摘 要：射频设别由于技术不断成熟，成本不断降低，近年来得到了广泛应用。有源RFID传输距离远，可以主动上报，无源超高频RFID标签价格低廉，结合有源和无源技术的双频RFID系统具备人工巡查、自动上报、异常上报和精确定位等功能，将该系统应用于市政窖井盖管理，能有效提升城市综合管理的效率和水平，减少人员伤亡和财产损失。
关键词：射频识别；有源RFID；超高频；窖井盖管理
中图分类号：TP274 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-0031-02
0 引 言
市政工程是关系民生的大工程，在推进智慧城市建设的过程中，市政设施的智能化也是推进过程中的重要组成部分之一。随着射频识别（Radio Frequency Identification， RFID）技术的日益成熟，RFID应用已经渗透到生活中的每一个角落。RFID按供电方式，可以划分为有源和无源两大类，按频率，可以分为低频、高频、超高频和微波四大类。本方案充分利用了有源2.4 GHz RFID传输距离远和无源超高频RFID标签成本低廉、无需供电的特点，设计了一种运行可靠、成本低廉的双频RFID系统方案，并将其运用于市政系统的窖井盖，实现了窖井盖定时上报、异常移位上报和人工巡检路径规划等完整的功能。由于人为和自然因素，市政工程中的窖井盖管理一直是个棘手的问题[1]，本系统有效地解决了窖井盖缺失后可能造成的人员伤亡和财产损失。
1 系统方案概述
本方案的系统框图如图1所示。整个方案由RFID子系统和后台业务系统两大部分组成。其中，RFID子系统涉及到的设备包括双频RFID卡，有源RFID一体式阅读器，手持式超高频RFID手持机，正常情况下，双频RFID卡每隔1小时主动发送握手信号给一体式阅读器，一体式阅读器收集信息后将数据发送给后台服务器，工作人员可以通过监控终端查看所有窖井盖的情况。手持机用于人工例行检查，工作人员按手持机设定的路线进行巡检，并记录异常情况。当窖井盖被异常搬动时，双频RFID卡将实时把异常信息发送给一体式阅读器，一体式阅读器实时把异常信息转发给后台服务器分析[2]。
由于有源RFID的读取距离可以很远，因此，一个一体式阅读器可以管理许多个窖井盖，有效地节约了方案成本。
2 RFID双频子系统
2.1 标签设计
本方案采用无源超高频和有源2.4 GHz相结合的射频方案。标签采用一块标准CR2032纽扣电池供电，容量240 mAh。标签中无源超高频部分在系统中主要用于人工巡检和标签信息的存储。而有源部分主要实现信息的定时上报和异常上报。标签的结构图如图2所示。
无源超高频部分采用IMPINJ公司的Monza? X-2K型芯片，该芯片具备2 716 b用户存储单元，并且提供了同MCU进行通讯的IIC接口。有源RFID部分采用了NORDIC公司的nRF24LE1芯片充当系统主控，并完成2.4 GHz射频发射工作，该芯片是一款在一个极小封装中集成了包括2.4 GHz无线传输，增强型51 FLASK高速单片机，丰富外设及接口等的单片FLASK芯片，性价比极高，很适合应用于各种2.4 GHz的产品设计[3-5]。同时，采用实时时钟芯片完成系统的定时唤醒。磁控开关则用于标签的异常唤醒，当窖井盖被移动时，磁控开关闭合，标签被唤醒。根据窖井盖管理需求，包括标签ID号、窖井盖类别、窖井盖所属地区等标签信息存储于Monza? X-2K芯片中。标签的信息帧由前导码、时间戳、ID号、区域号、类别号、序号、信息类别、电池电压和校验码组成。
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