CN103927566A - 一种嵌入式的rfid读写装置、监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式的RFID读写装置，包括主控制单元、读写单元、以太网接口单元以及外设接口单元，其中，主控制单元分别与读写单元、以太网接口单元以及外设接口单元连接并集成在一起。本发明具有以下有益效果：采用主处理器＋协处理器双核架构，主处理器负责与外界的交互及外设控制，协处理器专注于读写数据的运算分析处理，双核分工明确、结构合理，在嵌入式软件系统及网络服务器环境支持下，大大提升了设备工作性能及系统稳定性；本发明提供的RFID读写装置集成了多种外设接口，可通过这些接口接入平板电脑、智能手机、扫码枪等外部设备，丰富了可支持外设的种类，具有较强的扩展性；装置体积大大缩小，功耗显著降低。

Description

一种嵌入式的RFID读写装置、监测系统及监测方法

技术领域

本发明属于射频识别RFID技术领域，具体涉及一种嵌入式的RFID读写装置、监测系统及监测方法。

背景技术

物联网技术是一种建立在互联网基础上的网络技术，其宗旨是把任何物品与互联网连接起来并进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。从物联网技术架构来看，物联网分为三层：感知层、接入层和应用层。

其中感知层是以传感器相关技术为依托负责数据的采集；接入层用来负责接收感知层传来的信息并将其接入到各种互联网、局域网和无线网络、网络服务器数据库系统和云计算平台中；应用层是物联网和用户的接口，它与行业及应用领域的需求相结合，实现物联网的智能应用。

在接入层技术中，关键是物联网接入系统中即如何将各种“物”连接到网上并能进行信息交换及处理；此外，如何在应用层通过用户接口进行远程控制也是物联网技术的核心之一。

现有的物联网接入模式大多采用了常规X86系统，即利用常规的PC机外接一RFID读卡设备，以该系统为基础的设备灵活性，通用性，以及系统的优化升级等各方面存在一定不足及局限性。另一方面由于新的基于物联网技术的设备接入方式决定了设备应用在物联网上的趋势不可阻挡，传统物联网设备应用程序由于接口规则不统一而不能继续使用，扩展受限极大地增加了开发成本和难度。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，发明提供一种嵌入式基于Linux操作系统环境下的RFID读写装置，该读写装置采用主处理器＋协处理器双核架构，双核分工明确、结构合理。本发明具体的技术方案如下：

一种嵌入式的RFID读写装置，包括主控制单元、读写单元、以太网接口单元以及外设接口单元，其中，主控制单元分别与读写单元、以太网接口单元以及外设接口单元连接并集成在一起；

主控制单元包括一主处理器，主处理器为基于ARM Cortex架构的微处理器，用于实现装置与外界的数据交互以及与外部设备的交互控制；

读写单元包括相互连接的协处理器以及RFID读写器，协处理器与主处理器连接；RFID读写器用于通过无线通信的方式对外部RFID电子标签的读写，协处理器为基于ARM Cortex架构架构的微处理器，用于对读写的数据进行运算分析处理； 

以太网接口单元用于实现装置与以太网服务器相互通信连接；外设接口单元用于实现装置与外部设备的通信连接；

作为优化方案，主处理器为基于ARM Cortex-A8架构的AM335X微处理器; 协处理器为基于ARM Cortex-M3架构的STM32系列微处理器，RFID读写器满足ISO/IEC14443协议和/或ISO/IEC15693协议。

作为优化方案，以太网接口单元包括相互连接的以太网收发器以及以太网连接端口，以太网收发器与主处理器连接。

作为优化方案，外设接口单元包括WiFi和蓝牙接口模块以及USB接口模块，WiFi和蓝牙接口模块、USB接口模块分别与主处理器连接；其中，WiFi和蓝牙接口模块包括型号为WL127系列的集成电路芯片；USB接口模块包括USB插座。

一种RFID监测系统，包括RFID读写装置、显示和操作装置、网络监测装置以及电子标签；其中，RFID读写装置通过内部的外设接口单元与显示和操作装置连接；RFID读写装置通过内部的以太网接口单元使用有线或无线两种方式接入以太网，并通过以太网与网络监视装置连接；

RFID读写装置通过无线通讯方式对电子标签进行读写；显示和操作装置用于人机交互及显示RFID读写装置的工作状况，并用于输入操作指令控制RFID读写装置的工作；网络监视装置用于对RFID读写装置的工作进行远程监控。

作为优化方案，显示和操作装置为显示屏、平板电脑、智能手机或PC机。

作为优化方案，网络监视装置为网络服务器。

一种利用上述RFID监测系统进行监测的方法，包括如下步骤：

初始化步骤：将一台RFID读写装置与一台显示和操作装置一一对应识别，启动人机界面软件程序，在显示和操作装置上显示操作页面供用户操作；

标签识别步骤：利用RFID读写装置中的读写单元对电子标签进行识别，读出及判断电子标签内的信息及种类，并将识别的信息发送给主控制单元，主控制单元根据种类信息处理后并执行相应的人机界面程序，在显示和操作装置上显示相应的操作页面供用户交互操作；

运算处理步骤：利用主控制单元将用户输入的操作指令发送给读写单元；利用读写单元根据操作指令进行运算处理，对电子标签进行读写操作，并将相应的读写数据信息以及工作状态信息发送给主控制单元；利用主控制单元通过以太网将读写数据信息和工作状态信息发送给网络监测装置；

监控处理步骤：利用网络监测装置接收并存储读写数据信息和工作状态信息；判断及校验读写数据信息是否准确，若不准确则发送一错误指令，通知RFID读写装置重新执行读写操作；根据工作状态信息判断系统工作是否异常，若出现异常则通过以太网及服务器发布相应的异常信息。

作为优化方案，在运算处理步骤中，对电子标签进行的读写操作具体为：

利用读写单元对操作指令进行通信编码，并将相应的编码信息发送给电子标签；利用电子标签对编码信息进行检波、解调及解码，并根据解码后获得的信息进行数据处理，再将处理获得的读写数据信息以及当前的工作状态发送给读写单元。

作为优化方案，在监控处理步骤之后，进一步包括数据统计步骤：

利用网络监测装置对接收到的读写数据信息和工作状态信息进行统计，获得统计信息；利用RFID读写装置读取统计信息，并进行处理，在显示和操作装置上显示相应的统计信息。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明提供的RFID读写装置采用主处理器＋协处理器双核架构，主处理器负责与外界的交互及外设控制，协处理器专注于读写数据的运算分析处理，双核分工明确、结构合理，大大提升了工作性能及稳定性；

（2）本发明提供的RFID读写装置集成了以太网接口以及Wifi和蓝牙、USB等外设接口，由主处理器控制这些接口，可通过这些接口接入平板电脑、智能手机、扫码枪等外部设备，丰富了可支持外设的种类，具有较强的扩展性；

（3）本发明提供的RFID读写装置集成在一块电路板内，使得装置体积大大缩小，功耗显著降低。

附图说明

图1为本发明提供的RFID读写装置的结构框图；

图2为主处理器的电路框图；

图3为读写单元的电路框图；

图4为以太网接口单元的电路框图；

图5为外设接口单元的电路框图；

图6为本发明提供的RFID监测系统的结构框图；

图7为本发明提供的监测方法的流程图。

上图中序号为：1-RFID读写装置、11-主控制单元、111-主处理器、112-内存、113-闪存、114-电源管理芯片、12-读写单元、121-协处理器、122-射频芯片、123-天线滤波及匹配电路、13-以太网接口单元、131-以太网收发器、132-以太网连接端口、14-外设接口单元、141-Wifi和蓝牙接口模块、142-USB接口模块、2-显示和操作装置、3-网络监测装置、4-电子标签。

具体实施方式

下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。

实施例1：

如图1所示，一种嵌入式的RFID读写装置1，包括主控制单元11、读写单元12、以太网接口单元13以及外设接口单元14，其中，主控制单元11分别与读写单元12、以太网接口单元13以及外设接口单元14连接。本发明的主控制单元11、读写单元12、以太网接口单元13以及外设接口单元14均集成在一块电路板上，可以实现设备的手持化和模块化。

如图2所示，主控制单元11包括一主处理器111，主处理器111为基于ARM Cortex架构的微处理器，用于实现装置与外界的数据交互以及对外部设备的控制。如图2所示，在本实施例中，主处理器111采用基于ARM Cortex-A8架构的AM335X微处理器。主处理器111的外围连接有内存112、闪存113以及电源管理芯片114等集成电路，从而形成主控制单元11的主要架构。其中，内存112可采用DDR3规格的内存，具有更高的运行效能与更低的电压的特点；闪存113可采用eMMC规格的FLASH存储器；电源管理芯片114可选用型号为TPS65217的电源管理IC。以上芯片选择仅为本发明的一个较佳的实施方式，并不限于此，也可根据需要选择其他的芯片。

如图3所示，读写单元12包括相互连接的协处理器121以及RFID读写器，协处理器121与主处理器111连接；RFID读写器的内部设有射频芯片122以及天线滤波及匹配电路123。其中，RFID读写器用于实现对外部RFID电子标签4的读写，协处理器121为基于ARM Cortex架构的微处理器，用于对读写的数据进行运算分析处理。读写单元12不仅可以读出电子标签4内部已存放的信息，而且可以对其进行写入，读写过程是通过双方无线通信来实现的。在本实施例中，协处理器121采用基于ARM Cortex-M3架构的STM32微处理器，RFID读写器满足ISO/IEC14443协议和/或ISO/IEC15693协议。在实际应用中，为了同时兼容ISO14443协议和ISO15693协议，可以采用同时兼容ISO/IEC14443协议和ISO/IEC15693协议的读写器。

如图4所示，以太网接口单元13用于实现装置与以太网的通信连接。在本实施例中，以太网接口单元13包括相互连接的以太网收发器131以及以太网连接端口132，以太网收发器131与主处理器111连接；在实际使用时，将外部网线接入该以太网连接端口132即可实现装置与以太网的通信连接。作为一种较佳的实施方式，以太网收发器131可选用型号为LAN8710A的收发器，以太网连接端口132可选用型号为LPJ0011BBNL的连接端口，这两个集成电路芯片与AM335X微处理器均具有良好的兼容性；但不限于此，也可以选用其他兼容的芯片。

外设接口单元14用于实现装置与外部设备的通信连接。为了兼容多种不同的外部设备，外设接口单元14内可设置多种不同类型的接口，以支持多种外部设备的扩展。如图5所示，在本实施例中，外设接口单元14包括WiFi和蓝牙接口模块141以及USB接口模块142 ，WiFi和蓝牙接口模块141以及USB接口模块142 分别与主处理器111连接。其中，WiFi和蓝牙接口模块141可用于与平板电脑或智能手机等移动终端进行无线，USB接口模块142可用于连接鼠标、键盘等外设。在实际应用中，Wifi和蓝牙接口模块141可采用型号为WL1271的集成电路芯片，该芯片适用于AM335X微处理器，可同时支持WiFi和蓝牙功能；USB接口模块142包括USB插座，该USB插座可以是普通的USB插座（如型号为87520-0010BLF的USB插座），也可以是mini USB插座（如型号为USB5mini的USB插座），当然也可以同时设置这两种不用的插座以支持不同的外设。以上芯片选择仅为一种较佳的实施方式，但不限于此，可以根据需要选择其他兼容的IC芯片。

本实施例提供的RFID读写装置的工作原理及有益效果如下：

首先，本实施例公开的RFID读写装置1采用主从双核架构，其中主核为主控制单元11中的主处理器111，从核为读写单元12中的协处理器121，相对于传统RFID读写设备中的MCU既要进行预算处理又要进行外设控制，本实施例中的协处理器121只需要处理读写数据的运算，与外界的交互以及外设控制均由主处理器111实现，工作性能及稳定性均大大提高。

其次，由于主处理器111采用基于ARM Cortex-A8架构的AM335X微处理器，协处理器121采用基于ARM Cortex-M3架构的STM32微处理器，以AM335X微处理器为核心，可以将主控制单元11、读写单元12、以太网接口单元13以及外设接口单元14均集成在一块电路板上，从而实现一个体积较小RFID读写装置1即可同时实现RFID读写操作、接入以太网、支持多种显示和操作外设的功能；相对于原先RFID读写设备必须连接到PC机或其他处理设备才能接入以太网，设备实用性增强，体积大大缩小。

再次，外设可直接与RFID读写装置1连接，不再受PC机或其他处理设备的限制，且支持的外设种类大大增加，可扩展到最新的ios，android等操作系统的平板电脑、智能手机等移动终端，便于用户的使用。

实施例2：

如图6所示，本实施例提供一种RFID监测系统，包括如实施例1中所述的RFID读写装置1、显示和操作装置2、网络监测装置3以及电子标签4；其中，RFID读写装置1通过内部的外设接口单元14与显示和操作装置2连接；RFID读写装置1通过内部的以太网接口单元13无线或有线方式接入以太网，并通过以太网与网络监视装置连接。在本实施例中，显示和操作装置2即是前文所述的各种类型的外设，一台RFID读写装置1对应一套显示和操作装置2，一套显示和操作装置2可以是触摸式显示器，也可以是平板电脑，也可以是智能手机；可根据需要对外设进行组合，选择合适的一套显示和操作装置2。在本实施例中，网络监视装置3为网络服务器，网络服务器中设有数据库。

其中，RFID读写装置1用于分别对电子标签4进行读写；显示和操作装置2用于显示RFID读写装置1的工作状况，并用于输入操作指令控制RFID读写装置1的工作；网络监视装置3用于对RFID读写装置1的工作进行远程监控。

本实施例提供的RFID监测系统可应用在多种工作场合，如图书馆书籍自助借还管理、医院的医疗过程管理以及仓库的货物进出库管理等，下面以图书馆书籍自助借还管理为例，说明本实施例提供的RFID监测系统应用在图书馆书籍借还管理工作场合的具体工作方式：

图书馆书籍借还主要涉及书籍与读者之间的对应关系，因此，每本书籍对应一个书籍类的电子标签，每位读者。预先将书籍信息、读者信息以及书籍与读者的对应关系预存在网络服务器（即网络监视装置3，也具有监视功能）的数据库中。当RFID读写装置1对书籍身份与读者身份识别时，可同时识别书籍电子标签和读者电子标签，识别的功能由读写单元12实现；由于部分图书馆的书籍和读者管理标签需兼容早期的条形码，对于这部分标签，可以在显示和操作装置2中配置扫码枪，通过扫码枪来作为新书信息导入识别。用户通过显示和操作装置2来执行借或还的操作，这里的显示和操作装置2可以包括平板电脑、智能手机等移动终端，用户可以使用自己的平板电脑或智能手机来执行这些操作，图书馆甚至可以无需提供显示和操作装置2。主控制单元11实现RFID读写装置1与用户以及网络服务器之间的交互，网络服务器根据读写电子标签的数据信息以及数据库中存储的相关信息判断借还的操作是否成功。同时，网络服务器可监视系统的整个工作流程以及各设备的工作状态，易于故障排除及维护。

以上内容仅为就一个特殊的应用场合对本实施提供的RFID监测系统所做的说明，实际应用中可根据具体情况对工作方式以及功能效果进行调整，以上说明并不是对本发明的保护范围所做的限制。

实施例3：

如图7所示，一种利用如实施例2所述的RFID监测系统进行监测的方法，包括如下步骤：

步骤S1，初始化步骤：将一台RFID读写装置1与一组显示和操作装置2对应识别，启动人机界面程序，在显示和操作装置2上显示操作页面供用户操作。

在本步骤中，对应识别的目的即是使一组显示和操作装置2只能对一台对应的RFID读写装置1进行操作，正如前文所述，显示和操作装置2可以是智能手机、平板电脑、触摸显示屏、键盘鼠标、扫码枪等。启动人机界面程序使得智能手机、平板电脑或显示屏上显示操作界面，供用户进行操作。操作功能可根据不同的应用场合进行调整，如对于图书馆书籍借还管理工作场合来说，最基本的操作功能是借书和还书，书本查询功能。

步骤S2，标签识别步骤：利用RFID读写装置1中的读写单元12对电子标签4进行识别，判断电子标签4的种类，并将得到的种类信息发送给主控制单元11，主控制单元11根据种类信息执行相应的人机界面程序，在显示和操作装置2上显示相应的操作页面供用户操作。

以图书馆书籍借还管理工作场合为例对本步骤进行说明，电子标签最基本的种类包括读者类标签（读者证）和书籍类标签，每位读者对应一个RFID读者证，每本书籍对应一个书籍类标签，需要先识别标签的种类才能进行后续操作，本步骤即用于实现标签种类的识别。

步骤S3，运算处理步骤：利用主控制单元11将用户输入的操作指令发送给读写单元12；利用读写单元12根据操作指令进行运算处理，对电子标签4进行读写操作，并将相应的读写数据信息以及工作状态信息发送给主控制单元11；利用主控制单元11通过以太网将读写数据信息和工作状态信息发送给网络监测装置3。

在本步骤中，对电子标签4进行的读写操作具体为：利用读写单元12对操作指令进行通信编码，并将相应的编码信息发送给电子标签4；利用电子标签4对编码信息进行检波、解调及解码，并根据解码后获得的信息进行数据处理，再将处理获得的读写数据信息以及当前的工作状态发送给读写单元12。

步骤S4，监控处理步骤：利用网络监测装置3接收并存储读写数据信息和工作状态信息；判断读写数据信息是否准确，若不准确则发送一错误指令，通知RFID读写装置1重新执行读写操作；根据工作状态信息判断系统工作是否异常，若设备出现异常则通过以太网发布将相应的异常信息。

其中，读写数据信息是指RFID读写装置1对电子标签进行读写时交互的数据信息。以图书馆书籍借还管理工作场合为例，无论是借书或是还书操作，RFID读写装置1都需要对电子标签进行读写操作，而借书或还书是否成功需要由网络监测装置3（即网络服务器）进行核对，网络服务器将读写数据信息与数据库中预存的相关信息进行比对，确认借书或还书是否成功，若不成功则通知RFID读写装置1重新执行借书或还书的操作。而工作状态信息包括电子标签的工作状态以及RFID读写装置1的工作状态。网络服务器根据工作状态信息监视RFID读写装置及人机交互设备的工作是否正常，当发现设备发送故障代码，并提交网络服务器时，服务器可通过电子邮件、短信、微信等无线媒介发送故障信息或异常信息，通知相关工作人员及时远程维护或现场维修。

步骤S5，数据统计步骤：利用网络监测装置3对接收到的读写数据信息和工作状态信息进行统计，获得统计信息；利用RFID读写装置1读取统计信息，并进行处理，在显示和操作装置2上显示相应的统计信息。

本步骤是为了直观地向用户显示每次进行的操作、操作的结果以及设备的工作状态等信息，便于用户的使用。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种嵌入式的RFID读写装置，其特征在于，包括主控制单元、读写单元、以太网接口单元以及外设接口单元，其中，所述主控制单元分别与所述读写单元、所述以太网接口单元以及所述外设接口单元连接并集成在一起；

所述主控制单元包括一主处理器，所述主处理器为基于ARM Cortex架构的微处理器，用于实现装置与外界的数据交互以及与外部设备的交互控制；

所述读写单元包括相互连接的协处理器以及RFID读写器，所述协处理器与所述主处理器连接；所述RFID读写器用于通过无线通信的方式对外部RFID电子标签的读写，所述协处理器为基于ARM Cortex架构架构的微处理器，用于对读写的数据进行运算分析处理； 

所述以太网接口单元用于实现装置与以太网服务器相互通信连接；所述外设接口单元用于实现装置与外部设备的通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式的RFID读写装置，其特征在于，所述主处理器为基于ARM Cortex-A8架构的AM335X微处理器; 所述协处理器为基于ARM Cortex-M3架构的STM32系列微处理器，所述RFID读写器满足ISO/IEC14443协议和/或ISO/IEC15693协议。

3.根据权利要求1或2所述的一种嵌入式的RFID读写装置，其特征在于，所述以太网接口单元包括相互连接的以太网收发器以及以太网连接端口，所述以太网收发器与所述主处理器连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种嵌入式的RFID读写装置，其特征在于，所述外设接口单元包括WiFi和蓝牙接口模块以及USB接口模块，所述WiFi和蓝牙接口模块、所述USB接口模块分别与所述主处理器连接；其中，所述WiFi和蓝牙接口模块包括型号为WL127系列的集成电路芯片；所述USB接口模块包括USB插座。

5.一种RFID监测系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的RFID读写装置、显示和操作装置、网络监测装置以及电子标签；其中，所述RFID读写装置通过内部的外设接口单元与所述显示和操作装置连接；所述RFID读写装置通过内部的以太网接口单元使用有线或无线两种方式接入以太网，并通过以太网与所述网络监视装置连接；

所述RFID读写装置通过无线通讯方式对所述电子标签进行读写；所述显示和操作装置用于人机交互及显示所述RFID读写装置的工作状况，并用于输入操作指令控制所述RFID读写装置的工作；所述网络监视装置用于对所述RFID读写装置的工作进行远程监控。

6.根据权利要求5所述的RFID监测系统，其特征在于，所述显示和操作装置为显示屏、平板电脑、智能手机或PC机。

7.根据权利要求5所述的RFID监测系统，其特征在于，所述网络监视装置为网络服务器。

8.一种利用如权利要求5所述的RFID监测系统进行监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

初始化步骤：将一台RFID读写装置与一台显示和操作装置一一对应识别，启动人机界面软件程序，在所述显示和操作装置上显示操作页面供用户操作；

标签识别步骤：利用所述RFID读写装置中的读写单元对电子标签进行识别，读出及判断所述电子标签内的信息及种类，并将识别的信息发送给所述主控制单元，所述主控制单元根据所述种类信息处理后并执行相应的人机界面程序，在所述显示和操作装置上显示相应的操作页面供用户交互操作；

运算处理步骤：利用所述主控制单元将用户输入的操作指令发送给所述读写单元；利用所述读写单元根据所述操作指令进行运算处理，对所述电子标签进行读写操作，并将相应的读写数据信息以及工作状态信息发送给所述主控制单元；利用所述主控制单元通过以太网将所述读写数据信息和所述工作状态信息发送给所述网络监测装置；

监控处理步骤：利用所述网络监测装置接收并存储所述读写数据信息和所述工作状态信息；判断及校验所述读写数据信息是否准确，若不准确则发送一错误指令，通知所述RFID读写装置重新执行读写操作；根据所述工作状态信息判断系统工作是否异常，若出现异常则通过以太网及服务器发布相应的异常信息。

9.根据权利要求8所述的监测方法，其特征在于，在所述运算处理步骤中，对所述电子标签进行的读写操作具体为：

利用所述读写单元对所述操作指令进行通信编码，并将相应的编码信息发送给所述电子标签；利用所述电子标签对所述编码信息进行检波、解调及解码，并根据解码后获得的信息进行数据处理，再将处理获得的读写数据信息以及当前的工作状态发送给所述读写单元。

10.根据权利要求8所述的监测方法，其特征在于，在所述监控处理步骤之后，进一步包括数据统计步骤：

利用所述网络监测装置对接收到的所述读写数据信息和所述工作状态信息进行统计，获得统计信息；利用所述RFID读写装置读取所述统计信息，并进行处理，在所述显示和操作装置上显示相应的统计信息。