1 引言

近年来，随着计算机技术、芯片技术及无线通信技术的快速发展，RFID技术也得到高速发展，其体积、成本、功耗越来越低，基于RFID技术的应用系统被广泛应用到生活各个领域，如交通、物理管理、门禁控制、定位系统、第二代身份证等领域。RFID系统一般由天线、读写器和电子标签组成。传统的RFID系统采用读写器与PC上位机通过有线的形式（以太网、RS232）进行通信，存在灵活性差、数据传输距离短、成本高等缺点。与有线传输系统比较，ZigBee无线传输技术可实现数据信息的无线双向传输，省去了布线的麻烦，而且ZigBee组网高效、快捷、简单。为了提高RFID系统的传输距离、灵活性及降低系统成本，结合ZigBee和RFID技术，设计了一种电子标签识别系统。系统测试表明：该系统具有成本低，灵活性高、传输距离远、低功耗等优点，拓展了ZigBee技术在无线RFID系统中的应用。

2 系统总体设计

系统硬件结构主要由5部分组成：有源电子标签、以nRF24LE1芯片为微处理器的主从射频模块、ZigBee终端节点、ZigBee协调器节点和PC上位机，图1所示为系统总体结构图。有源电子标签：记录了电子标签的ID号及其他物品数据信息；主从射频模块：即RFID读写器，负责识别处于天线辐射范围内的电子标签数据信息，并将接收到的电子标签信息通过串口传输给ZigBee终端节点，也可接收ZigBee终端节点传输过来的控制命令。主射频模块通过SPI接受从射频模块识别到的电子标签ID信息以实现双通道传输，具有更好的数据准确性及可靠性；ZigBee终端节点：将主从射频模块对电子标签识别到的数据信息通过无线方式发送给ZigBee协调器节点，同时ZigBee终端节点根据协调器传输过来的控制指令来控制主从射频模块，从而实现对电子标签相应的处理；协调器节点：将ZigBee终端节点发送过来的电子标签数据信息通过串口RS232传给上位机，把上位机的控制指令转发给ZigBee终端节点；PC上位机：有相应的应用软件，处理来自于ZigBee协调器节点的标签信息并且向ZigBee协调器节点发送控制信息。

3 系统硬件设计

3.1 系统主从射频模块电路设计

系统主从射频模块是RFID读写器的核心部分，通过串行口接收ZigBee终端节点从ZigBee协调器节点传输过来的上位机发出的控制指令，从而控制射频芯片与电子标签进行数据通信，完成对电子标签的读写。射频芯片负责无线信号的编码和解码、调制和解调；电子标签是系统的应用终端，装载着物体的数据信息及标签自身信息，从读写器天线发出的无线脉冲接收读写器所发出的控制信息，然后把电子标签的数据信息通过天线再返回给读写器，完成读写器对电子标签数据的读写。主从射频模块电路的设计，确保了读写器识别到的电子标签信息准确性及可靠性。射频模块电路采用nRF24LE1芯片，该芯片是Nordic公司推出的一款带增强型8051内核的无线收发芯片，可工作于2.4-2.5GHz的ISM频段，不需要任何信道的通信费用，用户无须申请频率使用许可证，方便用户应用与开发。最大空中传输速率为2Mbps，灵敏度为-94dBm，最大信号发射功率为0dBm。在理想状态下，室内传输距离可达30-40 m，室外传输距离可达100-200 m。工作电压为1.9～3.3V，极大地降低了系统的功耗。处理器能力、内存、低功耗晶振、实时实名、计数器、AEC加密加速器、随机数发生器和节电模式的组合为实现射频协议提供了理想的平台。对于应用层，nRF24LE1提供了丰富的外设，如SPI、IIC、UART、6至12位的ADC、PWM和一个用于电压等级系统唤醒的超低功耗模拟比较器。一个主SPI，一个从SPI，实现RFID系统双通道数据通信。nRF24LE1融合了Enhanced ShockBurst技术，其中通信频道、输出功率及自动重发次数等参数可通过编程设置。系统主从射频模块电路基本一样，可软件设定为主射频模块，如图2示射频电路硬件结构图。