NRF24L01模塊在監控領域應用的拓展

摘要:本文提出了在大園區內應用RFID技術對U盤實施監控的系統方案，系統基于NRF24L01模塊實施，利用網絡技術拓展了RFID技術的應用范圍。

關鍵詞:RFID技術;u盤;NRF24L01;網絡技術

引言

RFID(射頻身份識別)技術是物聯網時代的核心技術之一，在監控領域的應用已經開始被逐漸推廣。

監控，包含監視和控制兩層含義。監視功能主要是通過判斷接收信號的有無和強弱來實現，考慮到采用移動電源的因素，標簽通常選用無源標簽:控制功能則建立在強大的指令傳輸能力基礎之上，這樣一來，無源標簽則很難滿足通信距離遠、數據傳輸速率大的要求，于是，超低功耗的有源標簽在監控領域成為首選。作為此類標簽芯片的杰出代表，NORDIC公司的NRF24L01芯片以其高頻率(2.4GHz)、高工作速率(最高工作速率為2Mbps)、低功耗(1.9～3.6V工作電壓，待機模式下22μA;掉電模式下為900nA)、小封裝(QFN20封裝)、多頻道(126頻道)和較強的抗干擾能力(高效GFSK調制)等突出優點在相關領域的市場上占據了主導地位。

此外，NRF24L01可以工作在Enhanced ShockBurst收發模式下的特點更使之對監控領域的應用產生影響，在Enhanced ShockBurst收發模式下，使用片內的先入先出堆棧區，數據低速從MCU(單片機)送入，但高速(1Mbit/s)發射，這樣既可以盡量節能，又在使用低速的情況下也能得到很高的射頻數據發射速率，同時也減小了整個系統的平均工作電流。

但是，S波段信號繞射能力較弱，在障礙物較多的復雜環境中工作距離短，成為了限制以NRF24L01為代表的射頻模塊的應用，為解決這個問題，現以對大園區內的u盤實施監控為例，設計以下系統。

系統方案

整個監控系統包含若干個RFID子系統和一個數據庫系統。子系統分為兩類:一類是安裝在園區內的辦公室、實驗室、倉庫等小區域內的RFID子系統，記為OS(offcial Snbsystem)，每個OS包含一臺通用計算機、一個閱讀器和若干附有標簽的u盤;另一類是安裝在園區進出口的RFID子系統，記為Gs(Gacing Subsystem)，每個GS包含一臺通用計算機和一個閱讀器。數據庫建立在接入局域網的任一計算機上，對u盤的狀態信息進行管理，每個子系統的通用計算機通過局域網共享數據庫中的信息，計算機與閱讀器通過串口連接。

在權限允許的基礎上，用戶可以修改數據庫中的信息，以確定U盤的合法活動范圍，實現對U盤活動范圍的授權，活動范圍可分為以下三個等級，第一級為所屬ss內部，第二級為所屬ss外且在園區內，第三級為園區外。

每個OS的計算機從數據庫模塊中獲得所管轄的u盤的標簽信息，通過閱讀器向這些標簽發出指令，標簽收到指令后發送應答信息至閱讀器，由閱讀器發送至計算機，若計算機超過一定時間未收到應答信息，即啟動報警。每個Gs的計算機通過局域網從數據庫中獲取整個系統中被授權在OS外且園區內活動的u盤信息，通過閱讀器并向這些標簽發送詢問信息，若收到標簽應答信息，則認為u盤將要通過進出口非法離開園區，即啟動報警。

子系統硬件結構

閱讀器硬件結構

本系統閱讀器硬件結構如圖2所示。OS和Gs包含的讀寫器是相同的，均由Mcu、N1LF24L01模塊和接口電路三部分組成。MCU控制接口電路接收到計算機要求發送的指令后，控制NRF24L01模塊將指令發送出去。標簽發送的應答信息通過NRF24L01模塊接收后，通過接口電路傳送給計算機。

U盤及其標簽硬件結構

本系統u盤及其標簽硬件結構如圖3所示。標簽部分包括微控制器、充電電池、充電電路、NILF24L01模塊，充電電池在u盤脫離計算機時，為MCU和INILF24L01模塊供電，在u盤插入計算機時，通過充電電路充電。MCU控制NRF24L01模塊接收指令和發送應答信息。可以在MCU和U盤電源線之間增設開關電路以使MCU對u盤主體的工作進行開關控制，真正達到對u盤進行“控制”的目的。

結語

本方案利用網絡信息共享的技術搭建起多個射頻子系統構成的大系統。解決了NRF24L01模塊等高頻便攜模塊工作距離短的問題，拓展了RFID技術在設備監控領域的應用范圍。對設備的活動范圍進行分級管理，使監控系統的監控功能更加靈活、強大。并且，本系統已經在單位安裝并投入使用，經過實踐檢驗，系統充分達到了設計目的，運行良好。