基于RFID技术的物联网传感系统设计与实现

谷敏

摘要 随着物联网产业的高速发展，RFID技术已经广泛应用于人们的生产生活中，并促进信息技术的进一步提升。物联网的传感系统就好比人体皮肤，是收集资料与识别物体的重要组成部分。而RFID技术作为实现这项性能的唯一支撑条件，必须对其展开科学的设计。本文着重研究了基于RFID技术的物联网传感系统设计与实现。

【关键词】RFID技术 物联网 传感系统 设计

物联网是创建智慧服务平台的技术支持，在计算机网络基础上借助RFID技术建立一个包罗万象的局域网。通过对周围事务的即时感知来实施智能化管理，进而提升相关产品质量。常见的物联网接入方法有以下几种，如Zigbee、蓝牙、Wi-Fi、GPRS、PSTN、Z-wave通信技术等，但上述方法均不能准确鉴别物品。只有RFID技术才可以完成数据的采集和物品的鉴别。因此，RFID在物联网的传感系统中拥有极其重要的地位。

1 RFID技术简介

RFID技术又被人们称为射频识别技术，全名为“Radio Frequency Identification”，可以利用无线电波识别具体目标并读取数据资料，无需识别平台与目标之间设置光学或机器接触。

无线电波是通过改变无线电频度的磁场方向，将数据从依附品的标签上向外输送，以自动识别或跟踪这类物品。在识别过程中，一部分标签可以从识别器产生的磁场中获得能量，不需要配备任何电池。还有一类标签自带电源，并能发出各种电磁波，如无线电波、红外线、X射线等。RFID标签保存了大量的电子数据，百米以内都能有效识别。

從概念角度来讲，RFID技术与条码技术相类似。条码技术是将条形码放在目标物的前面位置，然后使用扫描仪借助光源将数据传输到该设备;而RFID技术使用RFID读取器和电子标签，并借助频率信号把数据传输到该读取器。

2 物联网概念

物联网不仅是信息加工技术的重要表现形式，还是互联网时代的特殊发展阶段。全称为“Intemet of things （IoT）”。从字面意义上来看，物联网就是由多个事物相连接网络。其中包括两层含义：

（1）物联网的基础与核心要素依旧是互联网，是对互联网的进一步扩展与延伸;

（2）其前端扩展与延伸到了不同物品之间，实施数据交换与信息交流，即物物相息。

通过智能识别、传感技术以及普存计算等技术，物联网才可以在网络交融中得到应用。基于以上原因，所以被学术界称为继电脑、因特网之后全球数据产业发展的又一次浪潮。实际上，物联网就是因特网的应用延伸，与其说它是一种网络，倒不如说它是一场业务或应用。所以，物联网应始终围绕应用创新来发展。

3 RFID在物联网传感系统中的应用

RFID技术作为一种通过无线电波来传递数据的识别手段，电子标签用来表示某一特定对象。具体识别过程如下：确保标签可以收到相关频率信号，从而展开数据识别。按照工作频率来划分，RFID技术包括三种形式，即高频频段、低频频段和超高频频段。目前，RFID高频技术与低频技术己得到较快发展，并且应用于多个行业领域。与其它系统相比较，RFID系统可以同时实现两个或两个以上的目标识别，活动中必须遵守电磁波频率的全部使用规范。另外，RFID技术涉及到很多学科，例如：计算机、数字通信、集成电路等。其原理为电磁理论，利用射频信号有效识别目标并获取相关资料，识别活动无须人为干涉，可直接应用于物联网传感系统中。目前存在两类RFID传感器标签系统：一类为RFID标签集合而成的电池支持传感系统直接作用在硅芯片之上，并且自带数/模转换其，该项科技适用于多类传感器，但是尺寸过大、成本过高、寿命有限。第二类把传感器集合在标签天线之上，能够有效降低成本与尺寸。

从本质上来讲，RFID是一组简单的操作系统，是由电子标签、计算机网络和读写器共同组成。其中电子标签包含两个部分，即天线和芯片，天线主要用来发射无线电波，芯片主要用来存储内部数据;读写器作为一种读取电子标签的设备，可以接收大量的数据资料;并将其与计算机网络相连，进而实现数据的处理、通信等功能。通过前文分析，可以得出以下结论：RFID在识别运动物体的同时还可识别大量标签，操作起来较为简单。在今后，RFID技术的迅猛发展会对物联网行业产生非常深远的意义。

4 硬件设计

基于RFID的物联网传感系统需要按照相应的规则实施标准化设计，其硬件设计有上位机电路、主控制模版、天线、射频线、电子标签等。这些硬件相辅相成，共同实现平台运营。

4.1 数字控制

数据集成包括一项核心功能与模块，可以将CPU内核与外部模块连接在一个活动单元。不仅具备良好的节能功效，还具备高级集成、定时器以及振荡器性能，充分支持模型的仿真、编程以及在线检测等。

4.2 芯片设计

RFID系统选用了AS3992读取芯片，该芯片集成了读取器传送所必备的数字模拟与性能，完全符合平台协议方面的有关规定，具备良好的接收灵敏度。主要包括足迹接口以及振荡器组成的PLL，DAC和ADC。另外，AS3992读取芯片还配备了很多活动寄存器，可以使芯片活动水平得到迅速提升。

4.3 射频放射电路设计

在对射频电路进行设计时，RFID系统选用了AS3992芯片发送的20dBm的信号，这种信号经常采取差分输出模式。该模式需要连接RFF扼流电感以及阻抗匹配体系，同时还应该有一个光纤转换器，便于RFID系统向单端输出模式转变，这样才可以实现信号的即时发送。

4.4 接口电路设计

RFID系统的接口线路主要由两部分构成，其一是USB数据接口，其二是RS232通信接口。其中，USB数据接口包括一个lOnF的储能器件与27欧的终端电阻，旨在取得与智能设备的通信;和射频放射模块相连的电路包含以下内容：数据的控制总线、服务总线、电源线以及时钟端口等。旨在实现命令的输出、使读取器连接到电子芯片上，便于更好地管理读取芯片。

5 系统软件设计

除计算机硬件以外，系统软件也是物联网传感系统的重要部分。它应该先连接到工作站、控制机、触摸屏等上位机，并与RFID标签展开通信，它是操作用户与RFID标签之间的纽带。整个系统软件被分成四个部分，即物理层、网络层、传输层、应用层，在物理层利用并行接口与USB接口建立逻辑关系，然后利用AS3992接口协议与USB接口协议进行通信。网络层是基于IS0 18000-6B/C标准与EPC Gen2标准。传输层的关键作用是AS3992输出形式与主控制器。应用层主要是显示用户软件、处理服务器数据等。

5.1 选择操作

电子标签与读取器之间的操作目的如下：为系统访问与查询工作建立一个标签集。倘若系统在同一时间内出现很多标签，那么就应该在主控制器中采用防碰撞算法，避免产生标签冲突的状况，然后按照用户要求发出正确指令，最后完成特定标签集的选择。

5.2 查询操作

为了准确识别RFID电子标签，专门进行了查询操作，读取器利用查询命令统计标签集，此时会反馈大量的RFID标签，然后读取器分别对他们实施检测，并请求协议判断，实现系统功能目标。

5.3 访问操作

为了和RFID电子标签建立联系，专门进行了访问操作，系统会在第一时间内访问那个被唯一鉴别的标签，其操作指令有读取、上锁、解锁、删除等，有利于消除标签识别的各种隐患，提升其安全性。

6 系统实现分析

6.1 系统电路板

物联网传感系统在选择通信电路时，采用了数字射频技术，电路板创建模式为PCB布局，这样就可以有效防止模拟电路与数字电路之间的相互干扰，以及排线过程中遇到的不合理问题。由于系统设计选用了PA设备与VC0设备（压控震荡器），所以系统质量较轻、体积较小、集成能力较强，可以优化通信电路，进而实现全部的系统功能。

6.2 系统传输活动

一般情况下，物联网传感系统的传输电路是由AS3992芯片完成，首先AS3992芯片将天线收到的信号发送到混频器，再由滤波电路和共射电路对传输电路展开解码或判决，最后消除数据帧与CRC验证，使数据进入FIFO中、传输部分主要是把控制器输出的操作命令传送到FIFO中。

6.3 系统时钟波和通信性能的实现

物联网传感系统通过LeCmy WaveSurfer永渡器来实现射频频率的勘测，当启动电源开关后，CLSYS频率上升到60kHz;当系统进入运行状态后，其频率显示为lOkHz;根据测试结果可以发现，距离越大则功能越低，距离越小则功能越高。基于这种状态，读取操作要比输入操作更容易获得成功。这一检测结果可以满足当前系统需求，符合人们的心理预期。

7 结束语

随着科学技术的不断进步，信息技术也实现了全面发展，物联网就是其中的表现形式之一。它是一种规模较大的网络体系，而RFID技术与传感器又是物联网的重要技术支撑。基于RFID技术的物联网传感系统设计，使系统质量、集成能力、体积更具优势，降低了系统难度，使其成为低能耗的运行机制。通过距离检测可以表明该系统能够实现功能任务。

参考文献

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