RFID（RadioFrequencyIdentification）是一種非接觸式自動識別技術，其原理是利用射頻方式進行非接觸雙向通信，實現對物體的自動識別。由于具有高速移動物體識別、多目標識別和非接觸識別等特點，RFID技術強有力地推動家庭自動化、工業自動化、現代物流等領域的發展；ZigBee是一種新興的近距離無線組網技術，是實現無線傳感器網絡的一種組網協議。利用ZigBee技術組建由大量節點組成的面向任務的分布式網絡，通過各類微型傳感器對信息目標進行實時監測，并通過無線通信網絡將信息傳送至遠程用戶。本文通過RFID和WSN的融合組建RFID無線傳感網，并將其應用于家庭智能安防系統。
傳統有線安防系統存在布線難、成本高以及布防撤防不方便的缺點，難以滿足人們越來越高的安防需求。基于RFID無線傳感網組建智能安防系統能有效解決上述問題，RFID主要實現家庭安防智能小車的巡邏定位，WSN完成家庭環境參數的分布式智能監控。該系統既繼承了RFID技術自動識別目標的特性，同時實現了無線傳感器網絡主動感知與通信的功能。本系統設計了帶有移動路由器的自適應星型網絡，既保證家庭安防系統的實時性，又避開了復雜的網絡拓撲結構，從而提高了家庭安防系統的整體性能。
1 系統的總體架構
本系統的整體設計架構是以智能家庭網關為中心協調器組建ZigBee星型網絡。家庭環境中安裝各種安防監測模塊節點，一旦監測到異常情況，立刻將警情的具體信息發送到家庭智能網關，家庭智能網關根據具體情況進行相應的警情處理，如進行無線報警、現場報警或派遣巡邏小車對警情作進一步的探測；智能巡邏小車是網絡中的移動節點，充當移動路由器，同時可以根據家庭智能網關的指令對家庭環境內有可能出現警情隱患的區域進行更為詳細的監控；而貼上智能RFID標簽的物體主要用于智能小車的巡邏定位。
1.1 RFID無線傳感網定位原理
家庭安防系統首要關心的問題就是，在什么位置或區域發生了什么事件，而實際中巡邏小車的定位只須確定以下三個問題，我在哪里？我要到哪里？該怎么走？在本系統中，采用了一種以RFID標簽為路標，用WSN來導航的巡邏定位方法。
在家庭中的一些固定物體（如沙發、桌子、椅子和書柜等）以及某些重要位置貼上無源RFID標簽，這些就是家庭環境中的位置路標。安裝RFID讀卡器的家庭小車在家庭環境中進行巡邏，一旦監測到周圍有RFID標簽，立刻停止前進，讀取RFID標簽，并通過無線傳感器網絡將標簽值發給家庭智能網關。每個RFID標簽的具體位置、與其相鄰RFID標簽位置信息以及各個RFID標簽之間的相對位置關系都以位置表、鄰居表和導航表的形式預先存儲在家庭智能網關中，家庭智能網關根據具體巡邏任務、當前RFID標簽值并結合這三張表的信息就可以為智能巡邏小車進行導航。
1.2 家庭智能網關
智能家庭網關處在智能家庭網絡的中心位置，是通信、決策、報警的核心。家庭智能網關一方面利用ZigBee網絡，對布防在家庭中的各個安防監測模塊節點進行環境數據采集和處理，同時實現家庭內部網絡設備的管理和控制；另一方面通過GSM模塊實現與外網用戶的遠程通信。當安防監測模塊節點監測到警情出現時，家庭智能網關通過GSM模塊向遠端用戶發送報警短信或撥打報警電話。
1.3 安防監測模塊節點
各類安防監測模塊節點部署在家庭環境中可能出現安全隱患的區域，根據監測環境參數的不同，原理上略有區別，但基本上都是由安防傳感器（溫度、濕度、煙霧、紅外以及振動）和CC2430射頻模塊組成。
1.4 智能巡邏小車
設計的智能巡邏小車是在微型賽車的基礎上裝上CC2430射頻模塊、RFID讀卡器、攝像頭以及溫度、煙霧等家庭安防傳感器。
智能巡邏小車在家庭安防系統中主要有以下幾個功能：
①智能巡邏小車充當家庭安防傳感器網絡的移動路由節點。ZigBee星型網精簡了系統設計，但每個節點都只能和家庭智能網關通信。在實際家庭環境中，臥室內的安防節點發射的信號由于受到內墻及室內障礙物的影響，導致客廳中的家庭智能網關接收到的信號很弱，而增加多個路由節點又會增加網絡的復雜度，本系統采用在網絡中增加一個移動路由節點解決這個問題。在一定時間內沒收到回復信號，家庭智能網關命令巡邏小車作到特定的位置（由RFID標簽標識）采集信號較弱的節點數據，再轉發給家庭智能網關。
②智能巡邏小車上裝有各種安防傳感器，執行巡邏任務時，對各個有安全隱患的區域進行一次更為仔細監控，比如對煤氣管道附件的區域進行一次全面燃氣泄漏檢測。
③當某個安防監測模塊節點監測到有警情狀況時，家庭智能網關導航智能小車去現場詳細巡邏，以確定是否由于環境干擾信號造成的誤報警，一旦確定警情出現，開啟攝像頭進行現場拍照。
2 主要功能模塊硬件設計
2.1 CC2430射頻模塊設計
射頻模塊設計采用的CC2430和CC2591功放的結合，CC2430延用了以往CC2420芯片的架構，芯片在單個芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端、內存和微控制器；CC2591集成了功率放大器、低噪聲放大器、平衡轉換器（balun）、交換機、電感器和RF匹配網絡等，最大輸出功率可以達到22dbm，靈敏度可以提高6dbm。根據CC2591已經包含了RF匹配網絡的特點，所以在RF輸入/輸出部分，不需要增加額外的匹配網絡，從而使電路設計變得簡單。
2.2 RFID讀卡器模塊設計
在CC2430射頻模塊上擴展RFID讀卡模塊，RFID主芯片選擇CLRC632。
射頻芯片RC632與CC2430的連接方式選擇了獨立的讀/寫選通模式。在該模式下CLRC632的連接方式。該讀卡IC利用了先進的調制和解調概念,完全集成了在13156MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。本設計采用的RFID通信協議是IEC15693協議。
CC2430通過端口P0與CLRC632的數據總線相連，可實現與無線射頻芯片RC632之間的命令與數據的傳遞。CC2430的引腳P210和引腳P211分別與CLRC632的NWR引腳和NRD引腳相連，分別控制RC632的數據的寫入和讀取。同時，將CC2430的P112作為RC632的片選信號的輸入端，該端口低電平有效。RSTPD引腳為復位和掉電引腳，當為高時，停止輸入端并與外部斷開，該引腳信號的下降沿觸發芯片復位，用引腳P116控制。
3 系統測試分析
系統設計并實現了CC2430射頻模塊和RFID讀卡器模塊，為在CC2430射頻模塊基礎上擴展設計家庭智能網關，正面為CC2430模塊，背面為TC35iGSM模塊；安裝上CC2430射頻模塊和RFID讀卡器的智能巡邏小車。
在實驗室環境下模擬家庭環境對系統性能進行了一些測試，下面是對測試結果的一些分析結論：
①CC2430射頻模塊在室內無障礙物情況下有效通信距離為50m以內，遇實體障礙物信號衰減嚴重。
②RFID讀卡器有效讀卡距離在15cm以內，讀卡速率為5card/s。
③智能巡邏小車在以015m/s低速前進時能識別RFID標簽，并能完成從一個RFID標簽到另一個RFID標簽的定位。
④發送GSM短消息實現遠程無線控制和報警。
4 結束語
無線傳感器網絡和RFID技術都是當今的研究熱點，兩者相結合組成RFID無線傳感網可以以更低的成本應用于物流和供應鏈管理、生產制造和裝配、遙感勘測、搶險、安防等領域。本文針對目前家庭安防系統中存在的問題，設計了一種基于RFID無線傳感網的智能家庭安防系統，同時該設計對其他類似擴展應用也具有一定的參考價值。