基于RFID技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

王朋輝 劉繼勇

【摘要】文章針對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控方面的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出了引入RFID技術(shù)組建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的新方案。該方案采用RFID技術(shù)識(shí)別監(jiān)控目標(biāo)，利用ARM控制GPRS模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，并詳細(xì)說(shuō)明了系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)和RFID技術(shù)的工作原理，構(gòu)建了讀取速度快、遠(yuǎn)距離識(shí)別、耐污損、更多資產(chǎn)管理信息的應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用表明該設(shè)計(jì)達(dá)到了期望的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】RFIDGPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控ARM

1引言

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

2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)主要是由監(jiān)監(jiān)控端、通信平臺(tái)以及監(jiān)控中心組成。監(jiān)控終端負(fù)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(guò)RS232接口與通信平臺(tái)透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連；通信平臺(tái)是監(jiān)控終端和控制中心的橋梁，主要負(fù)責(zé)透明地發(fā)送采集來(lái)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)無(wú)誤地、實(shí)時(shí)地、快速地傳輸，通信平臺(tái)中的嵌入式處理器將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理、協(xié)議封裝后轉(zhuǎn)交給通信平臺(tái)中的GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無(wú)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(fù)責(zé)對(duì)遠(yuǎn)端發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，將有效數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中心。還可對(duì)遠(yuǎn)端監(jiān)控終端發(fā)出指令，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)召喚測(cè)試數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示：

2.1監(jiān)控終端設(shè)計(jì)

與使用條形碼搜集監(jiān)測(cè)目標(biāo)物信息相比，RFID電子標(biāo)簽具有自動(dòng)掃描、不需人工接觸、抗污染能力強(qiáng)(抗灰塵、抗煙霧、抗潮濕)、信息量大等優(yōu)點(diǎn)，故本系統(tǒng)監(jiān)控終端采用RFID技術(shù)構(gòu)建。一個(gè)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(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象；Reader(閱讀器)是讀取(有時(shí)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(hào)。本監(jiān)控終端的RFID系統(tǒng)選用13.56M無(wú)源標(biāo)簽、13.56M固定式無(wú)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(wú)線電波能量給Tag，驅(qū)動(dòng)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(tái)中的ARM(Advanced RISC Microprocessor，高級(jí)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(guò)發(fā)射天線發(fā)送13.56M的射頻信號(hào)，當(dāng)Tag進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，Tag獲得能量被激活；Tag與Reader之間通過(guò)耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間無(wú)接觸耦合，在耦合通道內(nèi)根據(jù)時(shí)序關(guān)系實(shí)現(xiàn)能量傳遞、數(shù)據(jù)交換；Tag將自身編碼等信息通過(guò)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(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到Reader，再對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼。它的原理框圖如圖2所示：

2.2通信平臺(tái)設(shè)計(jì)

此通信平臺(tái)GPRS模塊選擇的是WAVECOM Q2406 PL002，ARM選擇SAMSUNG s3c2410AL-200902，通信平臺(tái)的工作原理是：ARM接收到監(jiān)控終端采集的數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝和打包再交給GPRS模塊，此時(shí)必須保證GPRS和internet網(wǎng)絡(luò)連通，由GPRS網(wǎng)絡(luò)負(fù)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(shí)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(shí)，如果GPRS收到監(jiān)控中心發(fā)來(lái)的命令時(shí)，ARM負(fù)責(zé)解析命令，控制監(jiān)控終端完成上位機(jī)的指令。

2.3監(jiān)控中心設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心是由一臺(tái)具有公網(wǎng)IP地址的PC機(jī)和RFID讀寫器軟件組成。監(jiān)控中心后臺(tái)管理軟件使用自主開(kāi)發(fā)RFID_Scanner軟件，可實(shí)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(gè)動(dòng)態(tài)的IP地址，它會(huì)主動(dòng)向監(jiān)控中心服務(wù)器發(fā)出連接請(qǐng)求，讓服務(wù)器為其建立Socket連接。通過(guò)AT指令綁定固定地址的PPP服務(wù)器，進(jìn)行握手認(rèn)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(shí)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(shí)時(shí)查詢、觀測(cè)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(jì)

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(gè)線程(分別用于監(jiān)聽(tīng)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?jìng)鞒跏蓟唤又绦蜻M(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)，不斷地監(jiān)聽(tīng)是否有數(shù)據(jù)到達(dá)。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(méi)有數(shù)據(jù)到達(dá)，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(tīng)是否有數(shù)據(jù)到達(dá)。主函數(shù)程序代碼如下所示：

3結(jié)束語(yǔ)

基于RFID技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)識(shí)別具有掃描快速、無(wú)接觸、抗油污、信息量大等特點(diǎn)，故本系統(tǒng)采用RFID技術(shù)監(jiān)控目標(biāo)，為優(yōu)化遠(yuǎn)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(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的需求。目前，該系統(tǒng)已投入到遠(yuǎn)程資產(chǎn)管理之中，實(shí)際應(yīng)用證明此系統(tǒng)運(yùn)行良好，取得了預(yù)期的盤貨效率高、遠(yuǎn)距離識(shí)別、適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、包含信息多的設(shè)計(jì)效果。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中RFID技術(shù)代替條形碼識(shí)別監(jiān)控目標(biāo)是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。除此之外，由于采用RFID技術(shù)識(shí)別目標(biāo)還具有動(dòng)態(tài)識(shí)別和精確識(shí)別單個(gè)物體的特點(diǎn)，故可以進(jìn)一步拓展本系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，將來(lái)可在煤礦井下作業(yè)人員的考勤、物流過(guò)程中的貨物追蹤、對(duì)醫(yī)療院所和監(jiān)獄等特殊人員實(shí)時(shí)監(jiān)控、商品防偽、高速公路自動(dòng)收費(fèi)、藥品食品安全管理等領(lǐng)域中擴(kuò)展應(yīng)用。