基于RFID的近距离无线控制系统

系统工作流程如下：当系统运行后，PC开始定时向所有从机发送查询传感器信息和执行器状态的命令，接收到查询命令的从机被激活，并在完成相应的数据采集任务后，将这些信息以指定格式送入RFlD标签。RFID读写器接收到RFID标签的信息后，通过USB接口将其送入PCE中进行处理，随后，处理得到的控制命令被发送至各RFID标签，最后，单片机根据控制命令的要求完成对执行器的操作。

3 硬件电路设计

系统硬件由PC机、RFID读写器和若干从机组成。PC和RFID读写器均采用广泛商用的部件，因此，系统的硬件设计也即从机的设计。由图2可知，每一个从机都包括单片机、RFID标签、传感器以及执行器四个部分，传感器和执行器的选择与特定的应用背景密切相关关，因而，根据系统特性要求，选择合适的单片机和RFID标签也就成为设计中最为关键的部分。

3．1 单片机的选择

由于从机采用电池供电，为了延长电池的使用寿命并简化电源电路的设计，单片机需要有较低的功耗和较宽的工作电压范围。Atmel公司的AVR系列单片机ATmega8L是基于RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器[5]。其内部带8KByte的F1ash、512Byte的EEPROM和1KByte的SRAM，具有先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，数据吞吐率为1MIPs／MHz；工作电压范围2．7v～5．5v，工作时钟范围0～8MHz，且4MHz速度运行时，电流仅3．6mA。可以满足系统在功耗、电压范围和处理速度方面的要求。此外，它还有丰富的高级语言编程环境，软件开发也较为便利。

3．2 RFID标签的选择

RFID标签是整个系统的核心部分，直接关系到系统的通信速率、通信距离和功耗。IDS-SL900A是IDSMicrochip公司推出的UHF半无源RFID标签[6]。它的电压范围为1．1～3．3V，工作于860MHz～960MHz，IDS～SL900A内置了温度传感器、实时时钟、ADC和EEPROM等功能模块，只需要外接电池和天线即可工作，系统参数还可通过SPI接口进行读取和配置，因此使用起来非常方便。

IDS-SL900A的功耗非常低，它具有三种工作模式：关机模式、空闲模式和记录模式。在关机模式下，系统具有最小的工作电流，一般为O．1uA；在空闲模式下，电流约为2uA，此时芯片中只有晶振电路和时钟电路工作；而在记录模式下，Iss-SL900A内部的温度传感器、EEPROM等所有功能模块全部工作，电流约为200uA。由上可见，IDS-SL900A功能多、功耗低，外围电路简单，非常适合于采用电池供电的应用场合。

3．3 设计原理图

从机的硬件连接如图3所示，主控单片机为ATmega8L；有源RFID标签为IDS-SL900A；执行器为Futaba系列舵机中的S3110微型舵机。其中，ATmega8L通过SPI接口和两个通用输入＼输出接口与RFID标签连接以读取标签中的数据并对标签运行参数进行配置。S3110舵机的控制信号是PPM(Pulse Position Modulation)信号，这是一种脉宽调制信号，周期为20ms，其中，正脉冲的宽度决定了舵机的转动角度，范围从1ms到2ms，分别对应舵机的额定转角的最小值和最大值。图4为PPM信号的格式，该信号由ATmega8L内部定时计数器l产生，并经输出比较接口0ClA输出至S3110。

4 软件设计

系统采用一主多的上下层结构，所有从机都工作在PC的监控下，并通过运行于PC上的图形化界面接收用户指令。根据系统的结构特点以及系统各部分所实现的功能，可以将系统软件划分为人机交互程序、数据通信程序以及传感器和执行器的控制程序三个部分，如图5所示。

人机交互程序运行于Pc上，它一方面接收用户输入的控制参数，将其转化为各从机的控制命令；另一方面，还定时向各从机发送查询指令，并将从机发送回来的传感器信息和运行状态信息等反馈给用户。

数据通信程序与应用程序独立，它通过数据缓冲区和同步信号实现从机和PC机之间的双向数据传递，它包括运行于PC上的上层通信子程序和运行于ATmega8L上的下层通信子程序。

传感器和执行器的控制程序运行于下层ATmega8L上，它们负责传感器信号和从机运行状态的采集工作；同时，在接收到了控制命令后，还能根据控制命令指定的控制参数完成对执行器的控制操作。

5 小结

近几年来，分布式控制系统越来越受到人们的重视，本文根据这种控制系统的使用特点，在分析常用通信技术的特性基础上，提出了一种基于RFID的分布式无线控制系统，该系统采用了主从通信模式，具有结构简单、应用灵活、实用性强等优点，可以按多种需求灵活地进行系统配置，并且在成本和功耗方面也具有较为明显的优势。