基于RFID的定位系统.docx

基于RFID的定位系统的设计与实现一、课题背景及意义随着无线技术、移动计算器件的快速发展人们对位置信息和定位服务有了越来越多的需求。很多应用对定位信息要求更加细致准确。室外定位渐渐不能满足应用的需求室内定位技术在近年来受到研究人员的关注。RFID又称射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术。RFID标签具有体积小、读写范围广、寿命长、抗干扰能力强等特点可支持快速读写、移动识别、多目标识别、唯一表示等。与GPS等成熟的定位技术相比RFID更适合应用于室内定位。有源RFID标签相比无源标签有更远的识别距离和更大的存储容量与互联网、通讯技术相结合可实现全球范围内物品的跟踪和信息共享极大的扩展了射频技术的应用领域。基于有源RFID的室内定位系统地研究有着重要意义。首先RFID技术的相关研究为定位应用做好了铺垫。目前RFID的研究已经取得了很多成果。成本上国内和国外一些工艺已经使得有源RFID标签的价格降低到几十美分甚至十几美分;标准上很多国家已经制定了自己的RFID标准其中由北美UCC产品统一编码组织和欧洲EAN产品标准组织联合成立的EPCGlobal标准是市场占有量最大的一个。标准的制定在电子标签与读写器之间的空气接口、读写器与计算机之间的数据交换协议、RFID标签与读写器的性能等方面做了统一规范为减化电子标签芯片功能设计降低电子标签成本扩大RFID应用领域奠定了基础。另外RFID安全与隐私降、防碰撞、天线技术队等方面也有了很多研究成果。其次有源RFID定位有着广泛的应用需求。在实际中依靠目标检测实现的应用很多比如RFID定位应用于制造、物流等行业能够实现对仓库存货的位置检测和对生产流的监控从而极大的提高生产和管理效率;应用于煤矿等企业的人员定位能极大地提高安全管理力度;应用于医院能实时定位设备能更好的协调设备和人员分配。因此基于有源RFID的定位系统是一个很有研究价值的领域。二、射频识别技术2.1RFID工作原理标签与读写器之间通过藕合元件(天线线圈等)实现射频信号的空间(无接触)祸合在藕合通道内根据时序关系实现能量的传递、数据交换等。对于无源RFID系统来说标签通常需要贴近读卡器。读卡器通过天线发射一定频率的射频信号这些电磁波激活标签电路标签的能量检测电路将一部分射频信号转换成直流信号能量供其工作标签获得能量被激活后将自身的序列号等信息调制到射频信号上后通过标签天线发送出去读写器接收到标签返回的射频信号后对该信号进行解调和解码然后送到后台计算机进行进一步处理后台计算机会根据系统功能做出相应的处理和控制。由于读写器的能量必须来回穿过障碍物两次因此要求读写器有较大的发射功率。对于有源系统来讲由标签自身内嵌的电池为芯片供电利用自身的射频能量主动发送数据给读写器调制方式可以为调幅、调频或调相。标签进入读写器的作用区域后标签将自身的序列号等信息的发送给读写器。读写器的处理方式同对无源标签基本一致。此外读写器上还可以附加通信网络模块(CAN总线工业以太网RS485等)将读出的标签信息通过通信网络模块传输给后台计算机以实现对识别信息的采集、处理及远程传送等数据管理功能。后台计算机也可以通过通信网络将各个读写器连接起来构成总控制信息平台根据不同的需求实现不同的应用功能。三、系统设计3.1定位系统架构基于RFID的定位系统的架构如图1：图1基于有源RFID的定位系统的架构定位系统由后台PC计算机、参考节点和未知节点组成后台计算机与参考节点之间通过串口连接参考节点和未知节点之间以ZigBee的方式通信。此架构下未知节点得到作用范围内的参考节点的信号强度后可以通过串口汇报给后台计算机;后台计算机执行定位算法并实时显示出未知节点位置。3.2节点的设计3.2.1CC2530芯片介绍CC2530是Chipcon公司（现被TI收购）推出的针对IEEE802.15.4/ZigBee应用的片上系统其内部集成了工作在2.4GHz的射频收发器拥有低功耗的8051MCU内核、32/64/128/256KB四个不同大小可编程FlashROM和8KBRAM还有A/D转换器、定时器等。另外CC2530片上系统由CC2430加上Motorola公司基于IEEE802.15.4标准的无线定位引擎组成。其定位引擎支持3～l6个参考节点的定位运算最高精度可达0.5m；定位时间少于40μs定位区域为64m×64m定位误差为3～5m与一般软件定位相比具有定位速度快、定位准确度高、消耗CPU资源少的特点。3.2.2节点的构成成及实现参考节点与未知节点均采用CC2530ZigBee模块作为主控模块。每个参考节点有自己固定的ID号和位置坐标并不断的向外界发送ID号和位置坐标。当未知节点进入某个参考节点的射频范围内时就可以接收到该参考节点的信息和RSSI