專利名稱：一種基于rfid技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬與電信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其采集方法。
背景技術(shù)：
RFID無線射頻識別是20世紀(jì)90年代興起的一種自動識別技術(shù)，是一項利用射頻信號通過空間耦合(電磁場或交變磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并且通過所傳遞的信息來達(dá)到識別目的的技術(shù)。其主要優(yōu)點是它是一種非接觸式自動識別技術(shù)，通過射頻信號能夠自動識別目標(biāo)對象來獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作不需要人工干預(yù)，是條形碼的無線版本，而且該技術(shù)還具有防磁、防水、耐高溫、存儲數(shù)據(jù)容量大以及數(shù)據(jù)可以保密等優(yōu)點。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、 記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。目前，RFID的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，如物流過程中的貨物追蹤和信息自動采集、第二代身份證、車輛管理，校園一卡通和門禁等，而傳感器在日常生活中也是很常見的，如溫度和濕度傳感器等。將傳感器與RFID有機結(jié)合起來，就可以對環(huán)境進(jìn)行各種實時監(jiān)控。數(shù)據(jù)的采集一傳輸一處理的整個過程都能夠做到準(zhǔn)確高效進(jìn)行。但是現(xiàn)有技術(shù)尚無將二者結(jié)合的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低成本的基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其采集方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)解決方案為一種基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括依次連接的傳感器模塊、射頻識別模塊和后臺控制模塊，所述傳感器模塊將采集到的數(shù)據(jù)信息通過射頻識別模塊傳輸給后臺控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，其中，所述射頻識別模塊包括射頻卡、讀卡器和天線，所述射頻卡通過天線向讀卡器傳遞射頻信號?！N基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，包括以下步驟 步驟一、后臺控制模塊激活讀卡器工作；
步驟二、讀卡器發(fā)出一組固定頻率的電磁波，通過共振為射頻卡供電； 步驟三、射頻卡與讀卡器相互認(rèn)證，并判斷認(rèn)證的結(jié)構(gòu)，如果通過認(rèn)證則執(zhí)行下一步， 否則結(jié)束操作；
步驟四、傳感器采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴漕l卡； 步驟五、讀卡器從射頻卡中讀取數(shù)據(jù)，并將其存儲到存儲器中； 步驟六、將存儲器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌?jié)點進(jìn)行后續(xù)處理。有益效果
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為1)本發(fā)明是基于現(xiàn)有的RFID和傳感器技術(shù)的信息采集系統(tǒng)，可以應(yīng)用在惡劣環(huán)境下環(huán)境數(shù)據(jù)的采集。利用RFID讀取數(shù)據(jù)可以不使用傳統(tǒng)的有線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)充分利用了 RFID和傳感器技術(shù)成本較低和可靠性較高的優(yōu)點，將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)由射頻識別系統(tǒng)傳輸?shù)街付ǖ牡胤竭M(jìn)行后續(xù)處理，可以說是簡單易用、成本低廉、可靠性高，應(yīng)用前景十分廣泛。通過本發(fā)明可以建立一套完整的數(shù)據(jù)采集一傳輸一處理系統(tǒng)，可以有效提高工作效率，有效降低成本，節(jié)約時間，提高系統(tǒng)可靠性，維護(hù)容易，對惡劣條件下的環(huán)境進(jìn)行檢測具有其它技術(shù)不具備的優(yōu)勢。2)由于讀卡器是設(shè)置在封閉的箱子中的，而射頻卡是嵌在箱子的表面的，有效保護(hù)內(nèi)部設(shè)備，提高整個系統(tǒng)的可靠性和延長系統(tǒng)生命周期，同時使得維護(hù)工作變得容易。3)由于讀卡器是設(shè)置在封閉的箱子中的，因此該設(shè)備可以用于環(huán)境較為惡劣情況下的環(huán)境監(jiān)測。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)組成原理圖。圖3為本發(fā)明的ET44M210芯片的IP模塊結(jié)構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明的射頻發(fā)送和天線電路圖。圖5為本發(fā)明的接收與解碼電路圖。圖6為本發(fā)明的射頻卡組件圖。圖7為本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖。
具體實施例方式結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括依次連接的傳感器模塊、射頻識別模塊和后臺控制模塊，所述傳感器模塊將采集到的數(shù)據(jù)信息通過射頻識別模塊傳輸給后臺控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，其中，所述射頻識別模塊包括射頻卡、讀卡器和天線，所述射頻卡通過天線向讀卡器傳遞射頻信號。所述讀卡器設(shè)置于密封的盒子中， 包括密碼處理單元、讀寫模塊、控制模塊和外圍接口，所述密碼處理單元、讀寫模塊和外圍接口分別與控制模塊相連接。所述射頻卡位于上述密封盒子的外表面，包括EEPROM模塊、第二控制模塊和讀寫模擬窗口，上述三個模塊依次相連。所述傳感器模塊與射頻識別模塊采用有線方式連接或無線方式連接。所述射頻識別模塊與后臺控制模塊采用有線方式連接或無線方式連接。本發(fā)明為了解決數(shù)據(jù)采集的可靠性與環(huán)境之間的矛盾，發(fā)明了基于RFID讀取傳感器信息的系統(tǒng)。只需要對射頻卡電路做設(shè)當(dāng)?shù)母脑旒纯?，就可以有效降低開發(fā)成本，提高系統(tǒng)可靠性，可行性相當(dāng)高。將傳感器設(shè)備與射頻卡相連，傳感器所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)信號線傳輸?shù)缴漕l卡存儲器中，然后讀寫器將射頻卡中的數(shù)據(jù)讀取出來，再傳輸?shù)狡渌O(shè)備，如計算機，對此數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步處理。利用射頻卡中存儲器，將從傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)存儲到射頻卡存儲器指定的位置，然后再由相對應(yīng)的讀卡器將射頻卡中的數(shù)據(jù)讀取出來，并傳遞到其它處理節(jié)點。在構(gòu)造短距離無線通信時，為了節(jié)約電源，讀卡器不會一直處于工作狀態(tài)， 讀卡器根據(jù)要求定時進(jìn)入工作狀態(tài)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。結(jié)合圖7，一種基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，包括以下步驟 步驟一、后臺控制模塊激活讀卡器工作；步驟二、讀卡器發(fā)出一組固定頻率的電磁波，通過共振為射頻卡供電； 步驟三、射頻卡與讀卡器相互認(rèn)證，并判斷認(rèn)證的結(jié)構(gòu)，如果通過認(rèn)證則執(zhí)行下一步， 否則結(jié)束操作；
步驟四、傳感器采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴漕l卡； 步驟五、讀卡器從射頻卡中讀取數(shù)據(jù)，并將其存儲到存儲器中； 步驟六、將存儲器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌?jié)點進(jìn)行后續(xù)處理。本發(fā)明首先利用傳感器節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴漕l卡指定的存儲單元中，接著讀卡器將對應(yīng)的射頻卡中的數(shù)據(jù)讀取出來，傳輸?shù)狡渌K對數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步處理。本發(fā)明可用于對環(huán)境進(jìn)行各種實時監(jiān)控，如對濕度和溫度進(jìn)行監(jiān)控，這里主要是利用傳感器，如溫度傳感器，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)會根據(jù)要求存儲在射頻卡存儲器指定的存儲單元中，供讀卡器讀取。本發(fā)明所述射頻卡卡即為射頻卡。射頻卡(射頻)芯片主要由電源恢復(fù)電路、參考電壓產(chǎn)生電路、調(diào)制/解調(diào)電路、時鐘恢復(fù)電路、存儲及數(shù)字控制電路構(gòu)成。射頻卡芯片的輸入阻抗&。主要取決于并行連接的電源恢復(fù)電路、調(diào)制/解調(diào)電路。若天線阻抗Zto與射頻卡芯片阻抗k滿足阻抗共軛匹配原則，從天線到射頻卡芯片將得到最大的功率傳輸。當(dāng)射頻識別系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，讀卡器首先需要給射頻卡充電，因為射頻卡本身不存儲電源，當(dāng)射頻卡獲得足夠的工作電壓后開始工作，這時就可以實現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)的功能，其工作流程如下
(1)讀卡器向周圍發(fā)送一組固定頻率的電磁波；
(2)帶有某一型號芯片的無線射頻卡的天線串聯(lián)諧振頻率與讀卡器發(fā)送信號的頻率相同，當(dāng)它進(jìn)入讀卡器的工作區(qū)域內(nèi)，在電磁激勵下，諧振電路產(chǎn)生共振；
(3)共振使卡內(nèi)的電容有了電荷，在電容的另一端接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到一定值時，此電容可作為電源為集成電路提供工作電壓；
(4)射頻卡中的芯片通過天線與讀卡器進(jìn)行交互，由讀卡器發(fā)送命令，通過射頻卡芯片內(nèi)部的數(shù)字邏輯控制模塊，根據(jù)要訪問的響應(yīng)扇區(qū)的訪問控制條件來決定命令的可操作性，并發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)或信息；
(5)讀卡器向工作區(qū)射頻場內(nèi)所有卡發(fā)送請求響應(yīng)的命令，射頻卡在上電后，根據(jù)相關(guān)協(xié)議，可以響應(yīng)請求命令；
(6)讀卡器發(fā)出選卡命令后，選中一張射頻卡來認(rèn)證并對相關(guān)存儲器進(jìn)行操作，射頻卡會返回相關(guān)代碼，卡選中后，讀卡器根據(jù)要訪問的存儲器位置采用相應(yīng)的密鑰來進(jìn)行相互認(rèn)證，認(rèn)證通過以后對存儲器的操作都是加密的。當(dāng)該系統(tǒng)正常運行時，射頻識別模塊在后臺控制模塊的控制下啟動，此時傳感器模塊將其采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴漕l識別模塊中，然后再傳輸?shù)狡渌幚砟K對數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理。當(dāng)該系統(tǒng)工作時，后臺控制模塊會激活讀卡器，讀寫模塊上的感應(yīng)線圈通過RF射頻卡中的感應(yīng)線圈，對射頻卡充電，當(dāng)電壓達(dá)到射頻卡的工作電壓時，射頻卡就會啟動工作，這時傳感器采集到的數(shù)據(jù)就會傳輸?shù)缴漕l卡中的存儲器中，然后通過其中的信息傳送模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶x卡器中。讀卡器工作的具體的步驟如下
5(1)讀卡器向周圍發(fā)送一組固定頻率的電磁波；
(2)帶有某一特定型號芯片的無線射頻卡的天線串聯(lián)諧振頻率與讀卡器發(fā)送信號的頻率相同，當(dāng)它進(jìn)入讀卡器的工作區(qū)域內(nèi)，在電磁激勵下，諧振電路產(chǎn)生共振；
(3)共振使卡內(nèi)的電容有了負(fù)荷，在電容的另一端接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到一定值時，此電容可作為電源為集成電路提供工作電壓；
(4)傳感器將采集到的數(shù)據(jù)按相關(guān)協(xié)議將數(shù)據(jù)存放到射頻卡指定的存儲單元中；
(5)然后射頻卡中的芯片通過天線與讀卡器進(jìn)行交互，由讀卡器發(fā)送命令，通過射頻卡芯片內(nèi)部的數(shù)字邏輯控制模塊，根據(jù)要訪問的響應(yīng)扇區(qū)的訪問控制條件來決定命令的可操作性，并發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)或信息；
(6)讀卡器向工作區(qū)射頻場內(nèi)所有卡發(fā)送請求相應(yīng)的命令，智能卡在上電后，根據(jù)相關(guān)協(xié)議的ATQAjB IS0/IEC14443A，可以響應(yīng)請求命令，在防沖突循環(huán)過程中，讀卡器讀出射頻卡的ID序列號，如讀卡器在其工作范圍內(nèi)有幾張射頻卡卡時，可通過唯一的ID序列號來識別，并選中其中一張卡作為下一步操作的對象，沒有被選中的卡返回到待命模式，等待下一個請求命令；
(7 )讀卡器發(fā)出選卡命令后，選中一張射頻卡卡來認(rèn)證并對相關(guān)存儲器進(jìn)行操作，卡會返回相關(guān)代碼?？ㄟx中后，讀卡器根據(jù)要訪問的存儲器位置采用相應(yīng)的密鑰來進(jìn)行三重相互認(rèn)證過程，認(rèn)證通過以后對存儲器的操作都是加密的。在認(rèn)證通過后即進(jìn)行讀塊、寫塊、 加、減等操作。(8)讀卡器讀取數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)暫時存放在讀卡器中的存儲器中，通過外圍接口， 在控制模塊的控制下將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌幚砉?jié)點進(jìn)行后續(xù)處理，如計算機。應(yīng)答信號的處理是通過微控制器ET44M210芯片完成的。圖4為射頻發(fā)送和天線圖，射頻發(fā)送部分為系統(tǒng)提供頻率13. 56MHz的載波。其主要功能就是由天線向附近空間發(fā)送一定頻率的電磁波。結(jié)合圖5，這里出現(xiàn)的天線與上圖的天線為同一天線，這時該天線所發(fā)揮的功能是接收信號，該電路主要功能是對接收到的信號進(jìn)行解碼，并對應(yīng)答信號進(jìn)行放大。如圖6所示，整個射頻卡電路中，只有傳感器與射頻卡的存儲器EEPROM相連，傳感器傳輸過來的數(shù)據(jù)，按照要求存放至存儲器中。由于RFID對數(shù)據(jù)的讀取具備一定的穿透能力，而且射頻卡對水、油和化學(xué)藥品都有很強的抵抗性，因此可以將讀卡器安裝在一個密封的箱子內(nèi)部，而射頻卡放置在箱子外部。該模式對于一些環(huán)境比較惡劣的情況，可以將絕大部分的控制模塊密封起來，已達(dá)到最大限度地提高系統(tǒng)可靠性、延長系統(tǒng)壽命的目的。如果采用有線傳輸方式，對系統(tǒng)密封效果有很大的影響；如果采用其它無線方式，比如ZigbeeJSIS Zigbee模塊肯定有一部分是直接暴露在周圍環(huán)境中，對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生了致命的影響。因此，RFID與傳感器相結(jié)合，對惡劣條件下的環(huán)境進(jìn)行檢測具有其它技術(shù)不具備的優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于包括依次連接的傳感器模塊、射頻識別模塊和后臺控制模塊，所述傳感器模塊將采集到的數(shù)據(jù)信息通過射頻識別模塊傳輸給后臺控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，其中，所述射頻識別模塊包括射頻卡和讀卡器，所述射頻卡向讀卡器傳遞射頻信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述讀卡器設(shè)置于密封的盒子中，包括密碼處理單元、讀寫模塊、控制模塊和外圍接口，所述密碼處理單元、讀寫模塊和外圍接口分別與控制模塊相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述射頻卡位于上述密封盒子的外表面，包括EEPROM模塊、第二控制模塊和讀寫模擬窗口，上述三個模塊依次相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于 所述傳感器模塊與射頻識別模塊采用有線方式連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于 所述傳感器模塊與射頻識別模塊采用無線方式連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述射頻識別模塊與后臺控制模塊采用有線方式連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述射頻識別模塊與后臺控制模塊采用無線方式連接。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、后臺控制模塊激活讀卡器工作；步驟二、讀卡器發(fā)出一組固定頻率的電磁波，通過共振為射頻卡供電；步驟三、射頻卡與讀卡器相互認(rèn)證，并判斷認(rèn)證的結(jié)構(gòu)，如果通過認(rèn)證則執(zhí)行下一步， 否則結(jié)束操作；步驟四、傳感器采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴漕l卡；步驟五、讀卡器從射頻卡中讀取數(shù)據(jù)，并將其存儲到存儲器中；步驟六、將存儲器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌?jié)點進(jìn)行后續(xù)處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其采集方法，包括依次連接的傳感器模塊、射頻識別模塊和后臺控制模塊，所述傳感器模塊將采集到的數(shù)據(jù)信息通過射頻識別模塊傳輸給后臺控制模塊進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理；首先后臺控制模塊激活讀卡器工作，讀卡器發(fā)出一組固定頻率的電磁波，通過共振為射頻卡供電；其次，射頻卡與讀卡器相互認(rèn)證，并判斷認(rèn)證的結(jié)構(gòu)，如果通過認(rèn)證則執(zhí)行下一步，否則結(jié)束操作；傳感器采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴漕l卡；最后讀卡器從射頻卡中讀取數(shù)據(jù)，并將其存儲到存儲器中；將存儲器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌?jié)點進(jìn)行后續(xù)處理。
文檔編號G06K7/10GK102270293SQ20111019103
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者吳楓, 王興虎, 虞月 申請人:南京航空航天大學(xué)