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[RFID技术资料] 多通道分布式环境监测系统的超高频RFID网关设计

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发表于 2022-3-12 11:41:58 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
摘要:传统的超高频 REID网关无法避免由干多种数据同时在一个网关进程中竞争,将会造成网关的冲突,导致什务失败, 从血降低了环境监控信息采集的准确率;为此,设计并实现了基于 MC13213 的多通道分布式环境监测系统的超高频 RFID网关系统;硬件部分详细阐述了基于 MC13213的 RFID 网关设计方法,重点阐述网关终端节点、网关路由节点和网关中心节点的设计方法;软件部分详细阐述了网关进程之间通信机制的设计和网关任务机制数据结构程序设计方法;实验结果表明,利用文章系统能够避免超高频率 RFID网关在通信过程中的冲突,提高了环境信息采集的准确率。

多通道分布式环境监测系统通常利用无线超高频 RFID射频技术进行监测数据的通信。在使用超高频 RFID射频识别技术进行环境监测数据的采集后,需要将海量的数据的传输过程中,由于多通道分布式网关系统的传输方向和数据量都具有较强的随机性,因此会造成网关的冲突。为了避免上述弊端,需要对多通道分布式环境监测系统的超高频 RFID 网关协议进行防冲突设计。超高频 RFID网关设计方法已经成为环境监控领域需要研究的热门课题,受到很多专家的重视。现阶段,主要的超高频 RFID 网关防冲突系统主要包括基于网关特征的防冲突系统、基于数据流方向的网关防冲突设计系统和基于堵塞数据反馈的网关防冲突系统。其中最常用的是基于堵塞数据反馈的网关防冲突系统。由于超高频 RFID 网关防冲突系统应用范围十分广泛,因此,拥有广阔的发展空间,成为很多科研单位研究的重点课题。

1、基于 MC13213的 RFID网关硬件部分设计
1.1 RFID网关终端节点的硬件设计
超高频 RFID 网关终端节点主要包括 MC13213控制芯片、板载天线、电源、传感器等部分构成,如图1所示。传感器的主要功能是采集监测区域中的环境信息,并将信息通过射频识别的通信方式发送到监控中心。在环境监控系统中,由于对于监测区域的环境指标需要通过不同功能的传感器完成信息的采集,因此在本文设计的 RFID网关终端节点的原理图中只预留了传感器的接口,但未将传感器的芯片与终端节点相连接。在实际的应用中,可以根据接入不同功能的传感器,从而实现RFID网关终端节点的不同的功能。
1.jpg

1.2 RFID网关路由节点的设计
RFID网关路由节点的功能是完成射频信号的接收和发送功能。由于路由节点需要一定的数据处理功能,因此,在设计的过程中加入 AT-MEGA 128位的微处理器,根据中心节点发送的指令对 RFID 终端节点进行有效控制。并将反馈的信号发送到中心节点。路由节点的结构如图 2所示。
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1.3 RFID网关中心节点的设计
RFID网关中心节点的主要作用是实现通信之间的协调,为了提高网络协调器与以太网的控制性能,在设计的过程中采用 ARM9 微处理器 S3C240通过 SP1 与通信模块相连。ZigBee模块的功能是实现信息的无线收发,在上述 ARM平台,构建RFID网关通信协议,通过 Web 服务器与万维网进行连接。如图3所示。
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2、基于 ED-VMT的 RFID网关软件系统设计
2.1 总体软件框架设计
在 RFID 网关软件系统中,每一个网关协议都有独立的Linux操作过程,因此当某一个网关协议进行发生异常时,能够实现在线故障修复。在本文的软件系统中,需要设计一个核心功能模块(NSM),利用它能够实现不同通信系统相连接,为 RFID 网关协议屏蔽操作细节,从而提高了RFID 网关软件的可移植性能。以 NSM模块作为核心的 RFID 网关软件中的各个网关协议进程之间的关系如图4所示。
4.jpg
其中,作为 RFID网关软件系统核心部分的 NSM 的功能如下所述∶
1)为所有 RFID网关协议模块提供接口信息。
2)保持一个根据系统接口网关、网关协议的动态网关和静态网关构成的总的 IP 网关信息数据库。
3)在所有动态网关协议之间分配网关协议信息。
4)向 RFID网关核心模块提供最新的动态网关信息由于网关协议的转发。

2.2 RFID网关进程之间通信机制的设计
RFID 网关中各个进程的地位是不同的,但在全部进程之间存在一个最重要的进程,即 NSM进程,它的主要功能是为其余 RFID 网关协议进程提供服务,从而保证其余网关协议进程的顺利进行。RFID网关进程之间的关系如图5所示。
5.jpg
根据图5能够得知,除了NSM进程之外,其余全部进程都与 NSM进程进行通信。而其余进程彼此之间却不进行通信。因此,RFID 网关协议进程之间的通信过程是一对多的非对称过程。在 RFID网关协议进程中,根据通信的方向的不同能够将通信的内容划分两种。

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