采用ZigBee和RFID技术的电子标签识别系统

1简介

RFID（射频标识）是一种自动识别技术。它的基本原理是使用射频信号和空间耦合传输特性自动识别已识别的对象。与现有的条形码技术相比，射频识别技术具有高温阻力，防水性，多个重复数据，高安全性和较大的数据存储空间的优势。近年来，随着计算机技术，芯片技术和无线通信技术的快速发展，RFID技术也在快速开发中发展。它的数量，成本和功耗越来越低。基于RFID技术的应用系统已广泛用于生活的所有领域。例如流量，物理管理，访问控制，定位系统，第二代ID卡和其他字段。 RFID系统通常由天线，读取器和电子标签组成。传统的RFID系统使用读取器和PC上机器以有线形式进行通信（以太网，RS232）。有缺点，例如灵活性差，数据传输距离短和成本高。与有线传输系统相比，Zigbee无线传输技术可以实现数据信息的无线两条路传输，从而消除了接线的麻烦，而Zigbee网络的网络效率很高，快速和简单。为了提高传输距离，灵活性并降低RFID系统的系统成本，结合了Zigbee和RFID技术，设计了电子标签识别系统。系统测试表明，该系统具有低成本，高灵活性，长传输距离，低功耗等的优点，从而扩展了Zigbee技术在无线RFID系统中的应用。

2系统总设计

系统硬件结构主要由5个部分组成：主动电子标签，带有NRF24LE1芯片的主要从属射频模块作为微处理器，Zigbee端子节点，Zigbee协调器节点和PC上机。图1显示了系统的整体结构图。情感电子标签：记录了电子标签和其他项目数据信息的ID；主RF模块：RFID读取器，负责识别天线辐射范围内的电子标签数据信息，以及通过串行端口的接收电子标签信息传输到Zigbee端子节点，您还可以接收由Zigbee传输的控制命令终端节点。主射频模块接受通过SPI从RF模块识别的电子标签ID信息，以实现双通道传输，从而具有更好的数据准确性和可靠性； Zigbee终端节点：通过无线方式发送到电子标签的Mainstor -Lave RF模块识别到电子标签的数据信息信息信息信息。同时，Zigbee终端节点根据协调器传输的控制指令控制主频率模块，以实现电子标签的相应处理；标签数据信息通过串行端口RS232传递到上机，并将上机的控制指令转发到Zigbee终端节点； PC上机器：有相应的应用程序软件来处理Zigbee协调器节点的标签信息，并将其发送到Zigbee协调器节点控制信息。

图1系统的整体结构图

3系统硬件设计

3.1系统主交叉 - 频率模块电路设计

系统的主要从属RF模块是RFID读取器的核心部分。它接收到从Zigbee协调器节点传输的上机发出的控制说明，通过串行端口到Zigbee协调器节点传输的上机器，以控制无线电频率芯片和电子标签以进行数据通信，并完成一对。电子标签的读写。 RF芯片负责无线信号的编码和解码，调制和解调；电子标签是系统的应用终端，从读取器天线加载对象的数据信息和标记信息，以及从无线脉冲接收器中加载。控制信息，然后通过天线将电子标签数据信息返回给读者，以完成读取和编写电子标签数据的读写和写入。主-SLAB RF模块电路的设计确保了读者标识的电子标签信息的准确性和可靠性。射频模块电路使用NRF24LE1芯片。该芯片是一种无线收发器芯片，北欧推出了增强的8051核心。它可以在2.4-2.5GHz的ISM频带中工作。许可，这很方便用户申请和开发。最大发射速率为2Mbps，灵敏度为-94dBm，最大信号传输功率为0dBm。理想情况下，室内变速箱距离可以达到30-40 m，室外传输距离可以达到100-200 m。工作电压为1.9至3.3V，大大降低了系统的功耗。处理器容量，内存，低功率晶体，真实 - 时间真实姓名，计数器，AEC加密加速器，随机数生成器和电源模式的组合提供了理想的平台，用于实现射频协议。对于应用层kaiyun.ccmkaiyun官方网站登录入口，NRF24LE1提供富含SPI，IIC，UART，6至12位的ADC，PWM和Ultra -low -low功耗模拟比较器等丰富的外围设备。一个主要的SPI，一个从SPI实施RFID系统的双通道数据通信。 NRF24LE1集成了增强的冲击技术。其中，可以通过编程来编程诸如通信渠道，输出功率和自动重组时间之类的参数。系统所有者的RF模块电路基本上是相同的，并且可以将软件设置为主RF模块，如图2所示，以指示射频电路的硬件结构图。

图2 RF电路硬件结构图

3.2 Zigbee终端节点电路设计

Zigbee终端节点是系统中非接触RFID读取器和Zigbee无线模块的硬件核心。它主要控制电子标签和主要的 - 奴隶RF模块，以用于数据交换，并与Zigbee协调器节点进行数据交流。端子节点电路使用32MHz晶体作为时钟信号，并且数据通信通过串行端口连接到主-Lave RF模块。 Zigbee端子节点使用CC2530芯片。该芯片是Ti启动的2.4GHz IEEE 802.15.4的射频接收。它具有高灵敏度和强大的抗干扰能力的特征。特别是（RX），当前损失为24mA。在活动模式（TX）中，当前损失为29mA，具有三种模式。模式1，模式2和模式3当前损失为0.2mA，1UA和0.4UA，这特别适合那些需要低功耗的场合。它还具有2V-3.6V的宽功率电压范围。它包含一个8 -bit MCU（8051），8KB RAM，还包含具有8个输入和可配置分辨率的12个位模拟数字转换器（ADC），符合IEEE 802.5.4规格的1个Mac Timer和1个常规16 - 位计时器和1个8位计时器，AES-128协作处理器，Watch Dog Timer，32KHz Crystal休眠模式计时器，电动机重置电路，电源损耗检测电路kaiyun全站app登录入口，21和21中的21和21个可编程I/0引脚。 Zigbee终端节点硬件电路如图3所示。

图3 Zigbee终端节点硬件结构图

3.3 Zigbee协调器节点电路设计

Zigbee协调器节点负责通过RS232串行线和上机器与Zigbee终端节点的数据通信的数据。同时，上机器传输的控制指令并将其发送到Zigbee终端节点。 Zigbee协调器电路图与Zigbee端子节点电路一致。如图3所示，它只需要将Z-stack协议堆栈作为协调器设置。由于CC2530使用TTL级别，PC通信使用EIA级别，因此系统使用Max232芯片实现级别转换以确保系统的有效通信，如图4所示。

图4 MAX232级转换电路图

4系统软件设计

4.1 Zigbee终端节点软件设计

终端采集节点的主要功能是从上机器的数据收集指令接收电子标签数据信息，并将收集的数据信息发送到协调器节点。首先，初始化Zigbee终端节点。申请添加已建立的Zigbee网络。如果将网络添加到成功中，请输入低功率模式，即减少终端节点功耗的休眠状态。等待定期中断，Zigbee终端节点微处理器从RF模块中控制主体以读取电子标签信息，并将已识别的标签数据信息传输到Zigbee协调器节点通过Zigbee无线模块，然后将其通过将其传输到上机器通过将其传输到Upper Machine中串行端口RS232到上机。过程。其终端集合节点程序流程图如图5所示。

图5 Zigbee终端集合节点软件流程图

4.2 Zigbee协调器节点软件设计

该系统使用Zigbee网络的Z-stack协议堆栈进行无线通信。 Z-stack协议基于旋转查询操作系统。提供协调器节点后，初始化硬件和协议堆栈，搜索频道和空闲频道评估，选择频道并构建Zigbee网络。如果将节点应用程序应用于网络，则允许它加入并分配L6 -PIT网络短地址，等待上层计算机发送的数据收集指令，然后通过RFID读取器识别电子标签，发送全部通过串行端口通信到接收到接收到的接收门户到接收数据的接收数据包，到接收到串行端口到串行通信与PC上机器的串行通信进行数据处理，Zigbee协调器节点软件流程图如图6所示。

图6 Zigbee协调器软件流程图

4.3上机器的软件设计

该系统的上部机器应用程序软件是用视觉基本语言编写的。该语言是一种结构化，模块化，客观，面向对象的，事件驱动的编程编程语言，由Microsoft开发的图7显示了上部机器应用程序软件接口。使用上部机器应用程序软件在电子标签下发送命令数据，该数据可以实现电子标签ID信息的读数，信号传输功率的修改以及工作状态。

设置标签发射信号电源程序源代码如下：

Redim Bytbyte（1）

bytbyte（0）= 221

bytbyte（1）= 17-2 * val（form3.combo_rssi.text）

form3.mscomm1.output = bytbyte（）

设置标签工作状态程序源代码如下：

Redim Bytbyte（1）

bytbyte（0）= 221

bytbyte（1）= 17 *（val（form3.combo_sta.listindex） + 1）

form3.mscomm1.output = bytbyte（）

5个测试结果

为了验证实验结果的可靠性和稳定性，对系统进行了室内和室外测试。室内测试主要是为了检测系统穿透墙壁的传输距离。室外测试主要是为了检测无屏障对象的传输距离。电子标签的信号传输功率通过上机软件更改，以发送电子标签控制指令，以达到电子标签信号的最远传输距离，并更好地实现了降低电子标签和电力消耗的平衡点最大化发射距离。在信号传输功率条件下，电子标签信号传输距离如表1所示。

从表1的测试结果中，当电子标签信号传输功率为0dBM（最大信号传输功率）时，室外电子标签信号的传输距离为30-65m，室内电子标签信号传输距离为25-50m。在0dBM的条件下，电子标签信号传输为0dBm，电子标签ID号为1和2表示室内和室外，测试结果如图7所示。

图7系统测试结果

在不同的室内和室外条件下，系统Zigbee Wireless模块​​可以有效地在200米内的标签数据信息上有效传输，改善系统传输距离，并具有广泛的应用程序前景。测试结果如表2所示。

6个结论

通过Zigbee和RFID技术，设计了电子标签识别系统。系统软件和硬件设计中采用了低功率设计方法。带有CC2530的Zigbee节点的微处理器，因为Zigbee节点使用CC2530作为微处理器设计。最大化平衡点。基于视觉基本语言开发开发的上部机器应用软件可以读写和控制电子标签。系统测试表明，在不同的室内和室外环境的条件下以及电子标签的不同信号，可以在室内电子标签中穿透墙的信号传输距离为25-50m，室外电子标签信号的传输距离为30-65m。基于Zigbee协议堆栈的Zigbee无线模块可以有效地传输200米内的数据并改善系统的传输距离。同时，Zigbee技术的简单高效网络不仅降低了功耗和成本，而且消除了接线的麻烦，因此在无线无线电频率识别中应用了Zigbee技术，从而扩展了Zigbee技术在Zigbee Technology中的范围无线RFID系统。