智能搜索与防失窃系统

2 软件设计与流程
　　2.1 系统的软件整体
　　下面将介绍本次设计系统的软件部分，整体软件的设计思路如下图所示，软件主要包括三个部分：(1)UHF部分的防碰撞算法;(2)MSP430F149单片机整体控制程序;(3)GSM模块短信发送程序编写。
　　2.2 UHF读写器整体软件模块
　　读写器软件模块划分以及模块间结构关系如图8所示。


                               
                　　2.3 UHF防碰撞算法
　　读写器在没有采用多址访问控制机制的情况下，如果个能被同一读写器识别的多个电子标签同时处在读写器能够识别的范围内，电子标签将同时响应读写器的指令[7]。信道会被电子标签争用，导致信号互相干扰，读写器不能正确接收数据，也不能准确识别电子标签信息。当多个电子标签使读写器发生判断错误，读写器会认为电子标签不在自己的作用范围内或无法读取信息，即发生了碰撞问题。
　　通过查阅相关资料，了解到目前广泛应用的防碰撞算法基本上都是 TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)法[8]。主要分为两类TDMA法：分别是基于ALOHA的防碰撞算法和基于二叉树的防碰撞算法，这两种算法在RFID系统中都有广泛的应用。在 RFID中ALOHA算法被分为：纯ALOHA算法、时隙ALOHA算法、帧时隙ALOHA算法、动态帧时隙 ALOHA算法。本次设计的UHF读写器采用动态帧时隙 ALOHA算法。
　　读写器可以统计出一帧时隙中成功识别的时隙数Nr，发生碰撞的时隙数Nc，如果当前读写器周围的电子标签数为N，则剩余的电子标签数为N-Nr。 根据对动态帧时隙算法的分析可知，下一帧的时隙数为L1=N-Nr。通过查阅相关算法资料得知，电子标签的估计公式为：N=Nr+2.39Nc。
　　动态帧时隙 ALOHA 算法先初始化帧长F=M，M的值可根据实际情况设定;帧周期内初始化：Nc=Nr=0,Nc为碰撞时隙数，Nr 为正确接收时隙数。读写器发送带有帧时隙长度的指令，等待读写器识别范围内的电子标签响应指令。图5-3表示整个电子标签防碰撞算法的识别过程。
　　读写器对一帧中各个时隙进行检测，检测结果可分为三种情况：
　　(1)正确接收电子标签信息Nr+1;
　　(2)电子标签发生碰撞Nr+1;
　　(3)无电子标签应答信号。
　　在上述的三种情况中，每检测完一个时隙都要使时隙数M-1，如果时隙数M为0则判断Nc是否也为0，如果Nc也为0就表示没有电子标签发生碰撞且都被识别;如果Nc不为0则表示电子标签发生碰撞，根据Nc的大小重新调整M的值，对剩余电子标签进行读写，直到所有电子标签都被识别。
　　3 系统测试与误差分析
　　3.1 天线仿真与测试结果(数据)
　　利用HFSS软件，我们仿真了天线，其仿真数据如下：
　　通过矢量网络测试仪测试，实际天线在0.92GHz处S11达到-17.5dB，其增益为8.7dB。通过旋转标签，测试天线的圆极化特性，发现无论标签如何放置，都可准确读取，确认圆极化特性良好。


　　3.2 UHF读写器测试结果
　　利用贴有电子标签的物品对UHF读写器的有效识别范围、标签识别个数以及灵敏度等性能进行测量，测量结果如下表所示。


　　3.3 GSM短信功能测试结果
　　GSM模块的挂载使系统人机交流更加丰富，智能化得到体现。
　　参考文献：
　　[1]全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(1994～1995)
　　[2]全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2001)[M]. 北京：北京理工大学出版社，2003年第1版.
　　[3]高吉祥，黄智伟，陈和.高频电子线路[M]. 北京：电子工业出版社，2003年第1版
　　[4]Warren L.Stutzman,Gary A.Thiele,天线理论与设计(第2版)[M],人民邮电出版社
　　[5]王振华,张利,用于UHF射频识别的时钟电路和调制电路[J1,微电子学与计算机,2006 Vol.23No.12
　　[6]于利亚. RFID 系统天线辐射场的分析与研究[D]. 硕士学位论文. 西北大学硕士论文, 2006
　　[7]ISO/IEC18000-1: information technology-Radio frequency identification for item management Partl: Reference architecture and definition of Parameters to be standardized
　　[8]刘锡杰. UHF 频段 RFID 读写器的设计[D]. 硕士学位论文. 大连理工大学硕士学位论文, 2007