CN101655905A - 基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备，包括由控制单元、无线收发单元和时钟单元构成的无线收发模块，还包括PDA模块，用于存储数据和对电子标签进行管理操作，控制单元接收来自PDA模块的控制信号，控制无线收发单元发送无线射频信号，无线收发单元接收空间无线射频信号，通过控制单元在PDA模块上显示和保存数据。所述PDA模块可以实现对电子标签的搜索、连接、修改数据、PDA上保存数据、电子标签上保存数据等控制功能。本发明利用无线传感器网络技术，可以远距离读取电子标签信息，并对电子标签进行管理，自带大容量的存储功能，能实现和多个电子标签之间多点通信，且成本较低。

Description

基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备

技术领域

本发明涉及数据信息采集领域，特别涉及用于基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备。

背景技术

身份识别是人们生活和生产管理中非常重要的一件事，为了便于管理，需要将车辆、货物、产品上贴上带有身份信息的标签进行区别。目前的条形码标签技术，需要一个扫描器在条形码上进行扫描，从而得到条形码上的数据，一次只能扫描一个条形码，且扫描器的扫描探头和条形码之间必须相隔很近的距离，使用的是光扫描，扫描器和条形码之间，不能有任何物理遮挡。目前市场上的RFID(Radio Frequency Identification，射频识别标签)一般采用红外或者蓝牙作为无线射频通信载体，扫描器和电子标签之间可以有遮挡，但读取距离非常有限。另一方面，这两种方法所读取到的数据，都仅仅是一个身份码而已，真正的数据资料，必须通过读码器所读出的身份码，到预先建立好的数据库中进行查阅，灵活性差，具有一定的局限性。专门用于长距离识别的有源RFID系统，不仅读写器往往需要固定位置安装，对RFID卡的方向位置和读写器天线的方向的匹配还有一定的要求，因而系统的灵活性大受限制，而且整个系统的成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：利用无线传感器网络技术，提供一种电子标签系统的可以进行较远距离信息读取，自带大容量的存储功能，能实现和多个电子标签之间多点通信，且成本较低的便携式手持设备，通过对一定范围内电子标签数据信息的数据管理和存储，实现对设备的信息管理。

本发明的技术方案是：一种基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备，包括由控制单元3、无线收发单元4和时钟单元5构成的无线收发模块2，时钟单元5为控制单元3提供外部时钟信号，还包括PDA模块1，用于存储数据和对电子标签进行管理操作，控制单元3通过串口和PDA模块1通信，接收来自PDA模块1的控制信号和数据，控制无线收发单元4发送2.4GHz的无线射频信号，无线收发单元4包含低噪声放大器6、射频收发芯片和不平衡变压器电路，接收空间无线射频信号，通过控制单元3在PDA模块1上显示和保存数据。

本发明的更详细的技术方案是：

所述控制单元3采用MC13213芯片。

所述低噪声放大器6采用BGA622芯片。

所述射频收发芯片采用IC115芯片。

所述PDA模块1可以实现对电子标签的搜索、连接、修改数据、PDA上保存数据、电子标签上保存数据、读取历史操作信息等控制功能。

所述控制单元3的第一、第二数据输出端口连接无线收发单元4的第一、第二数据输入端口，第一、第二数据输入端口连接无线收发单元4的第一、第二数据输出端口，第一、第二控制信号端口连接无线收发单元4的第一、第二控制信号端口。

所述低噪声放大器6连接在无线收发单元4的接收回路中，输入口连接射频收发芯片的输出口，输出口连接接收回路中的不平衡变压器。

本发明的优点是：

1.通信距离远，在20米范围内通信可靠；

2.支持双向通信，手持设备与电子标签可实时相互通信，交换数据；

3.网络容量大，一个便携式手持设备可以对多个设备的电子标签进行操作，采用星型拓扑结构，可以实现多点通信；

4.便携式手持设备存储容量大，可以存储大量电子标签的数据信息，并可以保存历史操作数据；

5.便携式手持设备可对电子标签进行搜索、连接、修改、保存等多种功能的操作，用户操作方便简单；

6.无线射频模块发送和接收2.4GHz的射频信号，不会受到工业现场的中低频段的电磁波干扰，具有很强的抗干扰性；

7.设备的复杂程度低，采用的芯片技术成熟，有效降低了设备成本；

8.本发明的手持设备体积小，便于随身携带。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明的手持设备和电子标签的通信系统示意图；

图2是本发明的手持设备实施例的控制单元的电路示意图；

图3是本发明的手持设备实施例的无线收发单元的电路示意图；

图4是本发明的手持设备实施例的PDA模块的接口电路示意图；

图5是本发明的手持设备实施例的工作流程图。

其中：1PDA模块；2无线收发模块；3控制单元；4无线收发单元；5时钟单元；6低噪声放大器。

具体实施方式

实施例：本实施例的基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备，包括PDA模块1和无线收发模块2。本实施例的PDA模块1采用东大集成的HAPO201系列掌上电脑，也可以使用市场上的各种PDA产品。基于Windows CE操作系统在PDA模块上开发可视化应用程序，用于存储数据和选择对电子标签的操作。所述无线收发模块2包括控制单元3、无线收发单元4和时钟单元5，控制单元3接收来自PDA模块1的控制信号，然后控制无线收发单元4发送和接收2.4GHz的射频信号，时钟单元5为控制单元3提供外部时钟信号。手持设备和电子标签的通信系统示意图如图1所示。

本实施例的控制单元3采用MC13213芯片，无线收发单元包括一个飞思卡尔公司的IC115芯片，一个由BGA622构成的低噪声放大器和2个不平衡变压器，以及若干电感、电容和电阻。

如图2所示，为本实施例的采用MC13213芯片的控制单元。MC13213通过TTL串口信号和PDA模块连接，MC13213的第12脚接收PDA的第14脚发来的RXD信号，第13脚发送TXD信号给PDA的第15脚。PDA模块的接口电路示意图如图4所示。

MC13213的第44脚发送无线收发控制信号GPIO给IC115的第6脚，MC13213的第34脚输出偏置电压CT_Bias给IC115的第4脚，对无线收发单元进行控制。MC13213的第39脚、38脚输出射频信号PAO_P和PAO_M，分别通过一个串联电感连接无线收发单元中负责发送的不平衡变压器的第1脚和第3脚，负责接收的不平衡变压器的第1脚和第3脚输出RFIN_P、RFIN_M信号分别通过一个串联电感连接MC13213的第36脚和35脚。时钟电路5的信号XTAL1、XTAL2分别接MC13213的27脚、28脚。

如图3所示，是本实施例的无线收发单元4。无线收发单元包括一个飞思卡尔公司的IC115芯片，一个由BGA622构成的低噪声放大器和2个不平衡变压器，以及若干电感、电容和电阻。IC115的第2脚输出接收的射频信号，IC115的5脚串联一个电容发送和接收2.4GHz信号；两个不平衡变压器的1脚和3脚之间都并联电容，且都5脚接地、4脚悬空。负责发送的不平衡变压器的2脚接MC13213的33脚VDDA，且经过一个电容后接地，6脚经过一个串联电容输出射频发送信号至IC115的1脚。BGA622的1脚通过一个串联的电感和电容连接IC115的第2脚，BGA622的2脚接地，4脚接电源Vcc，并通过一个电容接地，BGA622的第3脚通过一个电容连接负责接收的不平衡变压器的第6脚。低噪声放大器可以提高接收信号的信噪比，减少干扰对接收的影响，增强抗干扰性。负责接收的不平衡变压器的第2脚接地。

本实施例的时钟电路5选用OSC4晶振，1脚、3脚接地，2脚的信号XTAL1接一个电容到地，4脚的信号XTAL1接一个电容到地。

手持设备通过无线射频信号与电子标签进行通信，基于Windows CE操作系统在PDA模块上开发可视化应用程序，从而使用户可以通过PDA的桌面应用程序进行所有针对电子标签的操作，包括PDA当前位置周围(20米内)的电子标签操作和对已经保存在PDA内的设备信息查询。前者包括搜索、连接、修改、保存等操作，可以读取目标电子标签上保存的设备信息，在PDA上修改后重新保存到此电子标签，并在PDA上备份此标签信息。一个电子标签与一个设备在逻辑上绑定，电子标签保存该设备的信息记录，包括：设备标识、设备档案、保养记录、维修记录等。用户通过PDA对此标签的信息进行读取、修改和保存操作。

在PDA上通过基于WinCE操作系统开发可视化应用程序，设计的应用程序包括如下功能：

1.显示PDA的串口状态。如果PDA显示“串口已打开”，说明串口初始化成功，可以进行下续操作。若显示“串口打开失败”，则说明系统工作不正常。

2.模块自检功能。选中“模块自检”后，PDA会自动检查无线收发模块是否工作正常，并对应显示状态.

3.搜索设备。当选中并点击“搜索设备”时，PDA通过无线收发模块搜索一定范围内(比如20米以内)的电子标签设备，并将搜索结果以列表的形式显示在PDA的界面上。用户可以选中其中一个，底部的状态栏可以显示当前选中的设备编号。

4.连接设备。选中并点击“连接选中设备”时，PDA通过控制单元控制无线收发模块与目标电子标签建立连接，读取该标签上保存的数据到PDA并保存，如设备档案、保养记录、维修记录等。

5.对设备数据进行操作。当成功连接上电子标签设备后，比如“设备档案”、“保养记录”、“维修记录”等按键会被使能，用户根据需要点击其中一个，则显示相应界面。底部的状态栏实时显示用户当前选中的表项，用户可以在界面底部的输入框中输入要修改后的内容，点击“修改”键，可以把修改后的内容的暂时保存。

6.保存数据到设备功能。用户修改完数据后，可以选择“保存至本地”功能，把修改数据保存在PDA上，然后“发送至设备”按键将被使能。此时用户可以在选择“设备档案”、“保养记录”、“维修记录”中的任意一个或多个表格继续修改，选择“保存至本地”保存，或者选择“发送至设备”由PDA的无线收发模块无线发送至电子标签端保存。

7.断开设备连接功能，通过选择“断开”键来断开当前连接的设备，返回搜索到的设备记录界面继续操作。

8.设备历史查询功能，可以查询到对设备电子标签进行控制操作的历史记录，点击“设备档案”、“保养记录”、“维修记录”等记录中的任意一个可查看详细信息，

本实施例的手持设备和电子标签之间通信的工作流程如图5所示，包括以下步骤：

1.首先系统初始化，然后进入循环主体；

2.侦听PDA的命令，如果没有，则继续等待，如果有，进入相关的命令模式；

3.若是搜索命令，则搜索周围一定范围内的设备电子标签，并将搜索到的电子标签通过串口保存到PDA模块，搜索结果以列表的形式显示在PDA的界面上，待用户选择；

4.若是连接命令，则连接用户选中的设备电子标签，接收电子标签上的数据，并保存到PDA；

5.用户可以对电子标签上的信息进行修改，可以修改设备档案、保养记录、维修记录等信息，并可以通过修改命令，将修改的数据暂时保存；

6.若是保存命令，则可以选择将用户修改的数据保存在PDA上，也可以选择通过无线方式发送给电子标签，并在发送完成之后进入休眠状态，节省用电。

PDA模块1和无线收发模块2之间的数据通信遵循TTL异步串行通信格式，通信是双向的，其中串口通信分为2种：控制信号和数据信号，控制通信格式为：控制字+地址，数据通信格式为：起始符+数据+结束符。无线收发模块2与外部电子标签之间数据通信采用2.4GHz无线频段通信，其数据传输格式为：起始符+控制字+数据长度+页号+数据+结束符，其中控制字可以如下表所示进行定义：

控制字定义表

自检	搜索	连接	保存	断开
					0X22	0X23	0X24	0X25	0X26

以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本发明覆盖的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备，包括由控制单元(3)、无线收发单元(4)和时钟单元(5)构成的无线收发模块(2)，时钟单元(5)为控制单元(3)提供外部时钟信号，其特征在于：还包括PDA模块(1)，用于存储数据和对电子标签进行管理操作，控制单元(3)通过串口和PDA模块(1)通信，接收来自PDA模块(1)的控制信号和数据，控制无线收发单元(4)发送2.4GHz的无线射频信号，无线收发单元(4)包含低噪声放大器(6)、射频收发芯片和不平衡变压器电路，接收空间无线射频信号，通过控制单元(3)在PDA模块(1)上显示和保存数据。

2.根据权利要求1中所述的基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备，其特征在于：所述控制单元(3)采用MC13213芯片。

3.根据权利要求1中所述的基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备，其特征在于：所述低噪声放大器(6)采用BGA622芯片。

4.根据权利要求1中所述的基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备，其特征在于：所述射频收发芯片采用IC115芯片。

5.根据权利要求1中所述的基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备，其特征在于：所述PDA模块(1)可以实现对电子标签的搜索、连接、修改数据、PDA上保存数据、电子标签上保存数据、读取历史操作信息等控制功能。

6.根据权利要求1或2中所述的基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备，其特征在于：所述控制单元(3)的第一、第二数据输出端口连接无线收发单元(4)的第一、第二数据输入端口，第一、第二数据输入端口连接无线收发单元(4)的第一、第二数据输出端口，第一、第二控制信号端口连接无线收发单元(4)的第一、第二控制信号端口。

7.根据权利要求1、4或5中所述的基于无线传感器网络的电子标签系统的便携式手持设备，其特征在于：所述低噪声放大器(6)连接在无线收发单元(4)的接收回路中，输入口连接射频收发芯片的输出口，输出口连接接收回路中的不平衡变压器。

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