基于CC2500的种子RFID无线识别系统设计

2011-03-16曹婧华冉彦中许志军

长春理工大学学报（自然科学版） 2011年2期

曹婧华，冉彦中，许志军

(吉林大学和平校区计算机教研室，长春 130062)

作物种子的识别与示踪方目前仍停留在翻查手工编制档案卡片方式上，人工记录种子各种信息，将记载信息的卡片置于袋中或贴在箱子上，时间久了数据易丢失。随着年份增多而保存的种子也增多，如何快速准确识别出各类种子以及种子名称、品种、产地、批次、施用农药、生产者等各种信息的问题显得日益突出。采用RFID无线识别系统还可以对种子的生产、加工、运输、贮藏、包装、检验和卫生等各个环节实施全程监控，RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别(电子标签)，是一种简单的无线系统，由一个控制器(阅读器)和电子标签以及计算机组成。

1 RFID无线识别系统组成

RFID无线识别系统由种子电子标签、控制器、计算机种子管理系统三部分组成。

图1 种子RFID无线识别系统Fig.1 Seed identification system based on RFID wireless

无线识别系统工作原理是：种子标签进入磁场后，阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号；读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理，系统组成如图1所示。

电子标签是用来存储需要识别和传输的种子信息，每个电子标签具有唯一的电子编码，标签中含有内置天线，用于和射频天线进行通信，它存储的信息可以被射频控制器通过非接触方式读/写获取。在本系统中种子标签钉在种子袋、种子箱上。

控制器主要由天线、无线收发模块CC2500、控制模块Msp430、电源、接口电路等组成，是负责读取或写入标签信息的设备，它可以单独完成数据的读写、处理等功能，也可以与计算机完成对种子电子标签的操作。

种子管理系统计算机通过Max232串行口与控制器连接，主要完成数据信息的存储、管理、分析，采用SQL-server数据库作为后台数据库。

2 种子无线识别系统硬件电路设计

种子电子标签和控制器的无线收发模块均采用TI公司 CC2500无线收发器芯片，是一款单片2.4GHz射频收发芯片，适合于低成本超低功耗的无线应用，电路设定为2400-2483.5MHz SRD(短距离设备)频率波段。支持多种调制方式，包括FSK、GFSK、OOK和MSK，RF收发器集成了一个数据传输率可达500kbps的高度可配置的调制解调器。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项，能使性能得到提升。CC2500为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、空闲信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。CC2500的主要操作参数和64位传输/接收FIFO(先进先出堆栈)可通过SPI接口控制，如图2所示。

图2 CC2500无线收发电路Fig.2 CC2500 wireless transceiver circuit

控制器采用MSP430F，是TI公司生产的一种超低功耗的混合信号芯片。MSP430单片机内嵌入了硬件 SPI模块，可以很方便地与无线收发芯片CC2500进行SPI同步通信。SPI同步通信是指通信双方共用一个时钟进行数据的传送，发送方发送速率与接收方接收速率完全相同，并且数据的高位先传输。将 MSP430设为主机，CC2500为从机，在主机模式下，通信引脚的定义如下：UCXSIMO，主机模式，数据输出线；UCXSIMI，数据输入线；UCXCLK，时钟输出线；一条用于片选 CC2500；一条CC2500的信号输出线GDOX，用于产生中断信号，通知 MSP430F进行无线数据的收发。CC2500与MSP430连接如图3所示。

图3 SPI接口连接Fig.3 SPI interface

3 种子无线识别系统SPI通信软件设计

通信建立过程：开始所有通信模块都处于接受状态，守候在一个公共的信道上，当某一通信器A发起请求时，先在信道上发送一帧报文数据，另一通信器B接收后，按预定义帧格式与自己的ID号进行比较，如果通信器 B的 ID号与之匹配，则cc2500自动继续接收完整帧数据，否则接受流程通信器B不再进行后续数据的接收，其流程如下。

(1)初始化SPI，MCU各引脚

当有数据接收或发送时，可以采用中断或查询两种方式，芯片GdO0与GDO2引脚输出至Msp430各引脚，若要用中断则要接至Msp430外部中断引脚，查询时则可用通用的I/O口，使用中断引脚，只要在数据包需要发射或接受时，才唤醒Msp430，实现低工耗。

(2)复位CC2500

(3)初始化CC2500，各个寄存器设置，写操作时可以从SO中读出CC2500的状态，初始化后，CC2500为空闲状态，可以将CC2500设为不同的状态。

(4)状态机转换，读/写 FIFO 数据。收发数据可以通过GPO0引脚产生中断，依据不同情况处理。

其通信过程主要包括无线数据发送和接收两部分，简化说明仅列出部分c语言编写的部分代码，CC2500数据包接收函数，数据包发送函数等。

(1)CC2500数据包接收函数

4 计算机种子资源管理系统设计

每个种子包装上都有RFID标签，通过标签鉴定种子来源，利用读写器在仓库中迅速找到该产品。把各种信息加入RFID标签，通过网络把信息传送到公共的数据库中，消费者或购买产品的单位，把商品的RFID标签内容和数据库中的记录进行比对，能够有效地帮助识别假冒产品，种子资源库RFID管理系统功能模块如图4所示。