.470 智能系统学报 第8卷 3.2.2 ZigBee网络的通信 设计的基于RFID与ZigBee的幼儿安全管理系统在 上位机到读写器的命令帧格式及读写器到上位 市场上尚无同类产品问世，由于技术的通用性，该系 机的数据帧格式设置成IS014443A通信协议格式， 统的研制将为其他基于ZigBee无线通信技术的产 读写器负责解析上位机下发的命令，读取电子标签 品研制开发提供可借鉴之处.该系统应用于幼儿园 中的UD,控制电子标签的状态，实现防碰撞算法 幼儿管理，要达到预期目的，还有一个反复测试、调 读写器在每次读写电子标签时，把UD打包成数据 试、完善的过程，如系统的稳定性问题，以及系统功 帧，通过自身UART发送到ZigBee节点.终端节点通 耗降到最低，点问题等还需进一步研究： 过UART模块接收来自读写器的数据，并打包成自 己的帧格式，在网络中选择路由进行传递，最终被协 参考文献： 调器节点接收，再由串口转发给上位机接收) [1]KIM D.GRACIA-LUAN-ACEVES J J,OBRACZKA K,et 3.3上位机的软件开发 al.Power-aware routing based on the energy drain rate for 上位机软件是人机交互的关键部分，通过串口 mobile ad hoc networks[C]//Proceedings of the 11th Inter- 接收ZigBee协调器收集到的数据进行处理，通过界 national Conference on Computer Communications and Net- 面实时显示给用户，并保存在上位机的数据库中，同 works.Miami,USA,2002:565-569. 「2]闫保中，张帅，张宇.基于RFD的室内人员定位系统的 时通过串口向ZigBee协调器节点发出用于控制读 设计与实现[J.应用科技，2011,38(11)：39-42,53. 写器的命令.其结构主要包括界面、数据处理模块和 YAN Baozhong,ZHANG Shuai,ZHANG Yu.Design and 通信函数模块3部分，使用面向对象程序设计工具 implementation of the indoor personal positioning system C++Builder进行上位机软件的编程开发. based on RFID J].Applied Science and Technology, 4系统测试 2011,38(11):39-42,53. [3]梁龙，王春雪.基于RFID和ZigBee网络的分布式考勤系 在实际的幼儿园环境中，对系统进行测试主要 统设计[J].制造自动化，2012,34(7)：14-16,78. 测试网络的可靠性、节点的通信距离、组网延时、节 LIANG Long,WANG Chunxue.A design of distributed at- 点重入、采集间隔的设置等.采用设计的16个Zg tendance system based on RFID and Zigbee networks[J Bee模块，包含1个协调器节点、6个路由器节点和 Manufacturing Automation,2012,34(7):14-16,78. 9个终端节点，先由协调器节点创建一个网络，路由 [4]李鸿，王林珠，谭怀忠.物联网技术在幼儿园幼儿管理中 器和终端节点加入网络，构成网状结构的无线网络， 的应用研究[J].中国教育技术装备，2013(9)：7-8. 节点间建立数据传输关系.采取在6个不同位置同 LI Hong,WANG Linzhu,TAN Huaizhong.An application research of Intemet of Things technology in kindergarten 时打卡的方式测试网络的可靠性，后台成功地在不 children's safety management[J].China Educational Tech- 同位置、同一时间收到数据并将数据成功保存到数 nology Equipment,2013(9):7-8. 据库.100m距离通信误码率少于1%，组网时感觉 [5]刘宇，彭刚，王涛，等.一种基于ZigBee技术的RFID系统 不到延时读写器、电子标签可以很方便地加入、退 网络构建方法[J].广西科学院学报，2010,26(4)：455- 出读写器网络，均由ZigBee网络自动实现，识别时 457. 无需方向配置.经反复试验，整个系统工作稳定可 LIU Yu,PENG Gang,WANG Tao,et al.An approach to 靠，经读写器发送和接收的数据显示准确.无线通讯 constructing the RFID system network based on the ZigBee 距离可达100~200m,在加入功放的前提下，通讯距 technology[J].Journal of Guangxi Academy of Sciences, 离达到近1000m,垂直传输可穿越3层楼板，能较 2010,26(4):455-457. 好地满足幼儿园幼儿安全管理的功能需求 [6]LIU Hai,BOLIC M,NAYAK A,et al.Taxonomy and chal- lenges of the integration of RFID and wireless sensor net- 5结束语 works[J].IEEE Network,2008,22(6):26-35. [7]潘盛辉，郭毅锋，潘绍明.基于MSP的手持式RFID读写 系统将RFID技术和ZigBee网络技术相融合， 器的设计[J].内蒙古大学学报：自然科学版，2010,41 借助ZigBee网络将RFID读写器以Ad_Hoc的方式 (3):346-350. 连接起来，实现了多个RFD协同工作.测试数据表 PAN Shenghui,GUO Yifeng,PAN Shaoming.Design of 明上位机和读写器都可以对终端节点进行读写操作 handheld RFID reader based on MSP430[J].Journal of In- 和控制，系统工作比较稳定可靠，充分证明了基于 ner Mongolia University:Natural Science Edition,2010,41 ZigBee技术的无线射频识别系统的可行性.本文所 (3):346-350.３.２.２ ＺｉｇＢｅｅ 网络的通信 上位机到读写器的命令帧格式及读写器到上位 机的数据帧格式设置成 ＩＳＯ１４４４３Ａ 通信协议格式ꎬ 读写器负责解析上位机下发的命令ꎬ读取电子标签 中的 ＵＩＤꎬ控制电子标签的状态ꎬ实现防碰撞算法. 读写器在每次读写电子标签时ꎬ把 ＵＩＤ 打包成数据 帧ꎬ通过自身 ＵＡＲＴ 发送到 ＺｉｇＢｅｅ 节点.终端节点通 过 ＵＡＲＴ 模块接收来自读写器的数据ꎬ并打包成自 己的帧格式ꎬ在网络中选择路由进行传递ꎬ最终被协 调器节点接收ꎬ再由串口转发给上位机接收[３] . ３.３ 上位机的软件开发 上位机软件是人机交互的关键部分ꎬ通过串口 接收 ＺｉｇＢｅｅ 协调器收集到的数据进行处理ꎬ通过界 面实时显示给用户ꎬ并保存在上位机的数据库中ꎬ同 时通过串口向 ＺｉｇＢｅｅ 协调器节点发出用于控制读 写器的命令.其结构主要包括界面、数据处理模块和 通信函数模块 ３ 部分ꎬ使用面向对象程序设计工具 Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ 进行上位机软件的编程开发. ４ 系统测试 在实际的幼儿园环境中ꎬ对系统进行测试.主要 测试网络的可靠性、节点的通信距离、组网延时、节 点重入、采集间隔的设置等.采用设计的 １６ 个 Ｚｉｇ￣ Ｂｅｅ 模块ꎬ包含 １ 个协调器节点、６ 个路由器节点和 ９ 个终端节点ꎬ先由协调器节点创建一个网络ꎬ路由 器和终端节点加入网络ꎬ构成网状结构的无线网络ꎬ 节点间建立数据传输关系.采取在 ６ 个不同位置同 时打卡的方式测试网络的可靠性ꎬ后台成功地在不 同位置、同一时间收到数据并将数据成功保存到数 据库.１００ ｍ 距离通信误码率少于 １％ꎬ组网时感觉 不到延时.读写器、电子标签可以很方便地加入、退 出读写器网络ꎬ均由 ＺｉｇＢｅｅ 网络自动实现ꎬ识别时 无需方向配置.经反复试验ꎬ整个系统工作稳定可 靠ꎬ经读写器发送和接收的数据显示准确.无线通讯 距离可达１００~２００ ｍꎬ在加入功放的前提下ꎬ通讯距 离达到近 １ ０００ ｍꎬ垂直传输可穿越 ３ 层楼板ꎬ能较 好地满足幼儿园幼儿安全管理的功能需求. ５ 结束语 系统将 ＲＦＩＤ 技术和 ＺｉｇＢｅｅ 网络技术相融合ꎬ 借助 ＺｉｇＢｅｅ 网络将 ＲＦＩＤ 读写器以 Ａｄ＿Ｈｏｃ 的方式 连接起来ꎬ实现了多个 ＲＦＩＤ 协同工作.测试数据表 明上位机和读写器都可以对终端节点进行读写操作 和控制ꎬ系统工作比较稳定可靠ꎬ充分证明了基于 ＺｉｇＢｅｅ 技术的无线射频识别系统的可行性.本文所 设计的基于 ＲＦＩＤ 与 ＺｉｇＢｅｅ 的幼儿安全管理系统在 市场上尚无同类产品问世ꎬ由于技术的通用性ꎬ该系 统的研制将为其他基于 ＺｉｇＢｅｅ 无线通信技术的产 品研制开发提供可借鉴之处.该系统应用于幼儿园 幼儿管理ꎬ要达到预期目的ꎬ还有一个反复测试、调 试、完善的过程ꎬ如系统的稳定性问题ꎬ以及系统功 耗降到最低点问题等还需进一步研究. 参考文献: [１]ＫＩＭ Ｄꎬ ＧＲＡＣＩＡ￣ＬＵＡＮ￣ＡＣＥＶＥＳ Ｊ Ｊꎬ ＯＢＲＡＣＺＫＡ Ｋꎬ ｅｔ ａｌ. Ｐｏｗｅｒ￣ａｗａｒｅ ｒｏｕｔｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｄｒａｉｎ ｒａｔｅ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ａｄ ｈｏｃ ｎｅｔｗｏｒｋｓ[Ｃ] / / Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １１ｔｈ Ｉｎｔｅｒ￣ ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｎｅｔ￣ ｗｏｒｋｓ. Ｍｉａｍｉꎬ ＵＳＡꎬ ２００２: ５６５￣５６９. [２]闫保中ꎬ张帅ꎬ张宇.基于 ＲＦＩＤ 的室内人员定位系统的 设计与实现[Ｊ].应用科技ꎬ ２０１１ꎬ ３８(１１): ３９￣４２ꎬ ５３. ＹＡＮ Ｂａｏｚｈｏｎｇꎬ ＺＨＡＮＧ Ｓｈｕａｉꎬ ＺＨＡＮＧ Ｙｕ. Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＦＩＤ [ Ｊ ]. Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ ２０１１ꎬ ３８(１１): ３９￣４２ꎬ ５３. [３]梁龙ꎬ王春雪.基于 ＲＦＩＤ 和 ＺｉｇＢｅｅ 网络的分布式考勤系 统设计[Ｊ].制造自动化ꎬ ２０１２ꎬ ３４(７): １４￣１６ꎬ ７８. ＬＩＡＮＧ Ｌｏｎｇꎬ ＷＡＮＧ Ｃｈｕｎｘｕｅ. Ａ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ａｔ￣ ｔｅｎｄａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＦＩＤ ａｎｄ Ｚｉｇｂｅｅ ｎｅｔｗｏｒｋｓ [ Ｊ]. Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎꎬ ２０１２ꎬ ３４(７): １４￣１６ꎬ ７８. [４]李鸿ꎬ王林珠ꎬ谭怀忠.物联网技术在幼儿园幼儿管理中 的应用研究[Ｊ].中国教育技术装备ꎬ ２０１３(９): ７￣８. ＬＩ Ｈｏｎｇꎬ ＷＡＮＧ Ｌｉｎｚｈｕꎬ ＴＡＮ Ｈｕａｉｚｈｏｎｇ. Ａｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｋｉｎｄｅｒｇａｒｔｅｎ ｃｈｉｌｄｒｅｎ’ｓ ｓａｆｅｔｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ[Ｊ]. Ｃｈｉｎａ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈ￣ ｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎬ ２０１３(９): ７￣８. [５]刘宇ꎬ彭刚ꎬ王涛ꎬ等.一种基于 ＺｉｇＢｅｅ 技术的 ＲＦＩＤ 系统 网络构建方法[Ｊ].广西科学院学报ꎬ ２０１０ꎬ ２６(４): ４５５￣ ４５７. ＬＩＵ Ｙｕꎬ ＰＥＮＧ Ｇａｎｇꎬ ＷＡＮＧ Ｔａｏꎬ ｅｔ ａｌ. Ａｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ＲＦＩＤ ｓｙｓｔｅｍ ｎｅｔｗｏｒｋ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＺｉｇＢｅｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[ Ｊ]. Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕａｎｇｘｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ ２０１０ꎬ ２６(４): ４５５￣４５７. [６]ＬＩＵ Ｈａｉꎬ ＢＯＬＩＣ Ｍꎬ ＮＡＹＡＫ Ａꎬ ｅｔ ａｌ. Ｔａｘｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｃｈａｌ￣ ｌｅｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＲＦＩＤ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔ￣ ｗｏｒｋｓ[Ｊ]. ＩＥＥＥ Ｎｅｔｗｏｒｋꎬ ２００８ꎬ ２２(６): ２６￣３５. [７]潘盛辉ꎬ郭毅锋ꎬ潘绍明.基于 ＭＳＰ 的手持式 ＲＦＩＤ 读写 器的设计[ Ｊ].内蒙古大学学报:自然科学版ꎬ ２０１０ꎬ ４１ (３): ３４６￣３５０. ＰＡＮ Ｓｈｅｎｇｈｕｉꎬ ＧＵＯ Ｙｉｆｅｎｇꎬ ＰＡＮ Ｓｈａｏｍｉｎｇ. Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈａｎｄｈｅｌｄ ＲＦＩＤ ｒｅａｄｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＳＰ４３０[Ｊ]. Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎ￣ ｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ: Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎꎬ ２０１０ꎬ ４１ (３): ３４６￣３５０. 􀅰４７０􀅰 智 能 系 统 学 报 第 ８ 卷