射頻識別數據在電力線中傳輸方式的研究

彭燦明

（羅定職業技術學院電子信息系，廣東 羅定527200）

射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）在物流、物聯網方面有著重要的用途，目前并沒有得以廣泛應用，其主要原因是RFID在電力線中的傳輸方式存在一定的問題［1－2］.

1 射頻識別信號在電力線中信息傳輸原理設計

射頻識別卡是將個人信息存儲在卡內，使用時將卡片貼在刷卡機供其讀取.射頻識別卡在很多場合都有應用，如食堂的飯卡、公交卡等.但如果將卡與刷卡機間隔有0.05m以上的距離，很容易出現讀卡信息失靈的現象.電力線傳輸的距離就大得多，因此可以在設備上裝載射頻識別儀器，將射頻識別儀器讀取的參數通過電力線傳輸就可以解決距離短的問題.借助電力網絡傳輸系統，就可以實現對大型設備的遠程監控.而很多重大型設備如醫院的CT、DR、MR、LX等醫療設備，以及煤礦開采中的鉆探機械設備等［3－4］，如果出現有人未經允許私自挪為他用等違規行為，那么監控這些設備，使之能被妥善管理，就顯得十分必要.

電力線已經布局成一張電力網了，電力載波技術也已經得到了研究應用，射頻識別數據經計算機技術處理，將采集到的射頻識別信號轉換為電力線能識別的電力載波信號，經電力線傳輸至計算機信息監控端，就可以對醫療設備進行監控管理了.其設計框架圖如圖1所示.

圖1 射頻識別信號在電力線中信息傳輸框架圖

圖中，單片機系統應該具有將射頻信號轉換為電力線所識別的信號，同時也能將電力線上的有用信號轉換為計算機監控端能識別的信號的功能，因此單片機系統為射頻識別數據在電力線中傳輸方式的研究重點內容.單片機系統設計框架如圖2所示.

圖2 單片機系統設計通信原理圖

單片機系統由現場單元、通信接口、微控制器、信號解調電路、電力線接口等部件構成.現場單元能將射頻識別的RFID數據進行模數轉換傳輸至通信接口，通信接口收到數據后根據微控制器的時鐘信號，對RFID數據進行調制解調，將信號解碼成電力載波信號，再經電力線的接口電路由電力線傳輸至微機監控中心端.在微機監控中心處有一套反解碼的設備，能將電力線上的電力載波信號經信號解調和微控制器的解碼處理后，由通信接口，將信號轉換成二進制數據，傳輸到計算機的監控中心.微機監控中心通過對所獲得的數據進行分析，即可判斷出射頻識別端儀器的運行狀況，從而達到監控重大儀器的目的.

在大型設備身上裝有射頻識別儀器，利用該儀器監測設備的運行參數，如是否開啟、是否發生移位、偏移距離是多少等參數；如果設備在運行，則運行的電壓、功率、電流、運行時間、設備本身溫度、所處環境的壓力、濕度等環境等參數.通過射頻識別設備上面的傳感器以及相關電子元器件，所感測得到的數據，利用電力載波技術，通過電力線傳輸至相應接口電路設備中，最終傳輸至監控中心的微機中.監控人員通過計算機軟件，分析和處理微機中的數據，即可得知設備的運行狀態，達到監控設備的目的.

監控系統通過電力載波解決數據通信問題.三相電力線之間采用專用網橋，以解決三相之間和跨變壓器數據通信問題.這里采用低壓電力線載波通信方式.數據采集模塊解決設備狀態檢測，網絡數據庫管理完成信息監控和調度管理等.

數據由RFID系統采集經現場單元發出至通信接口模塊，存入微控制器處理中的一段緩沖區內，再經編碼處理后進行通信調制，最后耦合到電力線上.在電力線的另一端，數據經解耦后從電力線上接收下來再解調到微控制器中，最后經通信接口到從通信設備中.在整個系統中，微控制器是系統的核心，其負責整個系統中各任務的協調與調度［5］.電力線接口主要起耦合、隔離、濾波與保護的功能.

2 在重大設備監控中的應用

根據前面研究思路設計了一套針對重大設備的監控系統，其設備本身的RFID數據監測儀器設計如圖3所示.

圖3 設備自身的RFID數據監測采集模塊框架圖

在重大設備儀器身上貼有RFID電子標簽，該標簽里面嵌有設備的型號、購買時間、額度功率、使用環境、使用場所等重要參數.該數據都存儲在存儲器中，由控制器對這些數據進行控制，將這些數據利用RFID的線圈接口電路和無線收／發線圈等傳輸至RFID數據采集終端的無線收／發模塊中.通過線圈接收信號，可以將電子標簽與RFID數據采集終端之間的距離間隔至20m的范圍，遠大于先前普通射頻識別卡0.05m的有效距離.

RFID數據采集終端通過無線接收端接收到電子標簽中的數據，傳輸給射頻芯片的控制器；控制器通過主控模塊來判斷分析所得數據，同時主控模塊也能向射頻芯片控制器發送指令，將指令中包含的信息通過無線收發線圈，將信號傳輸至電子標簽的存儲器中.與主控模塊相連的還有液晶顯示屏和鍵盤操作模塊，以及信號調制模塊.液晶顯示屏是用于顯示相關參數的輸出端口，鍵盤操作模塊為用戶提供輸入端口，操控人員可以通過鍵盤往主控模塊中輸入數據，用以控制相關部件.信號調制模塊可以將主控模塊中的數據，經過信號調制成二進制數據，傳輸至單片機系統，再由單片機系統對信號進行加工處理.

將圖3所設計的RFID數據監測采集模塊裝載在某煤礦鉆機中.當鉆機運行時，數據被采集后經單片機系統處理成電力載波信號，由電力線傳輸至地面的微機監控中心，處在監控中心的管理人員即能準確掌握鉆機的運行狀態［6］.

3 結束語

以前對設備的監控需要視頻技術，得重新安裝一套視頻監控設備，且視頻網絡鋪設繁雜.通過改進的射頻識別儀器，利用計算機硬件技術，設計單片機通信系統，將射頻識別數據轉換成電力載波信號，經由電力線傳輸至計算機監控中心，達到對重大設備的監控，這解決了射頻識別與電力載波之間的數據傳輸問題，且為重大型設備的監控提出了一種新的思路.利用電力導線的網絡來傳輸數據，節約了視頻網絡的鋪設費用，且電力線鋪設方便、快捷，大大節省了人力、財力.

［1］彭燦明.基于傳感器和電力載波通訊的煤礦生產監控系統設計［J］.煤炭工程，2012（12）：132－134.

［2］詹圣紅.電力線載波技術在設施監測系統中的應用［D］.上海：上海交通大學，2008（22）：58－61.

［3］劉明周，王 強，葛茂根，等.基于射頻識別的裝配過程監控體系研究［J］.合肥工業大學學報（自然科學版），2012（9）：45－47.

［4］吳麗萍.面向無線射頻識別技術的中量級加密通信協議［J］.杭州電子科技大學學報，2012（1）：57－60.

［5］魏國珩，張煥國.AES的輕量優化及其在射頻識別標簽中的應用［J］.武漢大學學報（理學版），2012（6）：78－81.

［6］張兢，李成勇，王 猛.基于射頻識別技術的多目標識別防碰撞算法［J］.重慶理工大學學報（自然科學），2012（9）：58－61.