基于RFID的物联网前端感知系统设计与实现

在物联网的迅速发展下，无线射频技术也开始被人们广泛应用，推动信息技术的发展。物联网的前端感知系统是其皮肤和五官，是识别物体和采集信息的关键。而RFID技术是物联网实现这一功能的技术支撑，必须对其进行合理的设计。本文主要分析基于RFID的物联网前端感知系统设计与实现。

【关键词】RFID 物联网 前端感知系统 设计 实现

物联网是智能化的技术基础，它是在计算机互联网的基础上利用无线射频技术构造一个覆盖万事万物的网络。物联网通过对具体事物的实时感知，对其进行智能控制提高产品质量。物联网的接入方式也是多种多样，比如基于传感器的Zigbee/GPRS技术、广域的PSTN技术等，但是这些技术并不能识别物品，RFID技术才能实现物品的识别与信息的采集。所以RFID技术在物联网的前端系统中具有重要的作用。

1 RFID技术在物联网中的而应用

RFID技术是一种利用无线电传输信息的识别技术，它是通过采用一个较小的标签来代表一个特定的识别对象，其识别过程：保证标签接受特定频率信号，进而进行信息识别。RFID技术根据工作频率的而不同可以分为高频、低频微波以及超高频等形式，近几年高频和低频RFID技术发展较快，被广泛应用于社会各个领域中。RFID识别系统与其他的识别系统不同，它能够同时实现多个目标的识别，工作中必须遵循无线点频率的各种使用规范。而且它涉及的学科比较多，包括继承电路、计算机、无线数字通信、电磁波等等技术，它是物联网感知前端关键技术之一。

2 硬件设计

基于RFID技术物联网感知系统必须按照一定的标准进行规范设计，他的硬件设计主要包括主控制模板的设计、上位机通信电路的设计、射频收发线以及标签和天线等。这些硬件相互合作，共同完成系统运营。

2.1 数字控制部分

系统数字控制的主控制器采用美国Microship公司研发的最新单片机，系统集成包含一组核心模块和功能，他们能将外设模块和CPU内核紧密联系在一个单位工作单元，具有较好的节能特性，另外还具有康萌欧定时器、高级期间集成和始终振荡器功能，支持器件的仿真、编程和在线测试。

2.2 芯片设计

RFID读写芯片采用AS3992芯片，它集成了接收系统和读写器发送所需要的数字功能和模拟，这点完全符合系统协议规定，具有较好的接收敏感度。此芯片包含集成化的足迹接口部分和集成化的压控振荡器构成的片上PLL，DAC和ADC。此外，AS3992芯片还配有各个工作寄存器，能够使芯片工作能力得到有效提高。

2.3 射频放射电路设计

系统的射频芯片采用AS3992在高功率模式输出的20dBm的信号，它采用的是差分输出形式。这种输出形式需要外接正确阻抗匹配网络和RFF扼流电感，另外还需要有一个平衡转化器，以便能够使系统转换成单端输出，这样才能够完成调制信号的发送。

2.4 接口线路设计

本系统的借口电路由两部分组成，一部分是USB接口电路，另一部分是通信接口电路。其中USB接口电路主要功能是与智能手机通信，它包含了27欧的下拉电阻和一个10nF的滤波电容；与射频收发模块通信的接口电路主要包含数据地质的服用总线、控制总线和时钟口、电源线等。它主要实现命令的传输、使读写器信号连接到芯片，以便控制读写芯片。

3 系统软件设计

系统软件在物联网前端感知系统中具有非常重要的作用，它是读写器和外部接口的关键部分。首先它需要连接上位机软件，同时与标签进行通信，它是标签和用户之间的桥梁。真个系统软件可以分为应用层、协议层、传输层和物理层，在物理层上通过USB和并行接口建立物理联系，然后通过USB通信协议和AS3992并行接口协议通信。传输层的主要作用是主控制器和AS3992的数据传输格式；协议层是基于和EPC Gen2标准和ISO 18000-6B/C；应用层主要包括处理应答器数据和终端用户软件显示等。

3.1 选择操作

读写器和标签之间的选择操作主要是为系统查询和访问选择一个标签群。如果系统同时出现多个标签，需要在主控制器中运行防碰撞算法，防治标签冲突现象的发生，然后根据用户特定要求持续发出选择指令，以便完成相应的标签群的选择。

3.2 查询操作

查询造作的主要目的是识别标签，读写器通过查询指令清点标签群，这时会有较多的标签响应，读写器对他们进行一一检测，同时请求协议认定，完成系统功能任务。

3.3 访问操作

访问操作的主要任务是与标签进行通信，系统会优先访问被唯一识别的单个标签，访问操作包含的指令有写、读、杀死、解锁、锁等，以便能够实现标签识别的安全性。

4 系统实现分析

4.1 系统电路板

此系统硬件电路采用的是数字部分和射频部分的贩毒设计，电路板制作形式为两层板PCB布局，这样能够有效的避免数字电路模块和模拟电路模块之间的感染以及不合理的排线问题。系统设计采用内部VCO和PA，这样设计使系统的体积更小、集成电路高、质量轻，能够优化系统电路，从而更好的实现系统功能。

4.2 系统收发工作

此系统的收发电路一般是由AS3992完成，在干扰和噪声的影响下，解调出标签返回的有用信号，AS3992将天线收到我的射频信号送入混频器，然后由增益和滤波电路对系统电路进进行解码、判决，再移除帧头和CRC校验，使数据进入24字节FIFO中、发射部分主要将控制器发送的操作指令发送到AS3992的FIFO中。

4.3 系统时钟波和通信性能的实现

此系统采用LeCmy WaveSurfer永渡器完成系统频率的测量，系统上电后CLSYS的频率为60 kHz；系统进入贷记状态和工作状态后CLSYS的频率为10 kHz；本系统设计的通信距离通过测试发现，测试距离越大系统的性能越低，这种状态下，读操作的成功率比写操作的成功率高。这个测试结果能够满足实际系统需求，比较令人满意。

5 结语

基于RFID的物联网前端感知系统的设计，使系统的体积、质量以及集成度和可靠性更加具有优势，减小了系统的复杂度，使系统成为低功耗的系统模式。通过距离测试，表明该系统是可以实现的。

参考文献

[1]杨学敏.基于RFID的物联网前端感知系统设计与实现[D].重庆大学，2012.

作者单位

常州纺织服装职业技术学院 江苏省常州市 213164