选择、读写器的识别率、多条消息数据的并发处理,以及选择什么样的中间件开发工具来对各种场景进行数据获取、筛选与提交,保证RFID读写器与后台信息系统的数据交换,完成图书馆正常业务的开展。

实际应用中,读写器面临对存在于图书馆中任何位置的图书芯片的读写机会,可以是书架上的图书、可以是还书箱上的图书、可以是推车上的图书,虽不全是有源的芯片主动发起信号,也会在对图书借还、图书盘点过程中发生读写器对芯片的读写情况。因此,读写的距离和范围,读写的成功率、读写的重复过滤都是会遇到的问题。并发的、同时存在的大量数据信息,会导致后台信息系统对于数据的选择,不能保证数据的有效性。因此,具有队列机制,查询重复信息的功能,是中间件必须有的基本组成部分。

2 图书馆系统的RFID硬件构成

由RFID芯片(HF、UHF)、书架天线、RFID阅读器等,组成标签转换系统、自助借书系统、自助还书系统、智能查找系统、推车式盘点系统、安全门检测系统。

3 图书馆RFID软件构成

中间件系统(微软Biz Talk RFID组件:RFID Server、RFID管理器、RFIDsink数据库、RFIDstore数据库)、图书管理自动化信息系统。

4 RFID中间件开发

图书馆的智慧图书馆应用场景分为读者使用场景及馆内工作人员使用场景。读者使用场景有:读者出入阅览室门禁、读者在自助借还机上借还图书、读者在馆外24小时还书机上还书、读者在自助办证机上注册图书馆用户等;馆内工作人员使用场景有:馆员对图书加工并贴RFID标签、馆员设置书架层架RFID标签、馆员持手持盘点设备进行图书盘点与顺架理架、馆员使用智能书架(即带固定的读写器)进行图书定位等。

对于同时处理多条数据的情况,需要RFID中间件具备队列机制,即将接收到的芯片数据进行分类,区别重复读取的与需要过滤的,并且合理的设定读写时间间隔及发送有效地芯片响应频率,同时RFID中间件服务器对于有效的数据进行存储,通过通用协议XML的形式,发送到后台IS信息系统中,进行数据交换,完成一系列图书借还动作的芯片数据读取和数据库数据写入流程。

基于微软Biz Talk RFID的具体实现方法

RFID中间件的开发采用微软Biz Talk RFID工具,兼容多种读写协议,并解决数据每秒读取上百个标签的问题,将数据进行冗余筛选,同时将数据分发到多种应用信息系统中,提高读写器处理数据的效率和成功率。

我们将从读写器获得的所有原始标签数据进行过滤,过滤的方法大致有三种:去重过滤、事件过滤以及标签码过滤。

下面将详细介绍这三种类型的过滤算法及实现。

4.1 标签码过滤

按照图书标签信息的录入规则,结合实际应用,图书标签的编码格式一般由四个源数据组成:即版本号和三个数据段,分别是供应商的标识符、图书类别符以及单本图书的ISBN号。有了这些存在于标签芯片上的数据,图书管理员就能获得这样的馆藏图书信息:某个供应商的所有图书,或者是某个供应商的某种分类的图书,或者是某种分类图书中ISBN号及图书出版社的图书信息。通过标签码过滤器,我们可以从所有的图书标签数据中选出满足馆员需求的标签码,而过滤掉不需要的以及多余的数据信息。

比如图书馆在进行图书借还或者图书盘点扫描的过程中,不希望将工作人员随身携带的二代身份证、以及其他安装有RFID芯片(如列入资产管理的设备标签、书架上的层架标签、其他文件上贴的标签等),但是会干扰图书信息的数据源进行屏蔽,选出我们所需要的标签信息。

具体的过滤算法简单描述如下:先由图书管理员或者系统管理员定义一个标签码的获取模式,规定需要选出的图书标签的类型。然后当读写器读取每一个标签时,将这个图书标签的标签码与标签码模式进行匹配,如果匹配,则输出该标签以备中间件的调用及处理,否则过滤掉这个标签。

4.2 去重过滤

图书管理中使用的RFID读写器读到的标签数据一般都是原始的标签数据,有源的无源的,被动获得的主动获取的,包含了大量重复冗余的数据。在图书借还、图书盘点以及安全门禁一系列的管理过程中,为了保证出错少、保证一定的读取准确率,特别是在图书采编室中有大量加工完成或者未加工的RFID标签的环境中,摆放多台读写器或天线。但是多台读写器可能同时读到某个图书标签,存在一定的重复读取,并提交到中间件来处理。

这样,图书馆藏的管理过程中,为实现自动定位图书在书架的哪个层架,会采用多个固定的读写器或天线。因此,一本图书可能会被多个读写器同时读取,重复出现,这样中间件服务器将通过程序进行数据去重,保证在与后台信息管理系统通讯时只传输不重复的,唯一的标签信息。

中间件虽然多线程处理信息的能力很强,但是也要在一定程度上减轻对标签数据进行重复读取所带来的负担。为了达到这一目的,我们可以设计过滤算法:

首先定义读写器得到的标签信息为(reader ID,tag ID,read Time,read Interval,Drop),其中reader ID表示读写器标识号,tag ID表示图书标签号,read Time表示标签的读取时间点,read Interval表示标签读取的时间间隔,Drop表示在完成计算后打上是否要去重的标识符。我们将标签数据放入一个常用的哈希表中,设置tag ID为哈希表的关键字即唯一标识。

当读写器读取到一个新的标签数据时,检索在该哈希表中是否存在相同的标签tag ID,若存在且两者的读取时间差小于标签读取的时间间隔read Interval,就认为该标签数据是重复读到的,直接过滤掉,打上去重标识,同时更新哈希表中该标签的读取时间点。若存在且两者的读取时间差大于read Interval,则认为该标签是新读到的标签,则输出该标签到中间件,完成后续数据处理,同时更新哈希表中该标签的read Time读取时间点。若不存在,则将其插入到哈希表中,并输出该标签。

4.3 事件过滤器算法

在图书馆藏的管理过程中,特别是在智能书架(书架上安装实时读取图书芯片信息的读写器或者天线)的管理过程中,会严格监测三种类型的图书:新加工完成上架的图书、被读者取下书架并阅读或者外借的图书、被读者取阅但是在一定时间内又回到书架上来的图书。

从算法的理解上来说,即主要过滤三种标签:新出现的标签(new Tag),离开的标签(left Tag)和当前活动标签(active Tag)。过滤算法如下:

定义读写器得到的标签信息为(reader ID,tag ID,read Time,dead Time,Drop),其中reader ID表示读写器标识号,tag ID表示图书标签号,read Time表示标签的读取时间点,dead Time表示定义为离开标签的持续时间。在事件的过滤过程中,将当前活动标签数据放入一个哈希表中,设置tag ID作为哈希表的关键字。同时定义两个队列Queue1和Queue2,分别保存新出现的标签数据和离开的标签数据。当读写器读取到一个标签时,首先检索在哈希表中是否存在相同的标签tag ID,若不存在,则分别插入到该哈希表和新标签队列Queue1中。若存在,则更新哈希表中该标签的读取时间点read Time。最后遍历哈希表,将哈希表中在时间dead Time内没有更新的标签加入到离开的标签队列Queue2,并将其设置Drop标识,表示为删除。

5 RFID系统测试

基于图书馆的应用场景中有以下几种情况:1.多本图书标签同时读写、需要分时段处理;2.同时读取多个标签,并保证正确率及互不干扰;3.图书盘点时读写器插于图书与图书的间隙中,去除标签的重复性读取、删除不在目标层架位置的标签;4.读写器读取的反应时间控制;5.读写器的虚拟化、在多种调制的情况下兼容所有图书标签;5.测试在标签转换(条码与RFID并存)的情况下,后台图书管理信息系统流通数据的调取是否正确等。

以上都对中间件的研发成果提出了测试需求,这其中既包括后端的图书馆工作业务流程的测试,也包括前端的读写器设备硬件性能,及中间件对于消息队列处理的准确性和工作效率。

5.1 设定Lab VIEW与PXI,以测试RFID标签

我们使用NI产品,创造出一套可行的解决方案。我们开发的系统中包含了NI PXI-1044机箱与NI PXI-8196(PXI-8105)嵌入式控制器,会执行客制的Lab VIEW应用。

在测试阶段时,我们会逐渐增强每个频率传输的查询指令功率,直到侦测到标签响应为止。在不牺牲精确度的前提下,为了增加测试速度,先以较大的幅度提高功率,再以较小的幅度去慢慢处理,越切越细,就能达到较高的精确度。我们应用中的步进值分别是1 d B与0.1 d B。让标签产生响应的最低功率,可以帮助我们计算最大的卷标范围与其它的卷标参数,例如敏感度等。使用这个方法,我们也可以针对不同的材料与标签方向,收集量测值。

5.2 上位机程序设计

上位机程序设计主要完成两个部分功能:一部分是实现与单片机的通信功能;另一部分是对信息的管理功能。当大量数据活数据之间存在复杂关系时,就需要通过数据库来进行存储、管理和查询,即采用LABVIEW虚拟仪器技术与数据库系统进行交互。使用自带的(动态数据交换)技术,主要完成数据写入、分析和管理功能。

参考文献

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