RFID应用于传感器数据采集方案分析

RFID应用于传感器数据采集方案分析

一．实现目标

目前采用手持式数据采集器无线采集所需传感器的数据，无线传感器是用电池供电，现在存在的问题是：

1.传感器若连续供电工作第一降低传感器寿命，第二传感器上供电的电池电量有限，会在一定时间耗尽。

2.如果只在需要获得传感器数据的时候给传感器通电，这么操作又比较麻烦。

根据目前了解的RFID的作用，能否用RFID电子标签做到传感器上，当需要采集时候，首先将RFID激活，用RFID标签将传感器接通电路，这样就可以实现传感器在需要时候才通电，不需要的时候可以关闭节省电池电量。

传感器工作电压5V或者12V，要求无线手持式采集前和无线传感器距离不小于1米。

二．RFID简单介绍

RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

短距离产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距产品介绍多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。

RF(Radio Frequency)技术被广泛应用于多种领域，如：电视、广播、移动电话、雷达、自动识别系统等。专用词RFID(射频识别)即指应用射频识别信号对目标物进行识别。

最基本的RFID系统由三部分组成：

●标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，

附着在物体上标识目标对象；

●阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计

为手持式或固定式；

●天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。

电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保

存的电子数据，从而达到自动识别体的目的。通常阅读器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。

阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。

RFID标签分为被动标签(Passive tags)和主动标签(Active tags)两种。主动标签自身带有电池供电，读/写距离较远同时体积较大，与被动标签相比成本更高，也称为有源标签。被动标签由阅读器产生的磁场中获得工作所需的能量，成本很低并具有很长的使用寿命，比主动标签更小也更轻，读写距离则较近，也称为无源标签。

通常阅读器发送时所使用的频率被称为RFID系统的工作频率，基本上划分为3个范围：低频(30kHz-300kHz)、高频(3MHz-30MHz)和超高频

(300MHz-3GHz)。常见的工作频率有低频125kHz、134.2kHz及高频13.56MHz 等等。低频主要有125kHz和134.2kHz两种，中频射频卡频率主要为

13.56MHz，高频射频卡主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用。

三．RFID和目前系统的结合

根据前面所述，若要达到传感器不耗电的效果，就采用无源RFID电子标签，采用超高频超高频无源RFID标签，(UHF Passive RFID Tag)是指工作频率在300M~3GHz 之间的超高频频段内，无外接电源供电的RFID 标签。这种超高频无源RFID 标签由于其工作频率高，可读写距离长，无需外部电源，制造成本低，目前成为了RFID 研究的重点方向之一，有可能成为在不久的将来RFID 领域的主流产品。

无源RFID 标签芯片工作时所需要的能量完全来源于读卡器产生的电磁波的能量，因此，电源恢复电路需要将标签天线感应出的超高频信号转换为芯片工作需要的直流电压，为芯片提供能量。

电源恢复电路将RFID 标签天线所接收到的超高频信号通过整流、升压等方式转换为直流电压，为芯片工作提供能量。在输入信号幅度较高时，电源稳压电路必须能保证输出的直流电源电压不超过芯片所能承受的最高电压；同时，在输入信号较小时，稳压电路所消耗的功率要尽量的小，以减小芯片的总功耗。

电源启动复位信号产生电路在RFID 标签中的作用是在电源恢复完成后，为数字电路的启动

工作提供复位信号。它的设计必须要考虑以下几点问题：

◆如果电源电压上升时间过长，会使得复位信号的高电平幅度较低，达

不到数字电路复位的需要；

◆启动信号产生电路对电源的波动比较敏感，有可能因此产生误动作；

◆静态功耗必须尽可能的低。

通常，无源RFID 标签进入场区后，电源电压上升的时间并不确定，有可能很长。这就要求设计的启动信号产生电路产生启动信号的时刻与电源电压相关。

在集成了RFID读卡器的无线采集器靠近电子标签无线传感器后，无线传感器中的电子标签接收读卡器产生的电磁波能量，达到电子标签工作的VPP后，电子标签启动，接通电路，同时上电所连接的光耦，光耦激发导通后端的传感器供电系统。手持式采集器发送无线请求数据帧，无线传感器返回数据，无线手持式采集器获得数据后，关闭RFID的读卡器部分，此时无线传感器线圈能量消失，光耦关闭，后端传感器电源自动断开。

四．其它方案

采用以上方案在无线采集的距离上可能会出现一些问题，因为会收到周围环境和采集器方位的影响，因此，这里进一步分析能否用其它方案解决上述问题。

如下图：采用两个低功耗的ZIGBEE模块，无线传感器中的ZIGBEE模块单独使用一块高能电池供电，因为ZIGBEE模块的低功耗性，可以连续工作较长时间，当手持式采集器发送数据，可以命令传感器中ZIGBEE模块启动后端传感器的供电系统，然后手持式采集器发送采集数据命令，传感器返回数据，采集器获得数据后再发送关闭传感器供电命令。

五．研发需求

1.RFID研发RFID系统包括设计RFID读卡器和RFID电子标签电路，

读卡器初步分析采用DSP+FPGA的方式或者用ARM实现。采用

支持卡片：Mifare one S50、Mifare one S70及其兼容卡片

采用高度集成读写卡芯片 FM1702NL 射频基站

工作电压: 5V(USB口直接取电)

通讯接口: RS232或者RS485或者以太网

工作频率: 13.56MHz

2.用ZIGBEE的方案。