2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

　　2.1 讀寫器與標(biāo)簽的通信

　　讀寫器與標(biāo)簽通信，首先必須有ZigBee 網(wǎng)絡(luò)存在。這就需要系統(tǒng)中讀寫器（一般與服務(wù)器直接串口相連）將網(wǎng)絡(luò)建立起來，并負(fù)責(zé)地址的分配和成員的加入、節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)的更新、設(shè)備關(guān)聯(lián)表的維護(hù)。標(biāo)簽發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，就會請求加入網(wǎng)絡(luò)。入網(wǎng)成功后，標(biāo)簽就與其中讀寫器建立父子關(guān)系，時刻保持通信。為了降低標(biāo)簽功耗，標(biāo)簽具有定時休眠的功能。

　　本系統(tǒng)采用Z-stack 協(xié)議棧來完成網(wǎng)絡(luò)的建立及路由或標(biāo)簽的入網(wǎng)，從而建立通信鏈路。

　　2.1.1 網(wǎng)絡(luò)形成

　　讀卡器上電后，將掃描DEFAULT_CHANLIST 指定的通道，最后在其中之一形成網(wǎng)絡(luò)（根據(jù)ZDAPP_CONFIG_PAN_ID 的值）。然后調(diào)用ZDO 層的初始化設(shè)備函數(shù)ZDOInitDevice（0）設(shè)置NV 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)：

　　networkStateNV=INITDEV_NEW_NETWORK_STAT;最終觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)初始化函數(shù)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)初始化事件；ZDO層任務(wù)事件處理函數(shù)對網(wǎng)絡(luò)初始化事件進(jìn)行處理，調(diào)用ZDO_StartDevice（）函數(shù)，將改變設(shè)備狀態(tài)為協(xié)調(diào)器啟動：devState = DEV_COORD_STARTING;然后調(diào)用NWK 層網(wǎng)絡(luò)形成請求函數(shù)：NLME_Network-FormationRequest（）；NWK 層通過調(diào)用MAC 和PHY 層相關(guān)功能函數(shù)執(zhí)行一些列網(wǎng)絡(luò)形成動作，最終形成網(wǎng)絡(luò)。

　　2.1.2 標(biāo)簽加入網(wǎng)絡(luò)

　　標(biāo)簽在上電初始化以后，經(jīng)過初始化設(shè)備、設(shè)置NV 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)初始化函數(shù)、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)初始化事件、啟動設(shè)備后將改變設(shè)備狀態(tài)為發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)：

　　devState = DEV_NWK_DISC;調(diào)用NWK 層發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)請求函數(shù)：NetworkDiscoveryRequest（）；然后NWK 層通過調(diào)用MAC 和PHY 層相關(guān)功能函數(shù)執(zhí)行一些列發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)動作，發(fā)送發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)消息至ZDO 層。ZDO 層接收到該消息后，修改設(shè)備狀態(tài)為正在加入網(wǎng)絡(luò)：

　　devState = DEV_NWK_JOINING; NWK 層通過調(diào)用MAC 和PHY 層相關(guān)功能函數(shù)執(zhí)行一些列請求加入網(wǎng)絡(luò)動作，并發(fā)送加入網(wǎng)絡(luò)指示消息至ZDO 層。ZDO層任務(wù)事件處理函數(shù)將執(zhí)行處理加入網(wǎng)絡(luò)函數(shù)：

　　ZDApp_ProcessNetworkJoin（）；修改設(shè)備狀態(tài)為終端設(shè)備：devState = DEV_END_DEVICE.設(shè)置ZDO 狀態(tài)改變事件： osal_set_event（ZDAppTaskID， ZDO_STATE_CHANGE_EVT ）；最終加入已有網(wǎng)絡(luò)，與讀卡器進(jìn)行通信。

　　2.2 讀寫器與有源RFID 標(biāo)簽的軟件流程圖

　　讀寫器設(shè)備初始化后首先要檢測是否有網(wǎng)絡(luò)存在，這決定了讀寫器是作為網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器還是路由器，來完成相應(yīng)的功能。標(biāo)簽設(shè)備初始化后，首先加入網(wǎng)絡(luò)，再執(zhí)行設(shè)備程序，完成傳感器數(shù)據(jù)采集等功能。

　　在它休眠醒來或數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，要檢測一下是不是已經(jīng)離開網(wǎng)絡(luò)。如果標(biāo)簽遠(yuǎn)離與它通信的讀寫器，它將通過孤點(diǎn)方式再次申請加入網(wǎng)絡(luò)，與新的讀寫器建立通信。讀寫器與有源RFID 標(biāo)簽的具體工作流程如圖3 所示。

　　圖3 讀寫器與有源RFID 標(biāo)簽的具體工作流程。

　　2.3 低功耗設(shè)計(jì)

　　由于標(biāo)簽是有源RFID，低功耗設(shè)計(jì)是非常重要的。在設(shè)計(jì)中，主要采用增加休眠時間還減少通信流量兩種方法來實(shí)現(xiàn)的。標(biāo)簽在休眠時的功耗將近為喚醒時的千分之一，在保證監(jiān)控的真確性的前提下，增長休眠時間是低功耗設(shè)計(jì)的一個重要手段。設(shè)計(jì)中用定時器1 作為定時休眠，休眠時間為10s.具體實(shí)現(xiàn)：

　　__interrupt void T1_ISR（void）

　　{ IRCON &= ~0x02; //清中斷標(biāo)志

　　counter++;

　　if（counter == 250）

　　{counter = 0;timetemp = 10; }//10 秒到

　　PowerMode（3）； }//進(jìn)入休眠模式3

　　為了減少標(biāo)簽的通信流量，標(biāo)簽會記錄上一次的狀態(tài)（如溫度變化），根據(jù)狀態(tài)是否變化來決定是否傳輸數(shù)據(jù)。具體實(shí)現(xiàn)：

　　if（oldstate！=newstate）

　　{zb_SendDataRequest（0xFFFE，REPORT_CMD_ID， 2， pData，0，AF_ACK_REQUEST，0）；} //發(fā)送數(shù)據(jù)請求

　　else{PowerMode（3）；}}//進(jìn)入休眠模式3

　　3 測試結(jié)果

　　在測試時，我們模擬倉庫管理系統(tǒng)。將標(biāo)簽中寫入了物體的具體信息（我們這里寫入一個ID 號），并在標(biāo)簽上設(shè)計(jì)了溫度傳感器電路，用來實(shí)時監(jiān)測物體周圍環(huán)境信息。讀卡器與計(jì)算機(jī)相連，通過串口顯示標(biāo)簽的信息。串口顯示如圖4 所示。

　　圖4 測試顯示結(jié)果。

　　4 結(jié)語

　　本文基于ZigBee 技術(shù)設(shè)計(jì)了一種工作頻段為2.4GHz 的有源RFID 系統(tǒng)。改善了目前RFID 系統(tǒng)識別距離短，組網(wǎng)不靈活，抗干擾能力差的缺點(diǎn)。詳細(xì)地介紹了整個系統(tǒng)的開發(fā)流程。但是此系統(tǒng)中標(biāo)簽價格仍然昂貴，只適合于貴重物體跟蹤等少數(shù)場合。隨著技術(shù)水平的不斷提高，生產(chǎn)出價格低廉，集成度更高的射頻芯片，使得芯片體積更小，價格更低，此系統(tǒng)便可以得到廣泛應(yīng)用。