ARM与ZigBee结合的分布式RFID信息采集研究

论文摘要

射频识别(RFID)是一门新兴的自动识别技术,由于其具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等技术特点,正受到学术界和工业界的广泛关注。基于RFID的应用系统中,信息采集与处理是其重要的组成部分。近年来,针对RFID信息采集与处理的研究已取得了一定的进展,但现有方案仍然存在制约着RFID技术广泛用的功耗、成本问题。嵌入式设备功耗低、性价比高、环境适应能力强,目前中高端嵌入式处理器的处理能力已经达到了低端PC的水平。无线通信技术相对于传统有线方式具有无需布线、灵活性强等优点。目前,嵌入式技术和无线通信技术日渐成熟,已经在工业控制、数据采集等领域有不少成功应用。本文拟充分利用嵌入式设备和无线通信技术的这些优点,为解决传统RFID信息采集方案中存在的功耗、成本等问题提供一种新的途径。论文在对RFID信息采集原理进行分析的基础上,引入嵌入式技术和ZigBee无线通信技术,提出一套ARM和ZigBee结合的分布式RFID信息采集方案,详细阐述了方案的体系结构,并讨论了方案的技术特色。在此基础上,重点研究了嵌入式RFID信息采集节点和嵌入式RFID前端中间件两个关键技术。针对嵌入式RFID信息采集节点的设计,从RFID信息处理对嵌入式RFID信息采集节点的需求分析入手,研究并提出了信息采集节点的系统架构,给出了信息采集节点的软硬件平台构建方案;在此基础上,详细讨论了节点的硬件电路设计以及系统软件平台搭建的关键技术,最后,实现了RFID信息采集节点的设计,并给出了利用ZigBee技术构建分布式RFID信息采集网络的方法。针对嵌入式RFID前端中间件的研究与设计,论述了研究嵌入式RFID前端中间件的必要性,给出了嵌入式RFID前端中间件的软件结构,并对嵌入式RFID前端中间件系统各模块的功能与实现进行了深入的分析。针对冗余数据过滤问题,建立了一种基于过滤器的嵌入式RFID前端中间件数据过滤模型。实验结果表明该模型能够适用于硬件资源受限,实时性、准确性要求较高而数据量大的嵌入式RFID前端中间件,能够最大限度地的减少冗余数据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 RFID 技术及特点
• 1.1.2 RFID 应用概述
• 1.1.3 RFID 信息采集中存在的问题
• 1.1.4 嵌入式系统在信息采集中的应用
• 1.1.5 ZigBee 技术概述
• 1.2 课题的提出及研究意义
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文结构
• 1.5 小结
• 2 RFID 系统组成及其信息采集原理
• 2.1 RFID 系统组成
• 2.1.1 RFID 系统的基本组成
• 2.1.2 射频标签
• 2.1.3 读写器
• 2.1.4 信息管理系统
• 2.2 RFID 信息采集原理
• 2.2.1 RFID 信息采集流程
• 2.2.2 读写器信息采集工作原理
• 2.2.3 RFID 信息采集中间件
• 2.3 小结
• 3 ARM 与 ZigBee结合的分布式RFID信息采集方案
• 3.1 传统的RFID信息采集方案
• 3.1.1 集中式RFID信息采集方案
• 3.1.2 分布式RFID信息采集方案
• 3.2 ARM 与 ZigBee 结合的分布式 RFID 信息采集方案
• 3.2.1 方案的提出
• 3.2.2 方案的体系结构
• 3.2.3 方案的特色
• 3.2.4 方案的关键
• 3.3 小结
• 4 一种嵌入式 RFID 信息采集节点的设计
• 4.1 嵌入式RFID 信息采集节点架构研究
• 4.1.1 需求分析
• 4.1.2 嵌入式RFID 信息采集节点架构方案
• 4.1.3 嵌入式RFID 信息采集节点架构的优点
• 4.2 嵌入式RFID 信息采集节点的硬件设计
• 4.2.1 嵌入式微处理器选型
• 4.2.2 ARM 处理平台硬件结构设计
• 4.2.3 核心处理模块设计
• 4.2.4 外围电路设计
• 4.2.5 ZigBee 无线通信模块设计
• 4.2.6 嵌入式RFID 信息采集节点的硬件实现
• 4.3 嵌入式RFID 信息采集节点软件平台方案研究
• 4.3.1 操作系统内核方案研究
• 4.3.2 嵌入式GUI 实现技术
• 4.3.3 ARM 嵌入式软件平台设计要点
• 4.4 ZigBee 网络的软件设计
• 4.4.1 ZStack 协议栈结构与移植
• 4.4.2 ZigBee 树形组网软件设计
• 4.4.3 ZigBee 组网测试
• 4.5 本章小结
• 5 嵌入式 RFID 前端中间件的研究与设计
• 5.1 嵌入式RFID 前端中间件
• 5.1.1 嵌入式RFID 前端中间件的应用需求
• 5.1.2 嵌入式RFID 前端中间件研究的必要性
• 5.2 嵌入式RFID 前端中间件软件结构
• 5.2.1 系统软件结构
• 5.2.2 实现的关键技术
• 5.3 一种嵌入式RFID 前端中间件数据过滤模型
• 5.3.1 过滤模型系统架构
• 5.3.2 数据过滤模块分析
• 5.3.3 过滤器规则设计
• 5.3.4 数据过滤模块实现流程
• 5.3.5 实验数据分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录