1 引言

　　射頻識別技術RFID(Radio Frequency Identification)作為一種高速發展的自動識別技術具有諸多優點：數據讀取方便快捷、識別速度快、可同時識別多目標、數據容量大、使用壽命長、應用范圍廣、標簽數據可動態修改等。因此其推廣應用越來越廣泛。但目前實際應用中的讀寫器大多只適合單機工作，不適合組網，不便于集中控制，不能應用到多點高密度數據采集場合。基于RS485標準利用超高頻RFID讀寫器構建數據采集網絡，遵循IS018000-6B協議的電子標簽中的數據，很好解決了多點高密度數據采集的難題。網絡節點數目可以根據具體應用場合靈活設置，最多可以拓展至256個數據采集節點。節點終端設備還配置有USB接口、LCD顯示、聲光提示、時鐘模塊等，也可以脫機使用，作為通用的RFID讀寫器，讀、寫標簽、記錄操作時間等。

　　2 整體方案設計

　　該系統借鑒計算機網絡中經典的C/S架構，利用RS485總線連接整個網絡。其中計算機作為網絡服務器，節點終端設備作為客戶機。計算機向各節點終端設備發送命令控制整個網絡，接收采集到的數據并做進一步處理;節點終端設備主要負責采集標簽數據，響應計算機的命令。系統選用的RS485器件MAX1483使網絡節點數最大可達到256個。系統方案框圖如圖1所示。

　　基于RFID的數據采集網絡的設計與實現

　　3 硬件電路設計

　　系統設計的重點在于節點終端設備的設計，即超高頻RFID讀寫器的設計。讀寫器的主要功能是發出詢問信號，選擇能量場內的應答器，建立數據通信鏈路并對應答器進行讀寫操作。超高頻RFID讀寫器的數據采集距離較遠，可達到1～30 m，通過軟件設置射頻收發模塊增益大小來控制讀寫距離，靈活地滿足實際要求。讀寫器硬件按照不同的功能可劃分為主控模塊、射頻收發模塊、電源模塊、數據存儲模塊、接口部分、時鐘模塊、LCD顯示模塊、聲光提示模塊及調試電路等，具體如圖2所示。

　　(1)主控模塊選用混合信號系統級器件C8051F340作為節點終端設備的主控器件，負責控制、協調各功能模塊，實現數據采集和命令響應。利用器件的雙串口分別控制射頻收發模塊和RS485接口器件MAX1483;自帶的USB功能控制器構成USB接口;通過I/O端口模擬I2C時序控制數據存儲器件AT24C16;通過I/O端口控制時鐘DS1302;LCD通過端口并行傳輸顯示數據，外加其他I/O端口作為輔助控制：由I/O端口控制LED和蜂鳴器構成聲光提示模塊。

　　(2)射頻收發模塊選用RMU900超高頻讀寫模塊。該模塊通過天線解調、解碼射頻標簽發射的信號，把數據發送給主控器件實現數據的采集，或將命令和數據編碼、調制后經天線發送給標簽，實現對標簽的寫操作。數據的傳輸通過與C8051F340的串口O相連的TX0和RX0實現。圖3為主控模板和射頻收發模塊原理圖。

　　基于RFID的數據采集網絡的設計與實現

　　(3)電源模塊 射頻模塊的功率較大。因此對于電源的要求較高，要求輸出大功率并且整個系統用到5 V和3.3 V兩種不同電源。所以選擇LT1085作為電源轉換器件。該器件可將5 V電壓轉換成3.3 V，最大輸出電流可達2 A。完全滿足射頻模塊和系統其他部分對電源的需要。

　　(4)數據儲存模塊存儲節點設備采集到的數據，待接收到計算機的發送數據命令后再將數據轉發到計算機。I2C接口的AT24C16容量為16 Kbit，可存儲2 K字節的數據。通過主控器件I/O端口模擬I2C時序，實現數據的讀和寫。

　　(5)接口部分RS485接口采用MAX1483器件。最多可驅動256個節點，通過RJ11接口實現與總線的連接：USB接口使用主控器件自帶的USB控制器，具有很高的可靠性。圖4是電源模塊、數據存儲模塊、接口部分的原理圖。

　　(6)其他模塊1602單色液晶顯示屏，可顯示采集到的數據和操作時間或實時時間。顯示數據的傳輸采用并行傳輸的方式，加快了屏幕的刷新頻率。聲光提示模塊提示操作完成情況。主要通過主控器件的I/O端口控制LED閃爍和蜂鳴器的鳴笛。時鐘模塊顯示數據采集的時間或實時時間。除板載電源外還設計有備用的紐扣電池，使掉電時時鐘不丟失。調試電路實現在線編程采集圖片工具，向主控器件C8051F340燒寫程序，監測變量值的變化情況，調試程序，輔助完成軟件的編寫。圖5、圖6為上述模塊的原理電路圖。

　　基于RFID的數據采集網絡的設計與實現

　　4 軟件設計

采集工具 　　系統的軟件設計包括上位機軟件和下位機軟件兩部分。上位機軟件部分主要針對計算機平臺，采用C++語言編寫.控制節點終端設備和接收節點終端設備發送的數據，然后做進一步處理?？紤]到網絡的規模最大為256節點，上位機采用輪詢方式控制各個節點終端設備，維持整個網絡正常運行。控制節點終端設備的命令主要有：(1)發送數據命令：下位機接收到該命令的響應是發送采集到的數據，即緩存在數據存儲模塊中的數據;(2)寫標簽命令：下位機接收到該命令的響應是向感應區內的標簽寫入新的數據;(3)時間設置命令：下位機的響應是根據參數更新DS1302的數據;(4)設置功率命令：設置射頻收發網站圖片采集軟件模塊的發射功率以調節讀寫標簽的距離;(5)寫分機號命令：該命令為單機命令，可為每個節點終端設備寫入一個唯一的分機號，以便區別不同的終端設備。下位機軟件設計主要針對單片機平臺，采用C語言編寫，主要是各功能模塊的驅動程序，如射頻模塊的控制、數據存儲模塊的數據讀寫、時鐘模塊的輸出、LCD顯示模塊的數據顯示程序、USB接口的驅動程序等。圖7為下位機軟件流程圖。