NRF24L01模塊在監(jiān)控領域應用的拓展

摘要:本文提出了在大園區(qū)內(nèi)應用RFID技術(shù)對U盤實施監(jiān)控的系統(tǒng)方案，系統(tǒng)基于NRF24L01模塊實施，利用網(wǎng)絡技術(shù)拓展了RFID技術(shù)的應用范圍。

關(guān)鍵詞:RFID技術(shù);u盤;NRF24L01;網(wǎng)絡技術(shù)

引言

RFID(射頻身份識別)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)時代的核心技術(shù)之一，在監(jiān)控領域的應用已經(jīng)開始被逐漸推廣。

監(jiān)控，包含監(jiān)視和控制兩層含義。監(jiān)視功能主要是通過判斷接收信號的有無和強弱來實現(xiàn)，考慮到采用移動電源的因素，標簽通常選用無源標簽:控制功能則建立在強大的指令傳輸能力基礎之上，這樣一來，無源標簽則很難滿足通信距離遠、數(shù)據(jù)傳輸速率大的要求，于是，超低功耗的有源標簽在監(jiān)控領域成為首選。作為此類標簽芯片的杰出代表，NORDIC公司的NRF24L01芯片以其高頻率(2.4GHz)、高工作速率(最高工作速率為2Mbps)、低功耗(1.9～3.6V工作電壓，待機模式下22μA;掉電模式下為900nA)、小封裝(QFN20封裝)、多頻道(126頻道)和較強的抗干擾能力(高效GFSK調(diào)制)等突出優(yōu)點在相關(guān)領域的市場上占據(jù)了主導地位。

此外，NRF24L01可以工作在Enhanced ShockBurst收發(fā)模式下的特點更使之對監(jiān)控領域的應用產(chǎn)生影響，在Enhanced ShockBurst收發(fā)模式下，使用片內(nèi)的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)低速從MCU(單片機)送入，但高速(1Mbit/s)發(fā)射，這樣既可以盡量節(jié)能，又在使用低速的情況下也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率，同時也減小了整個系統(tǒng)的平均工作電流。

但是，S波段信號繞射能力較弱，在障礙物較多的復雜環(huán)境中工作距離短，成為了限制以NRF24L01為代表的射頻模塊的應用，為解決這個問題，現(xiàn)以對大園區(qū)內(nèi)的u盤實施監(jiān)控為例，設計以下系統(tǒng)。

系統(tǒng)方案

整個監(jiān)控系統(tǒng)包含若干個RFID子系統(tǒng)和一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。子系統(tǒng)分為兩類:一類是安裝在園區(qū)內(nèi)的辦公室、實驗室、倉庫等小區(qū)域內(nèi)的RFID子系統(tǒng)，記為OS(offcial Snbsystem)，每個OS包含一臺通用計算機、一個閱讀器和若干附有標簽的u盤;另一類是安裝在園區(qū)進出口的RFID子系統(tǒng)，記為Gs(Gacing Subsystem)，每個GS包含一臺通用計算機和一個閱讀器。數(shù)據(jù)庫建立在接入局域網(wǎng)的任一計算機上，對u盤的狀態(tài)信息進行管理，每個子系統(tǒng)的通用計算機通過局域網(wǎng)共享數(shù)據(jù)庫中的信息，計算機與閱讀器通過串口連接。

在權(quán)限允許的基礎上，用戶可以修改數(shù)據(jù)庫中的信息，以確定U盤的合法活動范圍，實現(xiàn)對U盤活動范圍的授權(quán)，活動范圍可分為以下三個等級，第一級為所屬ss內(nèi)部，第二級為所屬ss外且在園區(qū)內(nèi)，第三級為園區(qū)外。

每個OS的計算機從數(shù)據(jù)庫模塊中獲得所管轄的u盤的標簽信息，通過閱讀器向這些標簽發(fā)出指令，標簽收到指令后發(fā)送應答信息至閱讀器，由閱讀器發(fā)送至計算機，若計算機超過一定時間未收到應答信息，即啟動報警。每個Gs的計算機通過局域網(wǎng)從數(shù)據(jù)庫中獲取整個系統(tǒng)中被授權(quán)在OS外且園區(qū)內(nèi)活動的u盤信息，通過閱讀器并向這些標簽發(fā)送詢問信息，若收到標簽應答信息，則認為u盤將要通過進出口非法離開園區(qū)，即啟動報警。

子系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

閱讀器硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)閱讀器硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。OS和Gs包含的讀寫器是相同的，均由Mcu、N1LF24L01模塊和接口電路三部分組成。MCU控制接口電路接收到計算機要求發(fā)送的指令后，控制NRF24L01模塊將指令發(fā)送出去。標簽發(fā)送的應答信息通過NRF24L01模塊接收后，通過接口電路傳送給計算機。

U盤及其標簽硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)u盤及其標簽硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。標簽部分包括微控制器、充電電池、充電電路、NILF24L01模塊，充電電池在u盤脫離計算機時，為MCU和INILF24L01模塊供電，在u盤插入計算機時，通過充電電路充電。MCU控制NRF24L01模塊接收指令和發(fā)送應答信息?？梢栽贛CU和U盤電源線之間增設開關(guān)電路以使MCU對u盤主體的工作進行開關(guān)控制，真正達到對u盤進行“控制”的目的。

結(jié)語

本方案利用網(wǎng)絡信息共享的技術(shù)搭建起多個射頻子系統(tǒng)構(gòu)成的大系統(tǒng)。解決了NRF24L01模塊等高頻便攜模塊工作距離短的問題，拓展了RFID技術(shù)在設備監(jiān)控領域的應用范圍。對設備的活動范圍進行分級管理，使監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控功能更加靈活、強大。并且，本系統(tǒng)已經(jīng)在單位安裝并投入使用，經(jīng)過實踐檢驗，系統(tǒng)充分達到了設計目的，運行良好。