系统软件架构 - 基于ZigBee技术的有源RFID系统

　　2 系统软件架构

　　2.1 读写器与标签的通信

　　读写器与标签通信，首先必须有ZigBee 网络存在。这就需要系统中读写器（一般与服务器直接串口相连）将网络建立起来，并负责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。标签发现网络，就会请求加入网络。入网成功后，标签就与其中读写器建立父子关系，时刻保持通信。为了降低标签功耗，标签具有定时休眠的功能。

　　本系统采用Z-stack 协议栈来完成网络的建立及路由或标签的入网，从而建立通信链路。

　　2.1.1 网络形成

　　读卡器上电后，将扫描DEFAULT_CHANLIST 指定的通道，最后在其中之一形成网络（根据ZDAPP_CONFIG_PAN_ID 的值）。然后调用ZDO 层的初始化设备函数ZDOInitDevice（0）设置NV 网络状态：

　　networkStateNV=INITDEV_NEW_NETWORK_STAT;最终触发网络初始化函数，设置网络初始化事件；ZDO层任务事件处理函数对网络初始化事件进行处理，调用ZDO_StartDevice（）函数，将改变设备状态为协调器启动：devState = DEV_COORD_STARTING;然后调用NWK 层网络形成请求函数：NLME_Network-FormationRequest（）；NWK 层通过调用MAC 和PHY 层相关功能函数执行一些列网络形成动作，最终形成网络。

　　2.1.2 标签加入网络

　　标签在上电初始化以后，经过初始化设备、设置NV 网络状态、触发网络初始化函数、设置网络初始化事件、启动设备后将改变设备状态为发现网络：

　　devState = DEV_NWK_DISC;调用NWK 层发现网络请求函数：NetworkDiscoveryRequest（）；然后NWK 层通过调用MAC 和PHY 层相关功能函数执行一些列发现网络动作，发送发现网络消息至ZDO 层。ZDO 层接收到该消息后，修改设备状态为正在加入网络：

　　devState = DEV_NWK_JOINING; NWK 层通过调用MAC 和PHY 层相关功能函数执行一些列请求加入网络动作，并发送加入网络指示消息至ZDO 层。ZDO层任务事件处理函数将执行处理加入网络函数：

　　ZDApp_ProcessNetworkJoin（）；修改设备状态为终端设备：devState = DEV_END_DEVICE.设置ZDO 状态改变事件： osal_set_event（ZDAppTaskID， ZDO_STATE_CHANGE_EVT ）；最终加入已有网络，与读卡器进行通信。

　　2.2 读写器与有源RFID 标签的软件流程图

　　读写器设备初始化后首先要检测是否有网络存在，这决定了读写器是作为网络的协调器还是路由器，来完成相应的功能。标签设备初始化后，首先加入网络，再执行设备程序，完成传感器数据采集等功能。

　　在它休眠醒来或数据发送完成后，要检测一下是不是已经离开网络。如果标签远离与它通信的读写器，它将通过孤点方式再次申请加入网络，与新的读写器建立通信。读写器与有源RFID 标签的具体工作流程如图3 所示。

　　

　　图3 读写器与有源RFID 标签的具体工作流程。

　　2.3 低功耗设计

　　由于标签是有源RFID，低功耗设计是非常重要的。在设计中，主要采用增加休眠时间还减少通信流量两种方法来实现的。标签在休眠时的功耗将近为唤醒时的千分之一，在保证监控的真确性的前提下，增长休眠时间是低功耗设计的一个重要手段。设计中用定时器1 作为定时休眠，休眠时间为10s.具体实现：

　　__interrupt void T1_ISR（void）

　　{ IRCON &= ~0x02; //清中断标志

　　counter++;

　　if（counter == 250）

　　{counter = 0;timetemp = 10; }//10 秒到

　　PowerMode（3）； }//进入休眠模式3

　　为了减少标签的通信流量，标签会记录上一次的状态（如温度变化），根据状态是否变化来决定是否传输数据。具体实现：

　　if（oldstate！=newstate）

　　{zb_SendDataRequest（0xFFFE，REPORT_CMD_ID， 2， pData，0，AF_ACK_REQUEST，0）；} //发送数据请求

　　else{PowerMode（3）；}}//进入休眠模式3

　　3 测试结果

　　在测试时，我们模拟仓库管理系统。将标签中写入了物体的具体信息（我们这里写入一个ID 号），并在标签上设计了温度传感器电路，用来实时监测物体周围环境信息。读卡器与计算机相连，通过串口显示标签的信息。串口显示如图4 所示。

　　

　　图4 测试显示结果。

　　4 结语

　　本文基于ZigBee 技术设计了一种工作频段为2.4GHz 的有源RFID 系统。改善了目前RFID 系统识别距离短，组网不灵活，抗干扰能力差的缺点。详细地介绍了整个系统的开发流程。但是此系统中标签价格仍然昂贵，只适合于贵重物体跟踪等少数场合。随着技术水平的不断提高，生产出价格低廉，集成度更高的射频芯片，使得芯片体积更小，价格更低，此系统便可以得到广泛应用。