基于ZigBee和ARM的分布式RFID信息采集系统的设计与实现研究

何 滔

(云南能源职业技术学院，云南 曲靖 655000)

0 引言

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)作为一种非接触式自动识别技术，其技术应用原理主要是通过射频识别模式来实现自动目标识别[1]。以往的射频识别技术应用中，存在大量的缺陷，如系统布线复杂、灵活度差、无法满足读写器要求等，而在ZigBee和ARM技术应用中，分布式RFID信息采集系统设计能够有效发挥ZigBee无线通信技术以及ARM运算技术的应用优势，其通过构建分布式RFID信息采集系统来实现对标签信息的精准处理，完成目标的自动识别；其整体系统工作效率高，运行自动化程度高。

1 RFID系统组成和技术原理

RFID系统组成主要包括3个部分，即射频标签、读写器和信息管理系统[2]。

相应的射频标签中包含天线和芯片，而其中的芯片则是识别的唯一标识，能够一次性存储相应格式的数据信息[3]。为了方便数据的获取，在应用中多将射频标签和相关物体联系在一起，相应射频标签多位于物品的表面。读写器的作用是读取电子标签中的信息，或者是将其录入相应设备中，其可以在非接触的情况下实现对多个标签信息的读取和存储，而信息的识别、解码、获取等功能的实现主要是借助串口和上层控制系统之间的通信联络以达到预期目标[4]。信息管理系统更多是为了完成标签数据信息的存储，实现对电子标签的读写控制[5]。

射频识别的工作原理是借助微波能量实施非接触式双向通信，实现自动识别和数据交换。

2 分布式RFID信息采集方案的确定

因为集中式的RFID信息采集方案存在的问题较多，要想有效缓解PC平台中的射频识别压力及信息采集的网络压力，所以分布式RFID信息采集方案就被提出来。

相应的分布式RFID信息采集方案中，对于信息采集节点实施区域划分，按照射频识别信息处理量在相应区域设置计算机终端，其主要是对于区域中的射频识别原始信息实施采集，实现对企业应用中业务数据的统一处理，最后将相应的业务数据存储到本地数据库中。相关PC机和企业应用系统之间借助有线网络连接，企业应用系统可以按需获取区域PC机终端上的业务数据。

相对于传统的RFID信息采集方案，分布式RFID信息采集方案能够将整个应用区域划分为多个子区域，各个子区域就像是一个集中的射频识别方案，借助网络实现相关子区域的RFID的PC机服务器和多个企业应用数据的信息交互及共享。相关RFID服务器信息处理工作量大大降低，使得各个子区域服务器配置要求也可以降低。此外，要想在系统中添加一些新信息采集节点，在合理的子区域中增加即可，可以增强系统的可拓展性[6]。当然，分布式RFID信息采集方案也有缺陷，现阶段PC机服务器以及工业PC机价格昂贵，一些大规模的分布式RFID信息采集项目中需要增加节点数量，导致系统成本的增加[7]。

3 基于ZigBee和ARM的分布式RFID信息采集系统的设计与实现

在此次设计的分布式RFID信息采集系统中，主要的系统可以分为3个层次。数据信息采集层，主要是对电子标签信息实施有效采集和预处理；ZigBee网络传输层，主要是基于ZigBee的嵌入式射频识别信息采集节点、路由节点以及RFID服务器，构建相应的ZigBee节点以负责将RFID信息采集层采集到的和预处理的数据信息进行传输，使PC平台和RFID服务器接收并处理数据信息，通过一系列的过滤、容错、整合处理，将这些数据信息转换成企业应用业务数据，整合相关数据并存储；上层企业应用服务层，主要功能是为企业的相关信息服务提供渠道和方案。

3.1 上层企业应用服务器

上层企业应用服务器主要是通过构建企业信息服务系统，为企业对相关资源的调度和配置提供必要参考。其和计算机平台的射频识别服务器连接，能够及时采集相关业务逻辑数据，并通过人性化界面呈现。此外，企业服务器可以按照企业现阶段的相关业务信息生成决策信息，为企业相关决策的制定提供依据。

3.2 以PC平台为基础的射频识别服务器

以PC平台为基础的射频识别服务器对射频识别底层数据业务信息进行过滤、整合，获得相应的企业逻辑数据；通过射频识别采集数据信息并预处理，最后进行存储。这一过程中，出现的业务逻辑信息准确性与否，对企业应用服务器信息发布以及管理者的决策具有重要影响。所以，这也是系统设计的核心部分。此外，就PC平台的射频识别服务器的实时性来看，这也是系统的关键指标，需要使用嵌入式射频识别信息采集节点来对原始射频识别数据实现有效的预处理，确保相关数据传输到射频识别服务器中时，能够有效降低数据冗余和错误，对于减轻网络负荷，强化系统稳定性以及可靠性等都具有重要意义。

3.3 基于ZigBee和ARM的信息采集网络设计

ZigBee无线通信技术下的嵌入式信息采集节点的射频识别信息采集网络包含了信息采集节点以及信息采集系统两个重要部分。其中，射频识别采集系统主要由读写器、嵌入式信息采集节点、标签等构成，射频识别读写器通过对周围标签信息的采集，借助有线网络实现信息数据的传输。考虑到射频识别读写器采集的数据比较多样，且存在一定的冗余，因此，需要嵌入式信息采集节点的设计来实现对数据信息的有效预处理，缓解网络压力。

3.4 RFID信息采集系统的硬件和软件设计

在RFID信息采集系统设计中，借助无线传感器，通过对该系统设备的设计思路把握——在控制系统中的数码管显示电路，主要由译码器、驱动器、显示器等组成，其可以通过对采集到的电路处理，实现数据的测量。在硬件平台设计工具中，还包含了ZigBee无线通信工具。目前，市场中使用的相关硬件平台设计工具的功能主要包含ZigBee版图编辑系统，能够为用户提供有效的设计环境，并通过ARM强大计算能力的发挥，根据系统设计要求制定相应的布线规则；而且，能够在保证布线不冲突的情况下，就可以快速完善设计布线，节约设计时间，提升整体设计工作的效率。

结合ZigBee网络设计，基于对ZStack协议线的移植前提下，借助ZigBee树形网络拓扑结构构建分布式的射频识别信息采集网络系统，并对网络系统进行测试，确保其有效。

4 结语

针对传统RFID信息采集系统应用的不足，提出基于ZigBee和ARM的分布式RFID信息采集系统的设计与实现，该系统的设计应确定信息系统设计的整体方案，抓住关键设计环节，应用有效的设计思路和规划，有效地应用ZigBee技术和ARM计算功能，构建高效运转的分布式RFID信息采集系统。