1 引言
RFID是一種非接觸式的自動識別技術，是現在使用的條形碼的無線版制本，它通過射頻 信號自動識別日標對象并獲取相關數據，具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽 數據口可以加密、存儲數據容量更大、存儲 信息更改自如等優點。RFID技術在國外的發展較早也較快，尤其在美國 、英國、德國、瑞典、瑞士、日本、南非目前均有較為成熟且先進的RFID系統。其 中，低頻近距離RFID系統主要集中在125kHz、13．56MHz系統；高頻遠距離RFID系統主要集中在UHF頻段(902MHz- 928MHz)915MHz、2．45GHz、5．8GHz。在RFID技術研究及產品開發方面，國內已具有了自主開發低頻、高頻與微波RFID電子標簽 與讀寫器的技術能力及系統集成能力。與同外RFID先進技術之間的差距主要體現在RF1D芯片技術方面。現有的RFID技術仔在數據，炙全性不高、識別距 離短、設備成本高以及讀寫系統 作靈活性不強等問題。鑒于上述情況，本課題將ZigBee技術融入到RFID中，設計了基于了ZigBee的遠距離 RFID系統。
2 RFID系統的硬件設計
本系統由以下三部分組成：應答 器、讀卡器和上位機。應答器相當于傳統的RFID系統中的射頻卡，主要存儲所管理物品的信息，不同的是它為有源卡；讀卡器讀取應答器中的信息，并將所讀取 的信息經有線或無線方式傳輸給上位機，對本系統進行統一管理。其總體方案設計如圖1所示。
2．1射頻芯片的確定
本課題選用Chipcon公司的CC2420作為本系統的無線通信器件。CC2420是Chipcon AS公司推Ⅲ 的首款符合 2．4GHz 1EEE 802．15．4標準的射頻收發器。該器件包括眾多額外功能，是市場j二第一款適用于ZigBee產品的RF器件。 CC2420 片是基于Chipcon公司的Smart RF 03技術，采用0．18微米CMOS工藝制作。該芯片具有很高的集成度，幾乎不需要外部元 件，堅實耐用、功耗低。CC2420芯片可以用于ZigBee所定義的全功能設備(Full Flunction Devices，FFD1和簡約功能設 備(Reduted Function Decices．RFD)上。
2.2系統對微控制器的要求
ZigBee協議棧對系統微控制器的要求有：至少8位微控制器，完全協c義棧所需的ROM為32K，簡單功能節點協c義棧所需的ROM為6K。讀卡器和應答器對內存的需求分別為四十幾兆、幾兆的空間，再結合芯片價格、開發難易程度等特點
采用JATMEL公司的AVR系列單片機AT lnega 16L和AT mega 64L比較合適。AT lnega 16L、64L足摯下增強 AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器，由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，該控制器的數據吞吐率高達1MIPS／MHz，從而 可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。
2．3實際工作電路
本系統電路如圖2、3所示，分別為應答器和瀆卡器。讀卡器最終要完成與上位機的通信，所以本設計應用串口協議轉換芯片AD101完成兩臺設備的數據傳輸。
3 RFID系統的軟件設計
無線網絡的軟件設計是實現遠距離RFID系統必不可少的部分，本課題所涉及的軟件部分重點包括以下兩方面：
(1)讀卡器，也就是主節點，主要是Atmega 64L與Atmega16L，以及MCU與無線模塊通信的收發程序。
(2)應答器，也就是終端節點，實現終端節點與豐節點的數據交換。在設計各部分程序之前，首先要了解Chipcon公司的CC2420開發平臺通訊協議的模型結構和所使用的編程工具，以及本系統中無線網絡系統軟件的特點。
3．1讀卡器的軟件設計
讀卡器是整個無線網絡的管理員，它將負責網絡的建立、地址的分配和成員的加入、節點設備數據的更新、設備關聯表的維護并根據網絡的狀況自動更新。 ZigBee網絡要求至少一個FFD作為網絡主節點。要建立一個網絡，第一個節點必須被配置成主節點，這樣才能管理以后添加到網絡的其它節點。由于主節點 處于網絡的最上層，功能復雜，因此時主節點的硬件配置也有較高的要求，主節點一般是由電源供電。本課題中讀卡器相當于整個網絡的主節點，而應答器作為終端 節點。一旦主設備將節點設備同網絡連接，便可以實現通信。圖4為在網絡建立成功的基礎上讀卡器的工作流程圖。
3．2應答器的軟件設計
應答器(終端節點)是ZigBee網絡結構中最簡單的一種，它可以是一個FFD也可以是一個RFD。它不支持路由功能，只能與一個上層節點(路南或協凋 器)通信。由于不需要與臨近節點協調以產生路由功能，終端節點可以離線工作(如關閉收發器) 而不影響網絡的連通性。終端節點是整個網絡的尾端，它是南嵌 入各個設備中的通訊模塊和設備共同組成的，這樣的設備具有網絡功能，可以響應網絡的請求。圖5是本課題設計的遠距離RFID系統中應答器的軟件工作流程 圖。
4 實驗測試
為了試驗電路板的工作穩定性能以及在普通環境下的無線傳輸中的丟包率。設計了一個測試方案，方案如下：編寫了一個發包收包軟件，通過PC、凄卡器給應答 器發包，應答器收到包后， 即回發，讀卡器回收到包后，通過串口傳給PC，接收到的數據再通過超級終端顯示。讀卡器、應答器在使用時需要外加一載板，載板 上提供3．3V電源與RS232的接口以便傳遞數據。CC2420按上述結構所配置，當傳輸數據AA時接收端St)口輸出的波形為圖6所示。
經過反復實驗，本課題所設計的應答器可以很方便地加入、退出讀卡器網絡，識別時無需方向配置，經讀卡器發送和接收的數據顯示準確，無線通訊距離可達50米，在加入功放的前提下，通訊距離可達到2000米，垂直傳輸可穿越三 、四層樓板。
5 結束語
本課題將其融入到現有的RFID系統中，設計了基于zigBee的遠距離RFID系統。設計了遠距離RFID系統的硬件電路，主要包括有源應答器和讀卡 器部分。完成了讀卡器作為主節點組網，應答器作為子節點加入網絡，讀卡器和應答器相互通信的軟件設計。本文所設計的遠距離RFID系統在市場上尚無同類產 品問世，由于技術的通用性，該系統的研制將為其它基于ZigBee無線通信技術的產品研制開發提供可借鑒之處。