一種基于RFID的移動目標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

　為了能夠動態(tài)調(diào)整標(biāo)簽容量，適應(yīng)不同應(yīng)用場合的要求，根據(jù)系統(tǒng)MCU的處理能力，設(shè)置了4個標(biāo)簽容量值：16(10000)、64(1000000)、128(10000000)、256(100000000)。在數(shù)據(jù)幀中，標(biāo)簽ID號預(yù)留10個二進(jìn)制位，最高位用來表示標(biāo)簽是否被激活，其余9位用來表示標(biāo)簽的ID，在ID號的分配過程中，首先由111111111與對應(yīng)的標(biāo)簽容量作“與”運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果作為該容量下的編碼范圍。
2.2 軟件流程
　電子標(biāo)簽攜帶著相關(guān)信息，當(dāng)微控制器接收到觸發(fā)信號后，標(biāo)簽被激活，向閱讀器發(fā)出呼叫請求，在定時器規(guī)定的時間內(nèi)，不斷地向距離最近的閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送請求命令，直到收到閱讀器發(fā)出的應(yīng)答命令。在標(biāo)簽收到應(yīng)答命令后，將攜帶的消息發(fā)送出去，判斷閱讀器的反饋信息，如果反饋信息與校驗(yàn)碼相符，表示閱讀器正確收到標(biāo)簽的數(shù)據(jù)。閱讀器與標(biāo)簽的通信過程如圖3所示。

　從閱讀器與標(biāo)簽進(jìn)行通信的同時，還可以作為一個數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，其工作流程如圖4。中轉(zhuǎn)站通信鏈路采用令牌環(huán)的傳輸方式，只有握有令牌的一方才有發(fā)送數(shù)據(jù)的權(quán)利。中轉(zhuǎn)站每10 ms切換一次，具有執(zhí)行中轉(zhuǎn)站和與標(biāo)簽通信的雙重作用。

2.3 防碰撞設(shè)計
　系統(tǒng)所涉及的干擾主要有兩個方面，一方面是閱讀器與標(biāo)簽之間通信時，標(biāo)簽與標(biāo)簽之間的碰撞問題，當(dāng)有較多的標(biāo)簽同時出現(xiàn)在閱讀器的范圍之內(nèi)時，各標(biāo)簽之間傳輸?shù)男盘柣ハ喔蓴_，閱讀器將收不到正確的信息。為此，閱讀器與標(biāo)簽之間采用了幀時隙ALOHA算法，進(jìn)行防碰撞設(shè)計。通過明確的分組，有效地限制每次響應(yīng)的標(biāo)簽數(shù)量，使每次響應(yīng)的標(biāo)簽數(shù)都與幀時隙算法的幀長相匹配，從而獲得較高的標(biāo)簽識別效率。另一方向就是當(dāng)2個以上的從閱讀器同時向主閱讀器傳送數(shù)據(jù)時，將會產(chǎn)生干擾，出現(xiàn)錯誤信息。本文采用了時分多路法來解決，時分多路法的主要特點(diǎn)是利用不同的時隙來傳送各路不同的信號，每路信號在時域上是分開的。
3 監(jiān)控軟件的開發(fā)
軟件系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、地圖編輯器、操作界面。軟件界面的開發(fā)基于Visual Studio 2005，電子地圖的二維顯示框架主要使用了DirectX開發(fā)包。PC機(jī)通過RS232與主閱讀器進(jìn)行通信，獲得的數(shù)據(jù)儲存在基于Excel的數(shù)據(jù)庫中。
　電子地圖信息系統(tǒng)的一大特點(diǎn)就是支持多場合的應(yīng)用，為了提高軟件的通用性，設(shè)計了輔助軟件——地圖編輯器，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合，靈活地繪制、修改應(yīng)用場景的地圖。
　通過對Excel的調(diào)用，完成數(shù)據(jù)的實(shí)時存儲、查詢調(diào)用功能，結(jié)果用數(shù)據(jù)表格和地圖信息的方式進(jìn)行顯示。這樣就可以對攜帶電子標(biāo)簽的移動目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控。
4 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析
　實(shí)驗(yàn)中使用了3個閱讀器，2個電子標(biāo)簽。主要對標(biāo)簽與閱讀器通信的誤碼率、閱讀器的通信距離兩方面進(jìn)行了測試。另外根據(jù)MCU的數(shù)據(jù)處理速度，估算了閱讀器識別范圍內(nèi)的標(biāo)簽容量，綜合分析了單標(biāo)簽掃描次數(shù)與系統(tǒng)效率、標(biāo)簽容量之間的關(guān)系。
　經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，標(biāo)簽與閱讀器數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率與NRF2401芯片的工作頻率選擇有很大關(guān)系， NRF2401在2 400 MHz~2 570 MHz之間共有157個頻點(diǎn)可供選擇，選擇適當(dāng)?shù)闹行念l率可以降低系統(tǒng)誤碼率，提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。測試結(jié)果如圖5所示。