何 滔

(云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 曲靖 655000)

0 引言

射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)作為一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其技術(shù)應(yīng)用原理主要是通過(guò)射頻識(shí)別模式來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別[1]。以往的射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用中，存在大量的缺陷，如系統(tǒng)布線復(fù)雜、靈活度差、無(wú)法滿足讀寫器要求等，而在ZigBee和ARM技術(shù)應(yīng)用中，分布式RFID信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠有效發(fā)揮ZigBee無(wú)線通信技術(shù)以及ARM運(yùn)算技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其通過(guò)構(gòu)建分布式RFID信息采集系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽信息的精準(zhǔn)處理，完成目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別；其整體系統(tǒng)工作效率高，運(yùn)行自動(dòng)化程度高。

1 RFID系統(tǒng)組成和技術(shù)原理

RFID系統(tǒng)組成主要包括3個(gè)部分，即射頻標(biāo)簽、讀寫器和信息管理系統(tǒng)[2]。

相應(yīng)的射頻標(biāo)簽中包含天線和芯片，而其中的芯片則是識(shí)別的唯一標(biāo)識(shí)，能夠一次性存儲(chǔ)相應(yīng)格式的數(shù)據(jù)信息[3]。為了方便數(shù)據(jù)的獲取，在應(yīng)用中多將射頻標(biāo)簽和相關(guān)物體聯(lián)系在一起，相應(yīng)射頻標(biāo)簽多位于物品的表面。讀寫器的作用是讀取電子標(biāo)簽中的信息，或者是將其錄入相應(yīng)設(shè)備中，其可以在非接觸的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)標(biāo)簽信息的讀取和存儲(chǔ)，而信息的識(shí)別、解碼、獲取等功能的實(shí)現(xiàn)主要是借助串口和上層控制系統(tǒng)之間的通信聯(lián)絡(luò)以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)[4]。信息管理系統(tǒng)更多是為了完成標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽的讀寫控制[5]。

射頻識(shí)別的工作原理是借助微波能量實(shí)施非接觸式雙向通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換。

2 分布式RFID信息采集方案的確定

因?yàn)榧惺降腞FID信息采集方案存在的問(wèn)題較多，要想有效緩解PC平臺(tái)中的射頻識(shí)別壓力及信息采集的網(wǎng)絡(luò)壓力，所以分布式RFID信息采集方案就被提出來(lái)。

相應(yīng)的分布式RFID信息采集方案中，對(duì)于信息采集節(jié)點(diǎn)實(shí)施區(qū)域劃分，按照射頻識(shí)別信息處理量在相應(yīng)區(qū)域設(shè)置計(jì)算機(jī)終端，其主要是對(duì)于區(qū)域中的射頻識(shí)別原始信息實(shí)施采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)應(yīng)用中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理，最后將相應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。相關(guān)PC機(jī)和企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)之間借助有線網(wǎng)絡(luò)連接，企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)可以按需獲取區(qū)域PC機(jī)終端上的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

相對(duì)于傳統(tǒng)的RFID信息采集方案，分布式RFID信息采集方案能夠?qū)⒄麄€(gè)應(yīng)用區(qū)域劃分為多個(gè)子區(qū)域，各個(gè)子區(qū)域就像是一個(gè)集中的射頻識(shí)別方案，借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相關(guān)子區(qū)域的RFID的PC機(jī)服務(wù)器和多個(gè)企業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)的信息交互及共享。相關(guān)RFID服務(wù)器信息處理工作量大大降低，使得各個(gè)子區(qū)域服務(wù)器配置要求也可以降低。此外，要想在系統(tǒng)中添加一些新信息采集節(jié)點(diǎn)，在合理的子區(qū)域中增加即可，可以增強(qiáng)系統(tǒng)的可拓展性[6]。當(dāng)然，分布式RFID信息采集方案也有缺陷，現(xiàn)階段PC機(jī)服務(wù)器以及工業(yè)PC機(jī)價(jià)格昂貴，一些大規(guī)模的分布式RFID信息采集項(xiàng)目中需要增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量，導(dǎo)致系統(tǒng)成本的增加[7]。

3 基于ZigBee和ARM的分布式RFID信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在此次設(shè)計(jì)的分布式RFID信息采集系統(tǒng)中，主要的系統(tǒng)可以分為3個(gè)層次。數(shù)據(jù)信息采集層，主要是對(duì)電子標(biāo)簽信息實(shí)施有效采集和預(yù)處理；ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸層，主要是基于ZigBee的嵌入式射頻識(shí)別信息采集節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)以及RFID服務(wù)器，構(gòu)建相應(yīng)的ZigBee節(jié)點(diǎn)以負(fù)責(zé)將RFID信息采集層采集到的和預(yù)處理的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，使PC平臺(tái)和RFID服務(wù)器接收并處理數(shù)據(jù)信息，通過(guò)一系列的過(guò)濾、容錯(cuò)、整合處理，將這些數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成企業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，整合相關(guān)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)；上層企業(yè)應(yīng)用服務(wù)層，主要功能是為企業(yè)的相關(guān)信息服務(wù)提供渠道和方案。

3.1 上層企業(yè)應(yīng)用服務(wù)器

上層企業(yè)應(yīng)用服務(wù)器主要是通過(guò)構(gòu)建企業(yè)信息服務(wù)系統(tǒng)，為企業(yè)對(duì)相關(guān)資源的調(diào)度和配置提供必要參考。其和計(jì)算機(jī)平臺(tái)的射頻識(shí)別服務(wù)器連接，能夠及時(shí)采集相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯數(shù)據(jù)，并通過(guò)人性化界面呈現(xiàn)。此外，企業(yè)服務(wù)器可以按照企業(yè)現(xiàn)階段的相關(guān)業(yè)務(wù)信息生成決策信息，為企業(yè)相關(guān)決策的制定提供依據(jù)。

3.2 以PC平臺(tái)為基礎(chǔ)的射頻識(shí)別服務(wù)器

以PC平臺(tái)為基礎(chǔ)的射頻識(shí)別服務(wù)器對(duì)射頻識(shí)別底層數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息進(jìn)行過(guò)濾、整合，獲得相應(yīng)的企業(yè)邏輯數(shù)據(jù)；通過(guò)射頻識(shí)別采集數(shù)據(jù)信息并預(yù)處理，最后進(jìn)行存儲(chǔ)。這一過(guò)程中，出現(xiàn)的業(yè)務(wù)邏輯信息準(zhǔn)確性與否，對(duì)企業(yè)應(yīng)用服務(wù)器信息發(fā)布以及管理者的決策具有重要影響。所以，這也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分。此外，就PC平臺(tái)的射頻識(shí)別服務(wù)器的實(shí)時(shí)性來(lái)看，這也是系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)，需要使用嵌入式射頻識(shí)別信息采集節(jié)點(diǎn)來(lái)對(duì)原始射頻識(shí)別數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)有效的預(yù)處理，確保相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴漕l識(shí)別服務(wù)器中時(shí)，能夠有效降低數(shù)據(jù)冗余和錯(cuò)誤，對(duì)于減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，強(qiáng)化系統(tǒng)穩(wěn)定性以及可靠性等都具有重要意義。

3.3 基于ZigBee和ARM的信息采集網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

ZigBee無(wú)線通信技術(shù)下的嵌入式信息采集節(jié)點(diǎn)的射頻識(shí)別信息采集網(wǎng)絡(luò)包含了信息采集節(jié)點(diǎn)以及信息采集系統(tǒng)兩個(gè)重要部分。其中，射頻識(shí)別采集系統(tǒng)主要由讀寫器、嵌入式信息采集節(jié)點(diǎn)、標(biāo)簽等構(gòu)成，射頻識(shí)別讀寫器通過(guò)對(duì)周圍標(biāo)簽信息的采集，借助有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的傳輸。考慮到射頻識(shí)別讀寫器采集的數(shù)據(jù)比較多樣，且存在一定的冗余，因此，需要嵌入式信息采集節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的有效預(yù)處理，緩解網(wǎng)絡(luò)壓力。

3.4 RFID信息采集系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)

在RFID信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，借助無(wú)線傳感器，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)思路把握——在控制系統(tǒng)中的數(shù)碼管顯示電路，主要由譯碼器、驅(qū)動(dòng)器、顯示器等組成，其可以通過(guò)對(duì)采集到的電路處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量。在硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)工具中，還包含了ZigBee無(wú)線通信工具。目前，市場(chǎng)中使用的相關(guān)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)工具的功能主要包含ZigBee版圖編輯系統(tǒng)，能夠?yàn)橛脩籼峁┯行У脑O(shè)計(jì)環(huán)境，并通過(guò)ARM強(qiáng)大計(jì)算能力的發(fā)揮，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求制定相應(yīng)的布線規(guī)則；而且，能夠在保證布線不沖突的情況下，就可以快速完善設(shè)計(jì)布線，節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間，提升整體設(shè)計(jì)工作的效率。

結(jié)合ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，基于對(duì)ZStack協(xié)議線的移植前提下，借助ZigBee樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建分布式的射頻識(shí)別信息采集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，確保其有效。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)RFID信息采集系統(tǒng)應(yīng)用的不足，提出基于ZigBee和ARM的分布式RFID信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)確定信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體方案，抓住關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)用有效的設(shè)計(jì)思路和規(guī)劃，有效地應(yīng)用ZigBee技術(shù)和ARM計(jì)算功能，構(gòu)建高效運(yùn)轉(zhuǎn)的分布式RFID信息采集系統(tǒng)。