RFID技術(shù)在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

目前，隨著市場競爭的越來越激烈，各個行業(yè)都在提高工作效率、節(jié)約成本上下功夫。在遠程監(jiān)控領(lǐng)域，由于傳統(tǒng)的條形碼是人工近距離識別，并且只能識別一類物體，無法對同類物體進行區(qū)分，還會因下雨、潮濕、油污環(huán)境或搬運的過程中遭到毀壞而難以辨識，標(biāo)簽損耗大，提供的信息也比較少，故本文提出了引進RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)技術(shù)建立遠程監(jiān)控系統(tǒng)新方案，該方案對目標(biāo)的識別具有掃描快、無接觸、抗污損、信息量多等特點。

2 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

本系統(tǒng)主要是由監(jiān)監(jiān)控端、通信平臺以及監(jiān)控中心組成。監(jiān)控終端負責(zé)采集所需的各種數(shù)據(jù)和信息，再將采集的數(shù)據(jù)通過RS232接口與通信平臺透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連;通信平臺是監(jiān)控終端和控制中心的橋梁，主要負責(zé)透明地發(fā)送采集來的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)無誤地、實時地、快速地傳輸，通信平臺中的嵌入式處理器將監(jiān)控數(shù)據(jù)進行簡單處理、協(xié)議封裝后轉(zhuǎn)交給通信平臺中的GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無線業(yè)務(wù))模塊，由GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心;監(jiān)控中心負責(zé)對遠端發(fā)送的數(shù)據(jù)進行分析與處理，將有效數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中心。還可對遠端監(jiān)控終端發(fā)出指令，進行參數(shù)設(shè)置、實時召喚測試數(shù)據(jù)。遠程監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示：

2.1監(jiān)控終端設(shè)計

與使用條形碼搜集監(jiān)測目標(biāo)物信息相比，RFID電子標(biāo)簽具有自動掃描、不需人工接觸、抗污染能力強(抗灰塵、抗煙霧、抗潮濕)、信息量大等優(yōu)點，故本系統(tǒng)監(jiān)控終端采用RFID技術(shù)構(gòu)建。一個完整的RFID系統(tǒng)由三部分組成：Tag(標(biāo)簽)是由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象;Reader(閱讀器)是讀取(有時也用于寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備;Antenna(天線)是在標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號。本監(jiān)控終端的RFID系統(tǒng)選用13.56M無源標(biāo)簽、13.56M固定式無源閱讀器和工作頻率為13.56MHz的天線。

監(jiān)控終端工作的流程是：Reader發(fā)送13.56MHz的無線電波能量給Tag，驅(qū)動Tag電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，Reader依序接收解讀數(shù)據(jù)，最后經(jīng)由RS232串口送給通信平臺中的ARM(Advanced RISC Microprocessor，高級RISC微處理器)做相應(yīng)的處理。其中閱讀器讀取標(biāo)簽數(shù)據(jù)的原理是：Reader通過發(fā)射天線發(fā)送13.56M的射頻信號，當(dāng)Tag進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，Tag獲得能量被激活;Tag與Reader之間通過耦合元件實現(xiàn)射頻信號的空間無接觸耦合，在耦合通道內(nèi)根據(jù)時序關(guān)系實現(xiàn)能量傳遞、數(shù)據(jù)交換;Tag將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去;系統(tǒng)接收天線接收至4從Tag發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到Reader，再對接收的信號進行解調(diào)和解碼。它的原理框圖如圖2所示：

2.2通信平臺設(shè)計

此通信平臺GPRS模塊選擇的是WAVECOM Q2406 PL002，ARM選擇SAMSUNG s3c2410AL-200902，通信平臺的工作原理是：ARM接收到監(jiān)控終端采集的數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行封裝和打包再交給GPRS模塊，此時必須保證GPRS和internet網(wǎng)絡(luò)連通，由GPRS網(wǎng)絡(luò)負責(zé)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心(因網(wǎng)絡(luò)有時不穩(wěn)定，優(yōu)先使用數(shù)據(jù)透明方式發(fā)送數(shù)據(jù)，短信息方式為備用方式)，與此同時，如果GPRS收到監(jiān)控中心發(fā)來的命令時，ARM負責(zé)解析命令，控制監(jiān)控終端完成上位機的指令。

2.3監(jiān)控中心設(shè)計

監(jiān)控中心是由一臺具有公網(wǎng)IP地址的PC機和RFID讀寫器軟件組成。監(jiān)控中心后臺管理軟件使用自主開發(fā)RFID_Scanner軟件，可實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、建立網(wǎng)絡(luò)連接及數(shù)據(jù)的接收、保存、分析和處理。在程序的控制下，GPRS模塊上電后可得到一個動態(tài)的IP地址，它會主動向監(jiān)控中心服務(wù)器發(fā)出連接請求，讓服務(wù)器為其建立Socket連接。通過AT指令綁定固定地址的PPP服務(wù)器，進行握手認證以及協(xié)議配置，PPP鏈路建立后，選用TCP/IP協(xié)議就可以實現(xiàn)監(jiān)控中心和GPRS模塊數(shù)據(jù)的相互收發(fā)，監(jiān)控中心便可實時查詢、觀測和處理數(shù)據(jù)，發(fā)送相關(guān)命令遙控終端完成相應(yīng)的操作。

2.4軟件程序設(shè)計

主程序的流程是：首先是初始化操作，初始化操作包括創(chuàng)建兩個線程(分別用于監(jiān)聽數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù))、串口初始化、收發(fā)短信初始化和GPRS數(shù)據(jù)透傳初始化;接著程序進入死循環(huán)狀態(tài)，不斷地監(jiān)聽是否有數(shù)據(jù)到達。若有就判斷是IP包數(shù)據(jù)還是短信息，是IP包數(shù)據(jù)的話，就調(diào)用接收IP包數(shù)據(jù)的子函數(shù)接收數(shù)據(jù);如果是短信息，就調(diào)用讀取短信息子函數(shù)閱讀短信，將其保存到ARM的內(nèi)存單元中后刪除短信息。若沒有數(shù)據(jù)到達，就判斷是不是需要發(fā)送短信息或IP包數(shù)據(jù)，假如需要發(fā)送短信息或IP包數(shù)據(jù)，則主函數(shù)調(diào)用相應(yīng)的子函數(shù)，完成數(shù)據(jù)的發(fā)送;不需要的話，則回到程序死循環(huán)的入口處，繼續(xù)監(jiān)聽是否有數(shù)據(jù)到達。主函數(shù)程序代碼如下所示：

3結(jié)束語

基于RFID技術(shù)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)對目標(biāo)識別具有掃描快速、無接觸、抗油污、信息量大等特點，故本系統(tǒng)采用RFID技術(shù)監(jiān)控目標(biāo)，為優(yōu)化遠程監(jiān)控系統(tǒng)提供了一種全新的應(yīng)用方案，適應(yīng)了很多領(lǐng)域在高效、低成本中對目標(biāo)進行監(jiān)測的需求。目前，該系統(tǒng)已投入到遠程資產(chǎn)管理之中，實際應(yīng)用證明此系統(tǒng)運行良好，取得了預(yù)期的盤貨效率高、遠距離識別、適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強、包含信息多的設(shè)計效果。在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中RFID技術(shù)代替條形碼識別監(jiān)控目標(biāo)是未來發(fā)展的趨勢。除此之外，由于采用RFID技術(shù)識別目標(biāo)還具有動態(tài)識別和精確識別單個物體的特點，故可以進一步拓展本系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，將來可在煤礦井下作業(yè)人員的考勤、物流過程中的貨物追蹤、對醫(yī)療院所和監(jiān)獄等特殊人員實時監(jiān)控、商品防偽、高速公路自動收費、藥品食品安全管理等領(lǐng)域中擴展應(yīng)用。