射频识别数据在电力线中传输方式的研究

彭灿明

（罗定职业技术学院电子信息系，广东 罗定527200）

射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）在物流、物联网方面有着重要的用途，目前并没有得以广泛应用，其主要原因是RFID在电力线中的传输方式存在一定的问题［1－2］.

1 射频识别信号在电力线中信息传输原理设计

射频识别卡是将个人信息存储在卡内，使用时将卡片贴在刷卡机供其读取.射频识别卡在很多场合都有应用，如食堂的饭卡、公交卡等.但如果将卡与刷卡机间隔有0.05m以上的距离，很容易出现读卡信息失灵的现象.电力线传输的距离就大得多，因此可以在设备上装载射频识别仪器，将射频识别仪器读取的参数通过电力线传输就可以解决距离短的问题.借助电力网络传输系统，就可以实现对大型设备的远程监控.而很多重大型设备如医院的CT、DR、MR、LX等医疗设备，以及煤矿开采中的钻探机械设备等［3－4］，如果出现有人未经允许私自挪为他用等违规行为，那么监控这些设备，使之能被妥善管理，就显得十分必要.

电力线已经布局成一张电力网了，电力载波技术也已经得到了研究应用，射频识别数据经计算机技术处理，将采集到的射频识别信号转换为电力线能识别的电力载波信号，经电力线传输至计算机信息监控端，就可以对医疗设备进行监控管理了.其设计框架图如图1所示.

图1 射频识别信号在电力线中信息传输框架图

图中，单片机系统应该具有将射频信号转换为电力线所识别的信号，同时也能将电力线上的有用信号转换为计算机监控端能识别的信号的功能，因此单片机系统为射频识别数据在电力线中传输方式的研究重点内容.单片机系统设计框架如图2所示.

图2 单片机系统设计通信原理图

单片机系统由现场单元、通信接口、微控制器、信号解调电路、电力线接口等部件构成.现场单元能将射频识别的RFID数据进行模数转换传输至通信接口，通信接口收到数据后根据微控制器的时钟信号，对RFID数据进行调制解调，将信号解码成电力载波信号，再经电力线的接口电路由电力线传输至微机监控中心端.在微机监控中心处有一套反解码的设备，能将电力线上的电力载波信号经信号解调和微控制器的解码处理后，由通信接口，将信号转换成二进制数据，传输到计算机的监控中心.微机监控中心通过对所获得的数据进行分析，即可判断出射频识别端仪器的运行状况，从而达到监控重大仪器的目的.

在大型设备身上装有射频识别仪器，利用该仪器监测设备的运行参数，如是否开启、是否发生移位、偏移距离是多少等参数；如果设备在运行，则运行的电压、功率、电流、运行时间、设备本身温度、所处环境的压力、湿度等环境等参数.通过射频识别设备上面的传感器以及相关电子元器件，所感测得到的数据，利用电力载波技术，通过电力线传输至相应接口电路设备中，最终传输至监控中心的微机中.监控人员通过计算机软件，分析和处理微机中的数据，即可得知设备的运行状态，达到监控设备的目的.

监控系统通过电力载波解决数据通信问题.三相电力线之间采用专用网桥，以解决三相之间和跨变压器数据通信问题.这里采用低压电力线载波通信方式.数据采集模块解决设备状态检测，网络数据库管理完成信息监控和调度管理等.

数据由RFID系统采集经现场单元发出至通信接口模块，存入微控制器处理中的一段缓冲区内，再经编码处理后进行通信调制，最后耦合到电力线上.在电力线的另一端，数据经解耦后从电力线上接收下来再解调到微控制器中，最后经通信接口到从通信设备中.在整个系统中，微控制器是系统的核心，其负责整个系统中各任务的协调与调度［5］.电力线接口主要起耦合、隔离、滤波与保护的功能.

2 在重大设备监控中的应用

根据前面研究思路设计了一套针对重大设备的监控系统，其设备本身的RFID数据监测仪器设计如图3所示.

图3 设备自身的RFID数据监测采集模块框架图

在重大设备仪器身上贴有RFID电子标签，该标签里面嵌有设备的型号、购买时间、额度功率、使用环境、使用场所等重要参数.该数据都存储在存储器中，由控制器对这些数据进行控制，将这些数据利用RFID的线圈接口电路和无线收／发线圈等传输至RFID数据采集终端的无线收／发模块中.通过线圈接收信号，可以将电子标签与RFID数据采集终端之间的距离间隔至20m的范围，远大于先前普通射频识别卡0.05m的有效距离.

RFID数据采集终端通过无线接收端接收到电子标签中的数据，传输给射频芯片的控制器；控制器通过主控模块来判断分析所得数据，同时主控模块也能向射频芯片控制器发送指令，将指令中包含的信息通过无线收发线圈，将信号传输至电子标签的存储器中.与主控模块相连的还有液晶显示屏和键盘操作模块，以及信号调制模块.液晶显示屏是用于显示相关参数的输出端口，键盘操作模块为用户提供输入端口，操控人员可以通过键盘往主控模块中输入数据，用以控制相关部件.信号调制模块可以将主控模块中的数据，经过信号调制成二进制数据，传输至单片机系统，再由单片机系统对信号进行加工处理.

将图3所设计的RFID数据监测采集模块装载在某煤矿钻机中.当钻机运行时，数据被采集后经单片机系统处理成电力载波信号，由电力线传输至地面的微机监控中心，处在监控中心的管理人员即能准确掌握钻机的运行状态［6］.

3 结束语

以前对设备的监控需要视频技术，得重新安装一套视频监控设备，且视频网络铺设繁杂.通过改进的射频识别仪器，利用计算机硬件技术，设计单片机通信系统，将射频识别数据转换成电力载波信号，经由电力线传输至计算机监控中心，达到对重大设备的监控，这解决了射频识别与电力载波之间的数据传输问题，且为重大型设备的监控提出了一种新的思路.利用电力导线的网络来传输数据，节约了视频网络的铺设费用，且电力线铺设方便、快捷，大大节省了人力、财力.

［1］彭灿明.基于传感器和电力载波通讯的煤矿生产监控系统设计［J］.煤炭工程，2012（12）：132－134.

［2］詹圣红.电力线载波技术在设施监测系统中的应用［D］.上海：上海交通大学，2008（22）：58－61.

［3］刘明周，王 强，葛茂根，等.基于射频识别的装配过程监控体系研究［J］.合肥工业大学学报（自然科学版），2012（9）：45－47.

［4］吴丽萍.面向无线射频识别技术的中量级加密通信协议［J］.杭州电子科技大学学报，2012（1）：57－60.

［5］魏国珩，张焕国.AES的轻量优化及其在射频识别标签中的应用［J］.武汉大学学报（理学版），2012（6）：78－81.

［6］张兢，李成勇，王 猛.基于射频识别技术的多目标识别防碰撞算法［J］.重庆理工大学学报（自然科学），2012（9）：58－61.