物聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前在國(guó)際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)能夠獲取客觀物理信息，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，能應(yīng)用于軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域，被認(rèn)為是對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。

　　因此，筆者提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多標(biāo)準(zhǔn)RFID設(shè)別設(shè)備，此設(shè)備可以實(shí)時(shí)自動(dòng)識(shí)別物品的RFID電子標(biāo)簽內(nèi)信息，具有識(shí)別可靠性高，信息處理能力強(qiáng)，功耗小，保密性強(qiáng)。再結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的信息傳輸，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息應(yīng)用，本實(shí)用新型的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

　　1 RFID技術(shù)簡(jiǎn)介

　　1．1 RFID分類(lèi)

　　RFID按應(yīng)用頻率不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(MW)，相對(duì)應(yīng)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(wú)源RFID標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽(Passive Tag)，有源RFID標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽(Active Tag)，以及電池協(xié)助的無(wú)源RFID標(biāo)簽。無(wú)源RFID標(biāo)簽價(jià)格很低，但是無(wú)需要電池，有源RFID可以提供更遠(yuǎn)的讀寫(xiě)距離，但是需要電池供電。有源標(biāo)簽由于有電池供電和功能較強(qiáng)的微控制器和無(wú)線單片機(jī)，所以可以實(shí)現(xiàn)更大范圍的傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集，也可以通過(guò)ZigBee、Wi—Fi、GPRS／3G等技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，來(lái)延伸標(biāo)簽的范圍，是RFID技術(shù)一個(gè)非常重要的發(fā)展方向。

　　1．2 射頻識(shí)別系統(tǒng)組成

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)主要由標(biāo)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(biāo)簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成(有源標(biāo)簽還需要電池和傳感器等)，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。
讀卡器(Reader)：也稱(chēng)讀寫(xiě)器等，讀取(有時(shí)還可以寫(xiě)入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。
天線(Antenna)：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。如果是有源電子標(biāo)簽，讀卡器也以同時(shí)是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)關(guān)，能夠?qū)⒂性礃?biāo)簽節(jié)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)，通過(guò)低功耗網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)。

　　1．3 RFID技術(shù)的工作原理

　　RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，射頻前端發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag，無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽)，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽)；讀取信息并解碼后，送至RFID射頻識(shí)別控制單元進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

　　2 射頻識(shí)別節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

　　2．1 射頻識(shí)別節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)

　　如圖1為射頻識(shí)別節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)：它包括：1)USB轉(zhuǎn)串口單元；2)RFID射頻識(shí)別控制單元；3)RFID讀頭前端單元；4)和無(wú)線射頻收發(fā)單元。射頻前端和標(biāo)簽間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時(shí)通過(guò)耦合給無(wú)源應(yīng)答器提供能量和時(shí)序。在實(shí)際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過(guò)Eth-ernet或WLAN等實(shí)現(xiàn)對(duì)物體識(shí)別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。

射頻識(shí)別節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)

　　2．2 USB轉(zhuǎn)串口和射頻識(shí)別控制單元

　　USB轉(zhuǎn)串口單元和RFID射頻識(shí)別控制單元連接如圖2所示。其工作原理為：用戶(hù)可以通過(guò)USB接口把模塊與PC機(jī)連接，通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口單元發(fā)送命令到射頻識(shí)別控制單元，同時(shí)射頻識(shí)別控制單元可以通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口單元把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

USB轉(zhuǎn)串口單元和RFID射頻識(shí)別控制單元連接

　　2．3 RFID讀頭前端單元

　　圖3給出了本實(shí)用新型的核心控制電路，其工作過(guò)程是：TRF7960通過(guò)SPI口與MSP430F2370通信。當(dāng)讀頭前端檢測(cè)到有效標(biāo)簽，IRQ就置高電平，TRF7960與MSP430F2370的SPI通信有效，射頻識(shí)別控制單元把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)寄存器中以便向PC機(jī)發(fā)送。同時(shí)射頻識(shí)別控制單元根據(jù)不同的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理函數(shù)，判斷出不同協(xié)議的標(biāo)簽，通過(guò)外接的LED燈指示出不同標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽。

新型的核心控制電路

RFID讀頭前端單元的核心是TRF7960芯片如圖4所示，TRF7960的第8引腳RX1_AM，第9引腳RX2_PM為信號(hào)輸入的端，電阻R1、R2，電容C16、C17、C18，通過(guò)相互調(diào)節(jié)達(dá)到50 Ω的阻抗，以便接收信號(hào)最佳，電阻R2，電容C18前端的PCB天線構(gòu)成了磁場(chǎng)，TRF7960的第5引腳TX_ OUT不斷向磁場(chǎng)附近發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令。當(dāng)有標(biāo)簽靠近磁場(chǎng)的時(shí)候，標(biāo)簽通過(guò)電磁耦合接收到命令，同時(shí)向讀頭前端發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求應(yīng)答命令，標(biāo)簽此時(shí)處于準(zhǔn)備狀態(tài)，當(dāng)讀頭接收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求應(yīng)答命令，開(kāi)始讀取標(biāo)簽的序列號(hào)，同時(shí)調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)處理函數(shù)，如果數(shù)據(jù)校驗(yàn)正確就把標(biāo)簽信息發(fā)送到射頻識(shí)別控制單元，否則重新讀取信息。

TRF7960芯片

　　2．4 無(wú)線射頻收發(fā)單元工作原理