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基于MLX90121多协议RFID 收发器的巡更管理系统设计
作者： 朱兵 奚慧婷 黎飞鸿 王蔚生
来源：华东师范大学电子系
日期：2007-06-20 17:23:20
摘要：本文基于RFID技术设计的巡更管理系统中,巡更点读卡器所使用的MLX90121芯片是一款能兼容多种协议标签的收发器,并通过接口(按键或计算机)进行协议模式的切换。遵循ISO／IEC 15693标准,工作频率为13.56MHz,此工作频率全球认可。
本文基于RFID技术设计的巡更管理系统中,巡更点读卡器所使用的MLX90121芯片是一款能兼容多种协议标签的收发器,并通过接口(按键或计算机)进行协议模式的切换。遵循ISO／IEC 15693标准,工作频率为13.56MHz,此工作频率全球认可。
系统设计
系统管理方案
电子巡更系统中的每条路线上有数量不等的巡更点,巡更点处设有读写器,巡更人员巡逻至该处,通过刷卡、按键等手段,将该处巡更信号或报警信号发送到中央控制平台。中央服务器利用数据库将巡更人员到达各巡更点时间、动作等信息记录到系统中,送至巡更管理终端机。巡更管理终端机定期生成巡检记录和考核结果。通过查阅巡更记录就可以对巡更质量进行考核。中央平台同时可使用对讲系统及时与巡更人员沟通。
系统构成
如图1所示,整个系统由电子标签、射频收发电路、MCU、显示和报警控制电路、RS-485、中央平台(服务器)以及巡更管理终端机等组成。电子标签采用TI公司的Tag-it HF-I应答器,存储巡更人员唯一ID编号。射频收发电路是以MLX90121多协议收发芯片为核心,遵循ISO／IEC 15693标准,模拟电路部分实现收发调制／解调,数字电路部分实现信息编／解码,+5V供电;MCU控制该系统运行,控制射频电路收发,实现显示和突发事件报警等外围电路控制,并通过RS-485接口电路连接总线,实现与中央平台服务器通信。
系统工作原理：电子标签进入读写器大线感应区,在收到读写器指令后被激活,同时发送内部存储有巡更人员ID编号的信息。读写器解码后,根据既定网络协议,送至中央平台。中央平台服务器上的数据库进行实时记录,同时将相应的控制命令返回读写器。
硬件组成
多协议读写器构成
高频段RFID系统工作原理是电磁场耦合,最大识别距离13cm。
如图2所示,多协议读写器的硬件构成：单片机ATmega16、MLX90121、读写器接口电路。天线的设计本文不作讨论。
电子标签
电子标签即巡更人员出勤巡更 时所持射频识别信息卡,内存有唯一ID编号和巡更人员工号等信息。当进入读写器识别范围时,卡上信息被读出。本系统电子标签采用TI公司的Tag-it,具体型号为RI-103-112A,该电子标签数据区为2048位,UID为64位;采用正方形螺旋PCB天线。
软件设计
通信协议
PC采用多收发器网络的RS-485总线方式。
图3中,MLX9012l将从标签中读到的信息取出后生成输入信号(input signal),经过大数判决(MV,majority voting)电路启动,在时钟(CK)上升沿开始由DOUT 口向MCU发送数据,发送时采取低位先送。在每个数据同步信号(DSYNC)下降沿取出数据。在最后一个DSYNC信号上升沿,CK信号拉低结束数据输出。
软件流程
如图4所示,渎写器按照Read_First(读卡器发起)协议以低位先送方式将请求数据发给应答器,当应答器进入读写器识别范围时接收到数据,并按照应答协议格式发送数据给读写器,完成一次操作。系统软件部分运用Delphi5.0+Oracle数据库来实现。Delphi结合了VC功能强大和VB简单易学的特点,基于面向对象的框架结构,编译速度快、运用灵活。后台数据库选用界面直观的Orcale数据库,支持对数据量有一定要求的系统。
巡更人员的基本资料和执勤记录由orcale数据库管理。整个数据库管理系统采用Delphi5.0来设计,主要包括可视化的图形界面、灵活的数据库访问以及串口通信编程。在数据库中需要对巡更人员基本资料表、巡更人员执勤安排表和巡更人员工作记录表进行设计。当读卡器读到ID编号后,MCU通过RS-485串口与中央平台服务器通信,然后ID编弓在数据库中被查询,若找到匹配的人员信息,则定时定点添加巡更人员的工作记录,否则提示出错,并记录日志。数据库管理系统必须和读写器实现实时、准确的通信,才能确保系统可靠的运行。
系统的测试与分析
测试中只能用实验手段对实际状况进行相应的模拟。可用若干电子标签多次、不同角度进人读写器识别范围模拟不同巡更人员在不同地点刷卡的情况,按键报警等可用LED模拟。测试系统可基本完成预想功能。整个系统有待提高之处如下：首先,通过软件编程可优化巡更路线,最大程度减少人员开支,提高管理效率;另外,通过系统扩展,很容易实现门禁、考勤、POS机消费、电梯管理、停车管理、餐饮管理等功能,真正实现智能"一卡通"。
结语
电子巡更管理系统基于RFID 技术,以射频收发模块MLX90121多协议RFID收发器芯片和高性能单片机为核心的没计可用于公司、工厂、仓库、小区等区域的巡查工作,可实现巡更人员巡逻信息的记录、巡更突发事件及结果统计、巡更人员巡逻情况统计报表等功能。
系统设计
系统管理方案
电子巡更系统中的每条路线上有数量不等的巡更点,巡更点处设有读写器,巡更人员巡逻至该处,通过刷卡、按键等手段,将该处巡更信号或报警信号发送到中央控制平台。中央服务器利用数据库将巡更人员到达各巡更点时间、动作等信息记录到系统中,送至巡更管理终端机。巡更管理终端机定期生成巡检记录和考核结果。通过查阅巡更记录就可以对巡更质量进行考核。中央平台同时可使用对讲系统及时与巡更人员沟通。
系统构成
如图1所示,整个系统由电子标签、射频收发电路、MCU、显示和报警控制电路、RS-485、中央平台(服务器)以及巡更管理终端机等组成。电子标签采用TI公司的Tag-it HF-I应答器,存储巡更人员唯一ID编号。射频收发电路是以MLX90121多协议收发芯片为核心,遵循ISO／IEC 15693标准,模拟电路部分实现收发调制／解调,数字电路部分实现信息编／解码,+5V供电;MCU控制该系统运行,控制射频电路收发,实现显示和突发事件报警等外围电路控制,并通过RS-485接口电路连接总线,实现与中央平台服务器通信。
系统工作原理：电子标签进入读写器大线感应区,在收到读写器指令后被激活,同时发送内部存储有巡更人员ID编号的信息。读写器解码后,根据既定网络协议,送至中央平台。中央平台服务器上的数据库进行实时记录,同时将相应的控制命令返回读写器。
硬件组成
多协议读写器构成
高频段RFID系统工作原理是电磁场耦合,最大识别距离13cm。
如图2所示,多协议读写器的硬件构成：单片机ATmega16、MLX90121、读写器接口电路。天线的设计本文不作讨论。
电子标签
电子标签即巡更人员出勤巡更 时所持射频识别信息卡,内存有唯一ID编号和巡更人员工号等信息。当进入读写器识别范围时,卡上信息被读出。本系统电子标签采用TI公司的Tag-it,具体型号为RI-103-112A,该电子标签数据区为2048位,UID为64位;采用正方形螺旋PCB天线。
软件设计
通信协议
PC采用多收发器网络的RS-485总线方式。
图3中,MLX9012l将从标签中读到的信息取出后生成输入信号(input signal),经过大数判决(MV,majority voting)电路启动,在时钟(CK)上升沿开始由DOUT 口向MCU发送数据,发送时采取低位先送。在每个数据同步信号(DSYNC)下降沿取出数据。在最后一个DSYNC信号上升沿,CK信号拉低结束数据输出。
软件流程
如图4所示,渎写器按照Read_First(读卡器发起)协议以低位先送方式将请求数据发给应答器,当应答器进入读写器识别范围时接收到数据,并按照应答协议格式发送数据给读写器,完成一次操作。系统软件部分运用Delphi5.0+Oracle数据库来实现。Delphi结合了VC功能强大和VB简单易学的特点,基于面向对象的框架结构,编译速度快、运用灵活。后台数据库选用界面直观的Orcale数据库,支持对数据量有一定要求的系统。
巡更人员的基本资料和执勤记录由orcale数据库管理。整个数据库管理系统采用Delphi5.0来设计,主要包括可视化的图形界面、灵活的数据库访问以及串口通信编程。在数据库中需要对巡更人员基本资料表、巡更人员执勤安排表和巡更人员工作记录表进行设计。当读卡器读到ID编号后,MCU通过RS-485串口与中央平台服务器通信,然后ID编弓在数据库中被查询,若找到匹配的人员信息,则定时定点添加巡更人员的工作记录,否则提示出错,并记录日志。数据库管理系统必须和读写器实现实时、准确的通信,才能确保系统可靠的运行。
系统的测试与分析
测试中只能用实验手段对实际状况进行相应的模拟。可用若干电子标签多次、不同角度进人读写器识别范围模拟不同巡更人员在不同地点刷卡的情况,按键报警等可用LED模拟。测试系统可基本完成预想功能。整个系统有待提高之处如下：首先,通过软件编程可优化巡更路线,最大程度减少人员开支,提高管理效率;另外,通过系统扩展,很容易实现门禁、考勤、POS机消费、电梯管理、停车管理、餐饮管理等功能,真正实现智能"一卡通"。
结语
电子巡更管理系统基于RFID 技术,以射频收发模块MLX90121多协议RFID收发器芯片和高性能单片机为核心的没计可用于公司、工厂、仓库、小区等区域的巡查工作,可实现巡更人员巡逻信息的记录、巡更突发事件及结果统计、巡更人员巡逻情况统计报表等功能。
