NRF24L01模塊在監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用的拓展

　　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(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)開始被逐漸推廣[1-6]。

　　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(biāo)簽通常選用無源

　　標(biāo)簽;控制功能則建立在強大的指令傳輸能力基礎(chǔ)之上，這樣一來，無源標(biāo)簽則很難滿足通信距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)傳輸速率大的要求，于是，超低功耗的有源標(biāo)簽在監(jiān)控領(lǐng)域成為首選。作為此類標(biāo)簽芯片的杰出代表，NORDIC公司的NRF24L01[7]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22mA;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(lǐng)域的市場上占據(jù)了主導(dǎo)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(lǐng)域的應(yīng)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(fù)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(yīng)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(shè)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(Ocial Subsystem)，每個OS包含一臺通用計算機、一個閱讀器和若干附有標(biāo)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(Gating 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(chǔ)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(biāo)簽信息，通過閱讀器向這些標(biāo)簽發(fā)出指令，標(biāo)簽收到指令后發(fā)送應(yīng)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(yīng)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(biāo)簽發(fā)送詢問信息，若收到標(biāo)簽應(yīng)答信息，則認(rèn)為U盤將要通過進出口非法離開園區(qū)，即啟動報警。