射频识别技术与无线数据传输方式探究

1.概述

目前随着科学技术的发展以及人们安全意识的增强，许多先进技术都应用在生产中，基于射频识别（Radio Frequency Identification Technology，RFID）技术以及无线网络通信技术在生产中以得到新的应用，弥补了以前的技术上的一些不足之处。

在基于射频识别技术设计的生产安全智能化监控系统中，系统必须具备可以实时检测有害气体的浓度，对携带射频识别的工作人员和重要设备进行自动位置检测、身份识别和信息管理的功能。系统使用总线型拓扑结构的网络进行数据的采集和传送，并利用监管中心的远端PC实现显示及存储等功能，适用于各类环境下的生产安全管理。

射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对像并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米。

所以对于我们设计的红外传感检测系统来说，也必须要满足具备这种无线数据传输方式功能，能把所检测到的浓度信号及时准确地传输到接收设备。在本设计的检测单片机集中控制系统中，利用单片机控制无线数传模块STR-G18，模拟现场对传感器数据进行无线传输方式实验。通过无线的方式进行信号的远程传输，简单灵活，传输可靠，可满足远距离监测和数据采集系统的需要。

2.RFID系统工作原理

典型的RFID系统包括可编程数据的电子标签，读写器以及处理数据的远端计算机三个部分。电子标签也就是射频卡，具有智能读写及加密通信的能力。读写器由无线收发模块、控制模块和接口电路组成，通过调制的RF通道向标签发出请求信号，标签回答识别信息，然后读写器把信号送到计算机或者其他数据处理设备。

在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面，其中保存有约定格式的电子数据。读写器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入该磁场时产生感应电流，同时利用此能量发送出自身编码等信息，读写器读取信息并解码后传送至主机并进行相关处理，从而达到自动识别物体的目的。

RFID系统最大的特点就是非接触识别，因此可以同时识别多个电子标签及高速运动的标签。它以无线方式通信，无需外露电触点，电子标签的芯片按不同的应用要求封装，可以抵抗恶劣环境。

在生产安全检测设计中，一般都采用广播发射式射频识别系统。监控点分为两种形式：固定监控点和移动监控点。根据RFID的工作原理，固定监控点上的RFID相当于只收不发的读写器，移动监控点上的RFID相当于电子标签。

3.无线传输方式的具体设计

设计中使用的射频芯片为Chipcom公司的CC1000，具有单片RF收发的特点。收发分开设计的CC1000具有抗干扰能力强、通信速率高、体积小巧、功耗低、性能稳定、性能价格比高等优点。考虑到成本等方面的问题，设计时RFID采用的工作频率为433MHz，经过试验测试，证明在传输距离及数据可靠性等方面，可以达到井下系统的功能要求。图5-12所示为CC1000的典型应用电路图。

图5-12 CC1000的典型应用电路图

本模块采用上述芯片CC1000、新型高速AVR单片机及相关的接口电路设计而成的，具有体积小、功耗小、距离远、工作稳定等可靠特点。主要采用了以下技术：

（1）数字滤波器，不需外接滤波器，体积小。

（2）内置位同步锁相环，实现数据的同步解调，可以同时输出数据和位时钟，所以收到的数据稳定。(www.xing528.com)

（3）高速低功耗AVR单片机，完成对收到的无线噪声的识别和过滤作用，真正做到数据通信的“所发即所收”。单片机还完成“收”、“发”的自动控制，不发数据时自动转换为“发状态”。

无线数据传输模块的应用电路如图5-13所示。

图5-13 无线数传模块应用原理图

此无线数据传输模块的具体功能，是实时监测有害气体的浓度数据，将气体传感器采集的数据，保存在微控制器MCU中，数据经过网络传输，最终传送至监管中心PC的操作平台。计算机将气体浓度数据存入数据库，并进一步判断是否处于安全范围内，若超过规定阈值则自动报警。

4.无线传输模块的传输试验

传输实验的目的是为了检验无线数字传输模块是否能够实现数字传输及其能够传输的距离，传输双方与无线数字传输模块进行连接，通过串行接口发送、PC接收进行数据传输实验，其实验系统组成框图如图5-14所示。

图5-14 无线数字传输模块的实验系统组成框图

5.无线传输的单元网络拓扑结构

对于一个完整的安全检测系统，系统组成与结构主要由两个部分组成：移动监控点和固定监控点。移动监控点包括工作人员和重要设备上的RFID，可以进行实时定位。固定监控点包括传感器、A-D转换器，微控制器和RFID模块，完成对有害气体的实时监测和采集信息的传输，并对人员和设备提供实时位置检测。

移动监控点与固定监控点之间是无线传输。无论是移动还是固定，每个射频模块都有自己特殊的编号，与其他模块均不相同。在与固定监控点上的射频模块进行通信时，实际上传输的就是这个特殊的编号，监控中心的软件平台已经将固定监控点的位置信息进行了登记和存储。当上传的信息包含有与他们进行无线通信的移动监控点的编号信息时，就表明佩戴和安装该移动监控点的人员及设备很接近该固定监控点，从而判断出移动RFID模块的位置，这些位置信息均由系统存入数据库。

如果采用的网络结构不能合理的增加节点数目，会给系统的使用造成不便。在这个设计的方案中，总线型网络只需增加一段电缆和固定监控点就可增加一个节点，这使得智能化监控系统可以随着生产的进行而不断地扩充。

在实际应用中，采用分布式局域网的形式，通信节点包含基站、分机单元等，基站为网络的中心控制节点，分机单元为终端站，图5-15所示为一个一点多址无线局域网通信系统的网络拓扑结构。

图5-15 网络拓扑结构