基于RFID技術和Zigbee技術的跟蹤定位系統設計

盛震男++李暉

摘 要

利用RFID技術能夠識別物體的位置及特征，但傳統RFID系統收集多點信息時會存在浪費等不足。利用Zigbee的節點多跳功能可以很好解決這一問題。故本文將兩種技術結合起來，提出了一種基于RFID和 Zigbee技術的跟蹤定位系統，重點介紹了系統的整體框架和硬件電路設計。

【關鍵詞】RFID技術 Zigbee技術 定位系統

RFID技術（Radio Frequency Identification，射頻識別技術）是一種新式的 非接觸型識別技術，工作原理為利用射頻信號的空間融合或反射的傳輸特性達到無接觸信息傳遞目的，并通過分析接收信息完成對物體的自動識別。一個RFID系統大多數情況下包含標簽和閱讀器兩大部分，同條形碼技術相比，RFID技術具有數據存儲量大，使用壽命長，防水耐高溫等優點，能夠一次處理多個標簽，還可以對附有RFID標簽的物體進行跟蹤定位。

隨著物聯網的迅速發展，RFID和無線傳感網絡具有越來越廣闊的使用前景。Zigbee技術的傳感器網絡具有成本低、功耗好、靈活性高等一系列優勢，而且由于其體積小，方便嵌入各種不同設備。Zigbee無線傳感網絡由許多傳感器節點組成，用于控制數據的采集和發送。在充分考慮成本及通用性因素下，將RFID技術和Zigbee技術兩者優點相結合，在RFID閱讀器中嵌入Zigbee模塊，提出一種基于RFID技術和Zigbee技術的跟蹤定位系統。

1 系統平臺的總體設計

本系統主要由PC機、RFID讀卡器和Zigbee無線網絡模塊三部分組成，如圖1所示。PC機用于控制和管理系統的整體運行，主要負責系統采集數據的處理及顯示功能；RFID讀卡器可以讀取標簽中的信息，通過Zigbee傳感器可以實現RFID模塊與PC機之間進行數據通信。

2 Zigbee節點硬件設計

Zigbee無線通信的射頻模塊采用CC2530射頻芯片，將其外圍配置于MSP430F2618單片機中，主要控制數據的采集和發送傳感器節點的控制指令，具有很強的數據處理速度和處理能力，適用于跟蹤定位系統。

3 基站硬件設計

基站負責在定位時接收PC機發送的信號并調制成射頻信號向外發送，其整體結構由Zigbee模塊和RFID Reader兩部分構成，其中RFID模塊由PIC16F887微控制器和外圍電路構成，相互之間通過RX/TX進行數據傳輸。Zigbee模塊也可以作為參考節點將自身的坐標值發送給盲節點。

基站的工作原理為：PC機傳輸指令，網關將接收到的信息發送到基站中的Zigbee模塊中，該模塊通過RX/TX將信息傳輸給PIC16F887微控制器進行處理，微控制器芯片產生激勵信號并通過放大驅動器向外發送信號。當貼有RFID標簽物體通過該范圍時，微控制器通過片選信號CS將數據發送給標簽模塊。Zigbee模塊既可以進行數據傳輸，也可以作為參考節點。

4 標簽硬件設計

與條形碼不同，RFID電子標簽不僅可以收集、修改數據信息，還可以采集物體的動態信息并進行監測。電子標簽結構由RFID Tag模塊和Zigbee模塊兩部分組成，其中RFID部分由 AS3933芯片和相應外圍電路組成 ，Zigbee部分由射頻芯片CC2530和外圍匹配電路構成。CC2530和AS3933之間通過SPI接口進行配置。

當RFID Tag模塊接收到基站發送的激勵信號時，將信號送往AS3933芯片進行解調處理，通過解碼后配置SPI相應寄存器設置，Zigbee模塊中的CC2530將AS3933中的數據讀取并打包，通過天線將其發送至上位PC機進行處理。

5 系統定位流程

目前，室內定位大致分為兩種技術，即基于測距技術和非測距技術。基于測距技術具有相對較高的數據精度，但其穩定性較差，易受到路徑及噪聲等不利因素的干擾；而基于RSSI的非測距距離估計技術，定位數據可由傳感器節點的自身測量獲取，是較為常用的無線傳感網絡測距方法，基于RSSI算法，采用RFID和Zigbee技術相融合的設計，能夠有效完成物體的跟蹤定位。

系統定位的具體流程為：系統首先對無線網絡的參考節點及盲節點配置相應參數，同時盲節點檢測網關是否發出定位數據。若檢測到定位請求，盲節點便開始發射一系列RSSI信號，這時參考節點接收并保存RSSI值，直到盲節點在規定的時間內配置結束后，每個接收到該信號的參考節點計算其RSSI值，并與之前保存的RSSI值求和計算出平均值，計算完成后參考節點向盲節點發送自身的坐標和RSSI值，盲節點在接收到參數值后，依據相應算法計算出本身的坐標值并傳送給網關節點，最終網關節點經串口連接把數據傳送至PC機，得到被測物體的跟蹤定位數據。

6 總結

本文對系統的硬件部分做了介紹，并表述了系統工作的具體流程，具有一定的應用價值。

參考文獻

[1]吳伶，沈岳，傅自鋼.基于射頻識別和無線傳感器網絡技術的教學互動系統設計[J].湖南農業大學學報，201031（1）：106-108.

作者單位

沈陽工業大學信息學院 遼寧省沈陽市 110870endprint

摘 要

利用RFID技術能夠識別物體的位置及特征，但傳統RFID系統收集多點信息時會存在浪費等不足。利用Zigbee的節點多跳功能可以很好解決這一問題。故本文將兩種技術結合起來，提出了一種基于RFID和 Zigbee技術的跟蹤定位系統，重點介紹了系統的整體框架和硬件電路設計。

【關鍵詞】RFID技術 Zigbee技術 定位系統

RFID技術（Radio Frequency Identification，射頻識別技術）是一種新式的 非接觸型識別技術，工作原理為利用射頻信號的空間融合或反射的傳輸特性達到無接觸信息傳遞目的，并通過分析接收信息完成對物體的自動識別。一個RFID系統大多數情況下包含標簽和閱讀器兩大部分，同條形碼技術相比，RFID技術具有數據存儲量大，使用壽命長，防水耐高溫等優點，能夠一次處理多個標簽，還可以對附有RFID標簽的物體進行跟蹤定位。

隨著物聯網的迅速發展，RFID和無線傳感網絡具有越來越廣闊的使用前景。Zigbee技術的傳感器網絡具有成本低、功耗好、靈活性高等一系列優勢，而且由于其體積小，方便嵌入各種不同設備。Zigbee無線傳感網絡由許多傳感器節點組成，用于控制數據的采集和發送。在充分考慮成本及通用性因素下，將RFID技術和Zigbee技術兩者優點相結合，在RFID閱讀器中嵌入Zigbee模塊，提出一種基于RFID技術和Zigbee技術的跟蹤定位系統。

1 系統平臺的總體設計

本系統主要由PC機、RFID讀卡器和Zigbee無線網絡模塊三部分組成，如圖1所示。PC機用于控制和管理系統的整體運行，主要負責系統采集數據的處理及顯示功能；RFID讀卡器可以讀取標簽中的信息，通過Zigbee傳感器可以實現RFID模塊與PC機之間進行數據通信。

2 Zigbee節點硬件設計

Zigbee無線通信的射頻模塊采用CC2530射頻芯片，將其外圍配置于MSP430F2618單片機中，主要控制數據的采集和發送傳感器節點的控制指令，具有很強的數據處理速度和處理能力，適用于跟蹤定位系統。

3 基站硬件設計

基站負責在定位時接收PC機發送的信號并調制成射頻信號向外發送，其整體結構由Zigbee模塊和RFID Reader兩部分構成，其中RFID模塊由PIC16F887微控制器和外圍電路構成，相互之間通過RX/TX進行數據傳輸。Zigbee模塊也可以作為參考節點將自身的坐標值發送給盲節點。

基站的工作原理為：PC機傳輸指令，網關將接收到的信息發送到基站中的Zigbee模塊中，該模塊通過RX/TX將信息傳輸給PIC16F887微控制器進行處理，微控制器芯片產生激勵信號并通過放大驅動器向外發送信號。當貼有RFID標簽物體通過該范圍時，微控制器通過片選信號CS將數據發送給標簽模塊。Zigbee模塊既可以進行數據傳輸，也可以作為參考節點。

4 標簽硬件設計

與條形碼不同，RFID電子標簽不僅可以收集、修改數據信息，還可以采集物體的動態信息并進行監測。電子標簽結構由RFID Tag模塊和Zigbee模塊兩部分組成，其中RFID部分由 AS3933芯片和相應外圍電路組成 ，Zigbee部分由射頻芯片CC2530和外圍匹配電路構成。CC2530和AS3933之間通過SPI接口進行配置。

當RFID Tag模塊接收到基站發送的激勵信號時，將信號送往AS3933芯片進行解調處理，通過解碼后配置SPI相應寄存器設置，Zigbee模塊中的CC2530將AS3933中的數據讀取并打包，通過天線將其發送至上位PC機進行處理。

5 系統定位流程

目前，室內定位大致分為兩種技術，即基于測距技術和非測距技術。基于測距技術具有相對較高的數據精度，但其穩定性較差，易受到路徑及噪聲等不利因素的干擾；而基于RSSI的非測距距離估計技術，定位數據可由傳感器節點的自身測量獲取，是較為常用的無線傳感網絡測距方法，基于RSSI算法，采用RFID和Zigbee技術相融合的設計，能夠有效完成物體的跟蹤定位。

系統定位的具體流程為：系統首先對無線網絡的參考節點及盲節點配置相應參數，同時盲節點檢測網關是否發出定位數據。若檢測到定位請求，盲節點便開始發射一系列RSSI信號，這時參考節點接收并保存RSSI值，直到盲節點在規定的時間內配置結束后，每個接收到該信號的參考節點計算其RSSI值，并與之前保存的RSSI值求和計算出平均值，計算完成后參考節點向盲節點發送自身的坐標和RSSI值，盲節點在接收到參數值后，依據相應算法計算出本身的坐標值并傳送給網關節點，最終網關節點經串口連接把數據傳送至PC機，得到被測物體的跟蹤定位數據。

6 總結

本文對系統的硬件部分做了介紹，并表述了系統工作的具體流程，具有一定的應用價值。

參考文獻

[1]吳伶，沈岳，傅自鋼.基于射頻識別和無線傳感器網絡技術的教學互動系統設計[J].湖南農業大學學報，201031（1）：106-108.

作者單位

沈陽工業大學信息學院 遼寧省沈陽市 110870endprint

摘 要

利用RFID技術能夠識別物體的位置及特征，但傳統RFID系統收集多點信息時會存在浪費等不足。利用Zigbee的節點多跳功能可以很好解決這一問題。故本文將兩種技術結合起來，提出了一種基于RFID和 Zigbee技術的跟蹤定位系統，重點介紹了系統的整體框架和硬件電路設計。

【關鍵詞】RFID技術 Zigbee技術 定位系統

RFID技術（Radio Frequency Identification，射頻識別技術）是一種新式的 非接觸型識別技術，工作原理為利用射頻信號的空間融合或反射的傳輸特性達到無接觸信息傳遞目的，并通過分析接收信息完成對物體的自動識別。一個RFID系統大多數情況下包含標簽和閱讀器兩大部分，同條形碼技術相比，RFID技術具有數據存儲量大，使用壽命長，防水耐高溫等優點，能夠一次處理多個標簽，還可以對附有RFID標簽的物體進行跟蹤定位。

隨著物聯網的迅速發展，RFID和無線傳感網絡具有越來越廣闊的使用前景。Zigbee技術的傳感器網絡具有成本低、功耗好、靈活性高等一系列優勢，而且由于其體積小，方便嵌入各種不同設備。Zigbee無線傳感網絡由許多傳感器節點組成，用于控制數據的采集和發送。在充分考慮成本及通用性因素下，將RFID技術和Zigbee技術兩者優點相結合，在RFID閱讀器中嵌入Zigbee模塊，提出一種基于RFID技術和Zigbee技術的跟蹤定位系統。

1 系統平臺的總體設計

本系統主要由PC機、RFID讀卡器和Zigbee無線網絡模塊三部分組成，如圖1所示。PC機用于控制和管理系統的整體運行，主要負責系統采集數據的處理及顯示功能；RFID讀卡器可以讀取標簽中的信息，通過Zigbee傳感器可以實現RFID模塊與PC機之間進行數據通信。

2 Zigbee節點硬件設計

Zigbee無線通信的射頻模塊采用CC2530射頻芯片，將其外圍配置于MSP430F2618單片機中，主要控制數據的采集和發送傳感器節點的控制指令，具有很強的數據處理速度和處理能力，適用于跟蹤定位系統。

3 基站硬件設計

基站負責在定位時接收PC機發送的信號并調制成射頻信號向外發送，其整體結構由Zigbee模塊和RFID Reader兩部分構成，其中RFID模塊由PIC16F887微控制器和外圍電路構成，相互之間通過RX/TX進行數據傳輸。Zigbee模塊也可以作為參考節點將自身的坐標值發送給盲節點。

基站的工作原理為：PC機傳輸指令，網關將接收到的信息發送到基站中的Zigbee模塊中，該模塊通過RX/TX將信息傳輸給PIC16F887微控制器進行處理，微控制器芯片產生激勵信號并通過放大驅動器向外發送信號。當貼有RFID標簽物體通過該范圍時，微控制器通過片選信號CS將數據發送給標簽模塊。Zigbee模塊既可以進行數據傳輸，也可以作為參考節點。

4 標簽硬件設計

與條形碼不同，RFID電子標簽不僅可以收集、修改數據信息，還可以采集物體的動態信息并進行監測。電子標簽結構由RFID Tag模塊和Zigbee模塊兩部分組成，其中RFID部分由 AS3933芯片和相應外圍電路組成 ，Zigbee部分由射頻芯片CC2530和外圍匹配電路構成。CC2530和AS3933之間通過SPI接口進行配置。

當RFID Tag模塊接收到基站發送的激勵信號時，將信號送往AS3933芯片進行解調處理，通過解碼后配置SPI相應寄存器設置，Zigbee模塊中的CC2530將AS3933中的數據讀取并打包，通過天線將其發送至上位PC機進行處理。

5 系統定位流程

目前，室內定位大致分為兩種技術，即基于測距技術和非測距技術。基于測距技術具有相對較高的數據精度，但其穩定性較差，易受到路徑及噪聲等不利因素的干擾；而基于RSSI的非測距距離估計技術，定位數據可由傳感器節點的自身測量獲取，是較為常用的無線傳感網絡測距方法，基于RSSI算法，采用RFID和Zigbee技術相融合的設計，能夠有效完成物體的跟蹤定位。

系統定位的具體流程為：系統首先對無線網絡的參考節點及盲節點配置相應參數，同時盲節點檢測網關是否發出定位數據。若檢測到定位請求，盲節點便開始發射一系列RSSI信號，這時參考節點接收并保存RSSI值，直到盲節點在規定的時間內配置結束后，每個接收到該信號的參考節點計算其RSSI值，并與之前保存的RSSI值求和計算出平均值，計算完成后參考節點向盲節點發送自身的坐標和RSSI值，盲節點在接收到參數值后，依據相應算法計算出本身的坐標值并傳送給網關節點，最終網關節點經串口連接把數據傳送至PC機，得到被測物體的跟蹤定位數據。

6 總結

本文對系統的硬件部分做了介紹，并表述了系統工作的具體流程，具有一定的應用價值。

參考文獻

[1]吳伶，沈岳，傅自鋼.基于射頻識別和無線傳感器網絡技術的教學互動系統設計[J].湖南農業大學學報，201031（1）：106-108.

作者單位

沈陽工業大學信息學院 遼寧省沈陽市 110870endprint