基于RFID技术和Zigbee技术的跟踪定位系统设计

盛震男++李晖

摘 要

利用RFID技术能够识别物体的位置及特征，但传统RFID系统收集多点信息时会存在浪费等不足。利用Zigbee的节点多跳功能可以很好解决这一问题。故本文将两种技术结合起来，提出了一种基于RFID和 Zigbee技术的跟踪定位系统，重点介绍了系统的整体框架和硬件电路设计。

【关键词】RFID技术 Zigbee技术 定位系统

RFID技术（Radio Frequency Identification，射频识别技术）是一种新式的 非接触型识别技术，工作原理为利用射频信号的空间融合或反射的传输特性达到无接触信息传递目的，并通过分析接收信息完成对物体的自动识别。一个RFID系统大多数情况下包含标签和阅读器两大部分，同条形码技术相比，RFID技术具有数据存储量大，使用寿命长，防水耐高温等优点，能够一次处理多个标签，还可以对附有RFID标签的物体进行跟踪定位。

随着物联网的迅速发展，RFID和无线传感网络具有越来越广阔的使用前景。Zigbee技术的传感器网络具有成本低、功耗好、灵活性高等一系列优势，而且由于其体积小，方便嵌入各种不同设备。Zigbee无线传感网络由许多传感器节点组成，用于控制数据的采集和发送。在充分考虑成本及通用性因素下，将RFID技术和Zigbee技术两者优点相结合，在RFID阅读器中嵌入Zigbee模块，提出一种基于RFID技术和Zigbee技术的跟踪定位系统。

1 系统平台的总体设计

本系统主要由PC机、RFID读卡器和Zigbee无线网络模块三部分组成，如图1所示。PC机用于控制和管理系统的整体运行，主要负责系统采集数据的处理及显示功能；RFID读卡器可以读取标签中的信息，通过Zigbee传感器可以实现RFID模块与PC机之间进行数据通信。

2 Zigbee节点硬件设计

Zigbee无线通信的射频模块采用CC2530射频芯片，将其外围配置于MSP430F2618单片机中，主要控制数据的采集和发送传感器节点的控制指令，具有很强的数据处理速度和处理能力，适用于跟踪定位系统。

3 基站硬件设计

基站负责在定位时接收PC机发送的信号并调制成射频信号向外发送，其整体结构由Zigbee模块和RFID Reader两部分构成，其中RFID模块由PIC16F887微控制器和外围电路构成，相互之间通过RX/TX进行数据传输。Zigbee模块也可以作为参考节点将自身的坐标值发送给盲节点。

基站的工作原理为：PC机传输指令，网关将接收到的信息发送到基站中的Zigbee模块中，该模块通过RX/TX将信息传输给PIC16F887微控制器进行处理，微控制器芯片产生激励信号并通过放大驱动器向外发送信号。当贴有RFID标签物体通过该范围时，微控制器通过片选信号CS将数据发送给标签模块。Zigbee模块既可以进行数据传输，也可以作为参考节点。

4 标签硬件设计

与条形码不同，RFID电子标签不仅可以收集、修改数据信息，还可以采集物体的动态信息并进行监测。电子标签结构由RFID Tag模块和Zigbee模块两部分组成，其中RFID部分由 AS3933芯片和相应外围电路组成 ，Zigbee部分由射频芯片CC2530和外围匹配电路构成。CC2530和AS3933之间通过SPI接口进行配置。

当RFID Tag模块接收到基站发送的激励信号时，将信号送往AS3933芯片进行解调处理，通过解码后配置SPI相应寄存器设置，Zigbee模块中的CC2530将AS3933中的数据读取并打包，通过天线将其发送至上位PC机进行处理。

5 系统定位流程

目前，室内定位大致分为两种技术，即基于测距技术和非测距技术。基于测距技术具有相对较高的数据精度，但其稳定性较差，易受到路径及噪声等不利因素的干扰；而基于RSSI的非测距距离估计技术，定位数据可由传感器节点的自身测量获取，是较为常用的无线传感网络测距方法，基于RSSI算法，采用RFID和Zigbee技术相融合的设计，能够有效完成物体的跟踪定位。

系统定位的具体流程为：系统首先对无线网络的参考节点及盲节点配置相应参数，同时盲节点检测网关是否发出定位数据。若检测到定位请求，盲节点便开始发射一系列RSSI信号，这时参考节点接收并保存RSSI值，直到盲节点在规定的时间内配置结束后，每个接收到该信号的参考节点计算其RSSI值，并与之前保存的RSSI值求和计算出平均值，计算完成后参考节点向盲节点发送自身的坐标和RSSI值，盲节点在接收到参数值后，依据相应算法计算出本身的坐标值并传送给网关节点，最终网关节点经串口连接把数据传送至PC机，得到被测物体的跟踪定位数据。

6 总结

本文对系统的硬件部分做了介绍，并表述了系统工作的具体流程，具有一定的应用价值。

参考文献

[1]吴伶，沈岳，傅自钢.基于射频识别和无线传感器网络技术的教学互动系统设计[J].湖南农业大学学报，201031（1）：106-108.

作者单位

沈阳工业大学信息学院 辽宁省沈阳市 110870endprint

摘 要

利用RFID技术能够识别物体的位置及特征，但传统RFID系统收集多点信息时会存在浪费等不足。利用Zigbee的节点多跳功能可以很好解决这一问题。故本文将两种技术结合起来，提出了一种基于RFID和 Zigbee技术的跟踪定位系统，重点介绍了系统的整体框架和硬件电路设计。

【关键词】RFID技术 Zigbee技术 定位系统

RFID技术（Radio Frequency Identification，射频识别技术）是一种新式的 非接触型识别技术，工作原理为利用射频信号的空间融合或反射的传输特性达到无接触信息传递目的，并通过分析接收信息完成对物体的自动识别。一个RFID系统大多数情况下包含标签和阅读器两大部分，同条形码技术相比，RFID技术具有数据存储量大，使用寿命长，防水耐高温等优点，能够一次处理多个标签，还可以对附有RFID标签的物体进行跟踪定位。

随着物联网的迅速发展，RFID和无线传感网络具有越来越广阔的使用前景。Zigbee技术的传感器网络具有成本低、功耗好、灵活性高等一系列优势，而且由于其体积小，方便嵌入各种不同设备。Zigbee无线传感网络由许多传感器节点组成，用于控制数据的采集和发送。在充分考虑成本及通用性因素下，将RFID技术和Zigbee技术两者优点相结合，在RFID阅读器中嵌入Zigbee模块，提出一种基于RFID技术和Zigbee技术的跟踪定位系统。

1 系统平台的总体设计

本系统主要由PC机、RFID读卡器和Zigbee无线网络模块三部分组成，如图1所示。PC机用于控制和管理系统的整体运行，主要负责系统采集数据的处理及显示功能；RFID读卡器可以读取标签中的信息，通过Zigbee传感器可以实现RFID模块与PC机之间进行数据通信。

2 Zigbee节点硬件设计

Zigbee无线通信的射频模块采用CC2530射频芯片，将其外围配置于MSP430F2618单片机中，主要控制数据的采集和发送传感器节点的控制指令，具有很强的数据处理速度和处理能力，适用于跟踪定位系统。

3 基站硬件设计

基站负责在定位时接收PC机发送的信号并调制成射频信号向外发送，其整体结构由Zigbee模块和RFID Reader两部分构成，其中RFID模块由PIC16F887微控制器和外围电路构成，相互之间通过RX/TX进行数据传输。Zigbee模块也可以作为参考节点将自身的坐标值发送给盲节点。

基站的工作原理为：PC机传输指令，网关将接收到的信息发送到基站中的Zigbee模块中，该模块通过RX/TX将信息传输给PIC16F887微控制器进行处理，微控制器芯片产生激励信号并通过放大驱动器向外发送信号。当贴有RFID标签物体通过该范围时，微控制器通过片选信号CS将数据发送给标签模块。Zigbee模块既可以进行数据传输，也可以作为参考节点。

4 标签硬件设计

与条形码不同，RFID电子标签不仅可以收集、修改数据信息，还可以采集物体的动态信息并进行监测。电子标签结构由RFID Tag模块和Zigbee模块两部分组成，其中RFID部分由 AS3933芯片和相应外围电路组成 ，Zigbee部分由射频芯片CC2530和外围匹配电路构成。CC2530和AS3933之间通过SPI接口进行配置。

当RFID Tag模块接收到基站发送的激励信号时，将信号送往AS3933芯片进行解调处理，通过解码后配置SPI相应寄存器设置，Zigbee模块中的CC2530将AS3933中的数据读取并打包，通过天线将其发送至上位PC机进行处理。

5 系统定位流程

目前，室内定位大致分为两种技术，即基于测距技术和非测距技术。基于测距技术具有相对较高的数据精度，但其稳定性较差，易受到路径及噪声等不利因素的干扰；而基于RSSI的非测距距离估计技术，定位数据可由传感器节点的自身测量获取，是较为常用的无线传感网络测距方法，基于RSSI算法，采用RFID和Zigbee技术相融合的设计，能够有效完成物体的跟踪定位。

系统定位的具体流程为：系统首先对无线网络的参考节点及盲节点配置相应参数，同时盲节点检测网关是否发出定位数据。若检测到定位请求，盲节点便开始发射一系列RSSI信号，这时参考节点接收并保存RSSI值，直到盲节点在规定的时间内配置结束后，每个接收到该信号的参考节点计算其RSSI值，并与之前保存的RSSI值求和计算出平均值，计算完成后参考节点向盲节点发送自身的坐标和RSSI值，盲节点在接收到参数值后，依据相应算法计算出本身的坐标值并传送给网关节点，最终网关节点经串口连接把数据传送至PC机，得到被测物体的跟踪定位数据。

6 总结

本文对系统的硬件部分做了介绍，并表述了系统工作的具体流程，具有一定的应用价值。

参考文献

[1]吴伶，沈岳，傅自钢.基于射频识别和无线传感器网络技术的教学互动系统设计[J].湖南农业大学学报，201031（1）：106-108.

作者单位

沈阳工业大学信息学院 辽宁省沈阳市 110870endprint

摘 要

利用RFID技术能够识别物体的位置及特征，但传统RFID系统收集多点信息时会存在浪费等不足。利用Zigbee的节点多跳功能可以很好解决这一问题。故本文将两种技术结合起来，提出了一种基于RFID和 Zigbee技术的跟踪定位系统，重点介绍了系统的整体框架和硬件电路设计。

【关键词】RFID技术 Zigbee技术 定位系统

RFID技术（Radio Frequency Identification，射频识别技术）是一种新式的 非接触型识别技术，工作原理为利用射频信号的空间融合或反射的传输特性达到无接触信息传递目的，并通过分析接收信息完成对物体的自动识别。一个RFID系统大多数情况下包含标签和阅读器两大部分，同条形码技术相比，RFID技术具有数据存储量大，使用寿命长，防水耐高温等优点，能够一次处理多个标签，还可以对附有RFID标签的物体进行跟踪定位。

随着物联网的迅速发展，RFID和无线传感网络具有越来越广阔的使用前景。Zigbee技术的传感器网络具有成本低、功耗好、灵活性高等一系列优势，而且由于其体积小，方便嵌入各种不同设备。Zigbee无线传感网络由许多传感器节点组成，用于控制数据的采集和发送。在充分考虑成本及通用性因素下，将RFID技术和Zigbee技术两者优点相结合，在RFID阅读器中嵌入Zigbee模块，提出一种基于RFID技术和Zigbee技术的跟踪定位系统。

1 系统平台的总体设计

本系统主要由PC机、RFID读卡器和Zigbee无线网络模块三部分组成，如图1所示。PC机用于控制和管理系统的整体运行，主要负责系统采集数据的处理及显示功能；RFID读卡器可以读取标签中的信息，通过Zigbee传感器可以实现RFID模块与PC机之间进行数据通信。

2 Zigbee节点硬件设计

Zigbee无线通信的射频模块采用CC2530射频芯片，将其外围配置于MSP430F2618单片机中，主要控制数据的采集和发送传感器节点的控制指令，具有很强的数据处理速度和处理能力，适用于跟踪定位系统。

3 基站硬件设计

基站负责在定位时接收PC机发送的信号并调制成射频信号向外发送，其整体结构由Zigbee模块和RFID Reader两部分构成，其中RFID模块由PIC16F887微控制器和外围电路构成，相互之间通过RX/TX进行数据传输。Zigbee模块也可以作为参考节点将自身的坐标值发送给盲节点。

基站的工作原理为：PC机传输指令，网关将接收到的信息发送到基站中的Zigbee模块中，该模块通过RX/TX将信息传输给PIC16F887微控制器进行处理，微控制器芯片产生激励信号并通过放大驱动器向外发送信号。当贴有RFID标签物体通过该范围时，微控制器通过片选信号CS将数据发送给标签模块。Zigbee模块既可以进行数据传输，也可以作为参考节点。

4 标签硬件设计

与条形码不同，RFID电子标签不仅可以收集、修改数据信息，还可以采集物体的动态信息并进行监测。电子标签结构由RFID Tag模块和Zigbee模块两部分组成，其中RFID部分由 AS3933芯片和相应外围电路组成 ，Zigbee部分由射频芯片CC2530和外围匹配电路构成。CC2530和AS3933之间通过SPI接口进行配置。

当RFID Tag模块接收到基站发送的激励信号时，将信号送往AS3933芯片进行解调处理，通过解码后配置SPI相应寄存器设置，Zigbee模块中的CC2530将AS3933中的数据读取并打包，通过天线将其发送至上位PC机进行处理。

5 系统定位流程

目前，室内定位大致分为两种技术，即基于测距技术和非测距技术。基于测距技术具有相对较高的数据精度，但其稳定性较差，易受到路径及噪声等不利因素的干扰；而基于RSSI的非测距距离估计技术，定位数据可由传感器节点的自身测量获取，是较为常用的无线传感网络测距方法，基于RSSI算法，采用RFID和Zigbee技术相融合的设计，能够有效完成物体的跟踪定位。

系统定位的具体流程为：系统首先对无线网络的参考节点及盲节点配置相应参数，同时盲节点检测网关是否发出定位数据。若检测到定位请求，盲节点便开始发射一系列RSSI信号，这时参考节点接收并保存RSSI值，直到盲节点在规定的时间内配置结束后，每个接收到该信号的参考节点计算其RSSI值，并与之前保存的RSSI值求和计算出平均值，计算完成后参考节点向盲节点发送自身的坐标和RSSI值，盲节点在接收到参数值后，依据相应算法计算出本身的坐标值并传送给网关节点，最终网关节点经串口连接把数据传送至PC机，得到被测物体的跟踪定位数据。

6 总结

本文对系统的硬件部分做了介绍，并表述了系统工作的具体流程，具有一定的应用价值。

参考文献

[1]吴伶，沈岳，傅自钢.基于射频识别和无线传感器网络技术的教学互动系统设计[J].湖南农业大学学报，201031（1）：106-108.

作者单位

沈阳工业大学信息学院 辽宁省沈阳市 110870endprint