一种基于RFID的移动目标监控系统的设计

　为了能够动态调整标签容量，适应不同应用场合的要求，根据系统MCU的处理能力，设置了4个标签容量值：16(10000)、64(1000000)、128(10000000)、256(100000000)。在数据帧中，标签ID号预留10个二进制位，最高位用来表示标签是否被激活，其余9位用来表示标签的ID，在ID号的分配过程中，首先由111111111与对应的标签容量作“与”运算，运算结果作为该容量下的编码范围。
2.2 软件流程
　电子标签携带着相关信息，当微控制器接收到触发信号后，标签被激活，向阅读器发出呼叫请求，在定时器规定的时间内，不断地向距离最近的阅读器发送数据发送请求命令，直到收到阅读器发出的应答命令。在标签收到应答命令后，将携带的消息发送出去，判断阅读器的反馈信息，如果反馈信息与校验码相符，表示阅读器正确收到标签的数据。阅读器与标签的通信过程如图3所示。

　从阅读器与标签进行通信的同时，还可以作为一个数据中转站进行数据传递，其工作流程如图4。中转站通信链路采用令牌环的传输方式，只有握有令牌的一方才有发送数据的权利。中转站每10 ms切换一次，具有执行中转站和与标签通信的双重作用。

2.3 防碰撞设计
　系统所涉及的干扰主要有两个方面，一方面是阅读器与标签之间通信时，标签与标签之间的碰撞问题，当有较多的标签同时出现在阅读器的范围之内时，各标签之间传输的信号互相干扰，阅读器将收不到正确的信息。为此，阅读器与标签之间采用了帧时隙ALOHA算法，进行防碰撞设计。通过明确的分组，有效地限制每次响应的标签数量，使每次响应的标签数都与帧时隙算法的帧长相匹配，从而获得较高的标签识别效率。另一方向就是当2个以上的从阅读器同时向主阅读器传送数据时，将会产生干扰，出现错误信息。本文采用了时分多路法来解决，时分多路法的主要特点是利用不同的时隙来传送各路不同的信号，每路信号在时域上是分开的。
3 监控软件的开发
软件系统主要由三部分构成：数据库系统、地图编辑器、操作界面。软件界面的开发基于Visual Studio 2005，电子地图的二维显示框架主要使用了DirectX开发包。PC机通过RS232与主阅读器进行通信，获得的数据储存在基于Excel的数据库中。
　电子地图信息系统的一大特点就是支持多场合的应用，为了提高软件的通用性，设计了辅助软件——地图编辑器，可以根据不同的应用场合，灵活地绘制、修改应用场景的地图。
　通过对Excel的调用，完成数据的实时存储、查询调用功能，结果用数据表格和地图信息的方式进行显示。这样就可以对携带电子标签的移动目标进行实时的监控。
4 系统测试与结果分析
　实验中使用了3个阅读器，2个电子标签。主要对标签与阅读器通信的误码率、阅读器的通信距离两方面进行了测试。另外根据MCU的数据处理速度，估算了阅读器识别范围内的标签容量，综合分析了单标签扫描次数与系统效率、标签容量之间的关系。
　经测试发现，标签与阅读器数据传输的误码率与NRF2401芯片的工作频率选择有很大关系， NRF2401在2 400 MHz~2 570 MHz之间共有157个频点可供选择，选择适当的中心频率可以降低系统误码率，提高数据的传输效率。测试结果如图5所示。