基于 ZigBee 技术的 RFID 系统的设计

RFID是一种非接触式的自动识别技术，是现在使用的条形码的无线版制本，它通过射频 信号自动识别日标对象并获取相关数据，具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签数据口可以加密、存储数据容量更大、存储 信息更改自如等优点。RFID技术在国外的发展较早也较快，尤其在美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非目前均有较为成熟且先进的RFID系统。其 中，低频近距离RFID系统主要集中在125kHz、13．56MHz系统；高频远距离RFID系统主要集中在UHF频段(902MHz- 928MHz)915MHz、2．45GHz、5．8GHz。在RFID技术研究及产品开发方面，国内已具有了自主开发低频、高频与微波RFID电子标签 与读写器的技术能力及系统集成能力。与同外RFID先进技术之间的差距主要体现在RF1D芯片技术方面。现有的RFID技术仔在数据，炙全性不高、识别距 离短、设备成本高以及读写系统作灵活性不强等问题。鉴于上述情况，本课题将ZigBee技术融入到RFID中，设计了基于了ZigBee的远距离 RFID系统。

本系统由以下三部分组成：应答 器、读卡器和上位机。应答器相当于传统的RFID系统中的射频卡，主要存储所管理物品的信息，不同的是它为有源卡；读卡器读取应答器中的信息，并将所读取 的信息经有线或无线方式传输给上位机，对本系统进行统一管理。其总体方案设计如图1所示。

2．1射频芯片的确定

　 　本课题选用Chipcon公司的CC2420作为本系统的无线通信器件。CC2420是ChipconAS公司推Ⅲ的首款符合 2．4GHz1EEE802．15．4标准的射频收发器。该器件包括众多额外功能，是市场j二第一款适用于ZigBee产品的RF器件。 CC2420片是基于Chipcon公司的SmartRF03技术，采用0．18微米CMOS工艺制作。该芯片具有很高的集成度，几乎不需要外部元 件，坚实耐用、功耗低。CC2420芯片可以用于ZigBee所定义的全功能设备(FullFlunctionDevices，FFD1和简约功能设 备(RedutedFunctionDecices．RFD)上。

2.2系统对微控制器的要求

ZigBee协议栈对系统微控制器的要求有：至少8位微控制器，完全协c义栈所需的ROM为32K，简单功能节点协c义栈所需的ROM为6K。读卡器和应答器对内存的需求分别为四十几兆、几兆的空间，再结合芯片价格、开发难易程度等特点

　 　采用JATMEL公司的AVR系列单片机ATlnega16L和ATmega64L比较合适。ATlnega16L、64L足挚下增强 AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，该控制器的数据吞吐率高达1MIPS／MHz，从而 可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

2．3实际工作电路

本系统电路如图2、3所示，分别为应答器和渎卡器。读卡器最终要完成与上位机的通信，所以本设计应用串口协议转换芯片AD101完成两台设备的数据传输。

3RFID系统的软件设计

无线网络的软件设计是实现远距离RFID系统必不可少的部分，本课题所涉及的软件部分重点包括以下两方面：

(1)读卡器，也就是主节点，主要是Atmega64L与Atmega16L，以及MCU与无线模块通信的收发程序。

(2)应答器，也就是终端节点，实现终端节点与丰节点的数据交换。在设计各部分程序之前，首先要了解Chipcon公司的CC2420开发平台通讯协议的模型结构和所使用的编程工具，以及本系统中无线网络系统软件的特点。

3．1读卡器的软件设计

　 　读卡器是整个无线网络的管理员，它将负责网络的建立、地址的分配和成员的加入、节点设备数据的更新、设备关联表的维护并根据网络的状况自动更新。 ZigBee网络要求至少一个FFD作为网络主节点。要建立一个网络，第一个节点必须被配置成主节点，这样才能管理以后添加到网络的其它节点。由于主节点 处于网络的最上层，功能复杂，因此时主节点的硬件配置也有较高的要求，主节点一般是由电源供电。本课题中读卡器相当于整个网络的主节点，而应答器作为终端 节点。一旦主设备将节点设备同网络连接，便可以实现通信。图4为在网络建立成功的基础上读卡器的工作流程图。

3．2应答器的软件设计

　 　应答器(终端节点)是ZigBee网络结构中最简单的一种，它可以是一个FFD也可以是一个RFD。它不支持路由功能，只能与一个上层节点(路南或协凋 器)通信。由于不需要与临近节点协调以产生路由功能，终端节点可以离线工作(如关闭收发器)而不影响网络的连通性。终端节点是整个网络的尾端，它是南嵌 入各个设备中的通讯模块和设备共同组成的，这样的设备具有网络功能，可以响应网络的请求。图5是本课题设计的远距离RFID系统中应答器的软件工作流程 图。

4 实验测试

为了试验电