CN102984823A - 物联网移动终端的多功能管理*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物联网移动终端的多功能管理***，包括RFID电子标签或IC卡的ID号或者标签中存储的数据、条码信息、图像信息、GPS定位位置信息，将这些数据和信息通过无线或有线的通讯方式与后台服务器进行数据交换，将得到的结果在手持终端上显示供人机交互。本发明将超高频RFID读写技术、NFC技术、3G综合无线通讯技术、随机延迟机制防碰撞算法、PSAM数据加密算法等进行集成，研发出能够智能化控制、超高频RFID读写、多通讯方式、实时抗干扰、GPS全球定位、条码扫描、数据加密等多种功能的RFID物联网智能终端。解决了现有物联网移动终端读写距离短、抗干扰性低、工业等级低、不适应工业恶劣应用环境、无线通讯速率低、人机交互性差等缺陷。

Description

物联网移动终端的多功能管理***

技术领域

本发明涉及一种超高频频RFID智能终端管理技术领域，具体涉及一种物联网移动终端的多功能管理***。

背景技术

当前物联网移动终端普遍存在控制模式落后、无线通讯速度慢、RFID读写距离短、抗干扰性低、人机交互性差、工业防护等级差等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题和不足，提供一种物联网移动终端的多功能管理***。

技术方案：物联网移动终端的多功能管理***，包括RFID电子标签或IC卡的ID号或者标签中存储的数据、条码信息、图像信息、GPS定位位置信息，将这些信息通过无线或有线的通讯方式与后台服务器进行数据交换，将得到的结果在手持终端上显示供人机交互。其中RFID(Radio FrequencyIdentification)为射频识别。所述手持终端包括外壳，在外壳内固定有主板，主板上设置有显示模块和显示屏，主板上还设置有操作界面和外接端口，以及设置于该外壳内部并与所述显示屏、操作界面和外接端口连接的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括微处理器，以及分别与该微处理器连接的超高频RFID读写电路模块、电源管理模块、存储器、PSAM加密芯片、3G无线通讯模块、条码模块、2D/3D图形加速和视频编码解码模块。

所述操作界面包括与微处理器连接的操作界面和与条码模块连接的读取界面。所述外接端口包括与USB管理模块连接的USB接口、与以太网模块连接的以太网接口、与电源管理模块连接的电源接口、与条码模块连接的读码器和与微处理器连接有SIM卡安全读卡模块以及SIM卡槽。电源管理模块与微处理器和电池连接，电池通过充电管理模块与充电接口连接。所述外接端口还包括与微处理器连接的GPS模块和指纹模块。

所述超高频RFID读写电路模块，包括编码模块、译码模块、CRC模块和时钟分频模块，时钟模块分别与编码模块、译码模块控制和CRC模块控制连接，编码模块和译码模块分别与CRC模块数据连接，CRC模块与天线射频模块连接。

所述3G无线通讯模块包括发射***和接受***；其中发射***包括主控制器、频率混合器、混合器、带通滤波器、功率放大器环形器和天线依次连接，并且主控制器的基带信号端与混合器直接连接；接收***中，标签的返回信号通过滤波器与功率放大器连接，功率放大器与功率分配器连接，功率分配器的两个输出端分别通过解调器和滤波器与差分放大电路连接，差分放大电路、比较器和整形电路依次连接，整形电路的输出的与编码解码电路连接。

所述电源管理模块，包括电感谐振网络、全波整流电路、限幅稳幅电路和稳压调节电路，其中电感谐振网络的两个输出端分别与全波整流电路的输入端连接，同时该两个输出的与限幅稳幅电路连接，所述全波整流电路输出的电源端分别与稳压调节电路的两个输入端连接。

与微处理器连接有SIM卡安全读卡模块以及SIM卡槽。所述微处理器为ARMA8处理器。

有益效果：本发明通过分布式结构技术对整个移动终端进行***化分布式结构，通过采用andriod嵌入式操作***作为手持终端的核心控制***，将超高频RFID读写技术、NFC技术、3G综合无线通讯技术、随机延迟机制防碰撞算法、PSAM数据加密算法等进行集成，研发出能够智能化控制、超高频RFID读写、多通讯方式、实时抗干扰、GPS全球定位、条码扫描、数据加密等多种功能的RFID物联网智能终端。

附图说明

图1是本发明物联网移动终端的多功能管理***图；

图2是本发明手持终端的框图；

图3是本发明手持终端的读写电路模块的框图之一；

图4是本发明手持终端的读写电路模块的框图之二；

图5是本发明RFID双向认证方法的框图；

图6是本发明手持终端的3G通讯模块的框图；

图7是本发明手持终端的3G通讯模块的发射***框图；

图8是本发明手持终端的3G通讯模块的接收***框图；

图9是本发明加密芯片的连接框图；

图10是本发明电源管理模块的框图；

图11是本发明软件***构架框图；

图12是本发明软件设计原理框图；

图13是本发明软件运行原理框图；

图14是本发明软件法运行流程原理框图。

具体实施方式

实施例1：参见图1，物联网移动终端的多功能管理***包括RFID电子标签或IC卡的ID号或者标签中存储的数据、条码信息、图像信息、GPS定位位置信息，并将这些信息通过无线或有线的通讯方式与后台服务器进行数据交换，将得到的结果在手持终端上显示供人机交互。其中，RFID(Radio FrequencyIdentification)为射频识别。

参见图2，所述物联网移动终端的多功能管理***包括外壳，在外壳内固定有主板，主板上设置有显示模块和显示屏，主板上还设置有操作界面和外接端口，以及设置于该外壳内部并与所述显示屏、操作界面和外接端口连接的控制电路，所述控制电路包括微处理器，以及分别与该微处理器连接的超高频RFID读写电路模块、电源管理模块、存储器、PSAM加密芯片、3G无线通讯模块、条码模块、2D/3D图形加速和视频编码解码模块。该终端的硬件采用最新的ARM A8处理器为核心，这是一款功能全面、接口丰富的嵌入式终端CPU，有着1Ghz的工作主频和1GB内存，支持视频编码解码和2D/3D图形加速，支持TV out和VGA输出，支持3G无线通讯，以及更丰富的外设接口，能适用于对性能和处理能力有更高要求的嵌入式***应用场合。本项目通过对A8处理器的资源整合和andriod***移植，通过对超高频RFID读写电路模块、电源管理模块、存储器、PSAM加密芯片、无线通讯模块、条码模块、2D/3D图形加速和视频编码解码模块等进行集成，构建出一个完整的RFID智能手持终端的硬件***，其功能特点包括：

·内核：ARM Cortex-A8

·主频：1GHz

·内存：1G Bytes DDR2

·Flash：256M Bytes SLC NAND FLASH

·支持MPEG-4/MPEG2、H.264/H263、VC-1、DivX的视频编解码1080p30fps

·支持2D图形加速，最大支持8000×8000分辨率

·支持3D图形加速(SGX540)，OGL-1.1&2.0、OpenVG1.0

·支持SD/MMC/SDIO接口存储卡，最高支持32GB

·支持JPEG硬件编解码，最大支持8192×8192分辨率

·支持TV-OUT、HDMI、VGA、DVI、LVDS、MIPI接口

·支持4个USB HOST2.0，1个USB OTG2.0和4个RS232接口

·支持2个SDIO接口(2个SD卡接口，1个T-FLASH卡接口，1个SDIO wifi接口)

·支持2个独立CAMERA接口

·支持100M以太网卡

·支持8×8矩阵键盘接口，板载美式键盘

·支持3.5寸、4.3寸多款液晶模块

·支持WIFI、3G、GPS、蓝牙、摄像头、红外等功能

由于RFID无线智能手持终端其应用场合的多样性和特殊性，在硬件平台的设计中，超高频RFID读写电路、3G通讯模块、加密芯片模块、电源管理模块是硬件***设计中最为重要的四个部分：

1)超高频RFID读写电路模块：

RFID无线智能手持终端是基于RFID技术而形成的射频识别产品，内部RFID读写模块利用射频技术读取外部射频识别标签的信息、或者将信息写入电子标签，其读写方式主要是利用计算机及网络***进行管理和信息传输。

本项目根据无线射频相关协议，包含了空气接口、物理层接口、通讯协议等方面的技术研究，将超高频RFID读写电路模块内部分为：编码模块、译码模块、CRC模块和时钟分频模块。当数据信息用过CRC模块产生后，传输至编码模块，编码模块经过时钟分频模块进行与之分析，获得准备安全的数据；当发送信息数据时，译码模块接收到ARM7处理器产生的信息数据，通过时钟分频模块进行分析译码，然后通过CRC模块产生安全数据流，最后通过天线射频进行发射信息数据，其设计原理图参见图3。

超高频RFID读写电路模块在接收和读写标签信号中，通过电路内部的编解码电路进行，通过射频调制、功率放大、滤波信号、解调、本振信号等，实现RFID信号的超高频读写，其信号内数据完整、不产生丢包的现象等发生，读写距离比现有的RFID终端提高60％以上，同时能够支持低频135HZ到微波(2.4GHZ)，其原理图参见图4。

针对于在多个RFID智能终端读写的情况下会产生碰撞、干扰等问题的情况，本项目在对二进制防碰撞搜索算法进行详细定量分析的基础上进行改进算法，设计出RFID双向认证方法，其抗干扰、防碰撞设计方案参见图5。

当多个电子标签同时进入读写器的射频范围内时，它们将同时响应读写器的命令并返回自身的ID信息，通过RFID双向认证将同等长度的ID符号进行选择性的排序，有效的降低了队列的拥塞，减少读写器访问电子标签的次数以达到快速定位和可信识别的目的，实现了项目的高抗干扰、防碰撞，确保了读写的过程稳定。

2)通讯模块：

本项目在通讯方式的选择上，采用3G无线通讯方式，支持wCDMA和EVDO、TD三种不同制式，可根据不同应用的需求和当地网络环境而灵活选择。第三代移动通信***(3G)被国际电信联盟ITU定名为IMT-2000(国际移动通信2000年)，其目的在于以全球统一的频率和标准、实现全球漫游和提供各种宽带业务。IMT-2000无线传输使用2000MHz频段，两个工作频段为1885～2025MHz和2110～2200MHz，两段带宽总共230MHz，其中，1980～2010MHz和2170～2200MHz用于卫星通信。IMT-2000数据传输速率要求在室内环境达到2Mb/s，室外步行环境达到384kb/s，室外车辆中达到144kb/s，卫星移动环境中达到96kb/s，能提供目前PSTN/ISDN和其他公网的大多数业务和有移动通信附加业务以及通用个人电信(UPT)业务。

3G的功能模型及接口参见图6。

3G移动通讯具有以下特点：

1)全球性标准和***(两大阵营：欧洲GSM MAP的3GPP、美国ANSI-41的3GPP2)；

2)业务多样性(话音、数据、图象、多媒体、Internet接入等)和可变性(按需分配带宽)；

3)高比特率分组数据，速率：144kb/s～2Mb/s；

4)兼容性：能与各种移动通信***融合，互连互通，便于2G平滑演进，过渡到3G；

5)保密、安全、易操作。

无线通讯质量的好坏主要取决于信号的发射与接收，本项目对发射和接收进行优化设计，其原理如下：

A)发射部分：发射部分由ARM主控器设定工作频率，通过功率分配器进行分配后，利用编解码电路进行编码后传输，并经过混频器、功率放大器等进行混频和放大处理，最后信号通过环形器传输至射频天线进行发射，参见图7：

B)接收部分：

接收部分主要通过环形器将天线接收的标签信号送至带通滤波器、信号放大器进行滤波和放大，并通过功率分配器、解调电路等进行处理后，利用电压比较器还原标签信息的基带信号，经过整形后送至编解码电路解码处理，参见图8。

3)加密芯片：

信息数据和通讯加密，主要是通过对网络中传输信息和通讯进行数据加密来保证其安全性，是一种主动安全防御策略，通过有效的手段为信息数据和通讯提供强大的安全保护。RFID智能终端其应用的行业其要求着对于信息安全级别相对较高，本项目针对于RFID智能终端中，优化设计加密芯片。

加密芯片采用PSAM终端安全技术结合XTMA加密算法进行内部电路设计，将程序存储器、数据存储器和IS07816通讯接口等功能进行集成，项目根据基于XTMA算法编解码过程的相似性，采取编码器与解码器使用相同电路结构的形成来进行节省电路面积消耗，通过mode来控制编解码器的工作状态(编码状态或解码状态)。电路的核心部分是一个状态机，通过状态控制器来控制电路的状态，根据相应的状态，数据通道控制整个电路的数据交换，开辟一定的缓存区间存储编、解码过程中必要的一些中间数据信息。参见图9。

4)电源管理模块：

RFID智能终端的硬件需要保持稳定性、可靠性，要求着其对于电源的利用与管理需要合理的进行，本项目针对于RFID智能终端目前能耗、能源供应稳定的难题，设计电源管理模块，对RFID智能终端进行了合理的电源分配和良好的电路去耦。

电源管理模块采用低功耗耦合技术进行优化设计，通过控制电路中差模辐射、共模辐射和合理布局走线，缩小单元电路的尺寸，减少单元版图面积，经过最优化最简单的逻辑实现电路功能，使得RFID智能终端拥有低功耗、低成本、稳定的电源产生电路，并且能够良好的对功耗进行严格控制，其***架构参见图10。

软件***：

为改变传统的手持终端软件直接作用于硬件的操作方式，本项目采用android嵌入式操作***作为手持终端的基础操作平台。Android是Microsoft公司针对手持终端开发的操作平台，其包括底层操作***Android及上层驱动和应用等，Android的几个版本都内置一系列针对Android开发用户应用程序和***硬件驱动。其***架构如图11所示。

图11中，第一层：Linux操作***和驱动(Linux kernel)：由C语言实现。

Android核心***服务依赖于Linux2.6内核，包括：安全性、内存管理、进程管理、网络协议、驱动模型。Linux内核也作为硬件和软件栈之间的抽象层。

除了标准的Linux内核外，Android还增加了内核的驱动程序：Binder(IPC)驱动、显示驱动、输入设备驱动、音频***驱动、摄像头驱动、WiFi驱动、蓝牙驱动、电源管理。

第二层：本地框架和Java运行环境(LIBRARIES和ANDROID RUNTIME)

本地框架是有C/C++实现。包含C/C++库，被Android***中不同组件使用，它们通过Android应用程序框架为开发者进行服务。

第三层：Android应用框架(ANDROID FRAMEWORK)

在Android***中，开发人员也可以完全访问核心应用程序所使用的API框架。

第四层：Android应用程序(APPLICATIONS)

基于Android的移动设备为企业提供了优秀的行业应用平台，它可以提供广泛的可选硬件、强大的开发工具和长效的电池使用时间。基于Android的设备让企业用户在外出时仍然可以处理自己的工作，让用户能够通过扩充设备满足不断变化的企业需求。现在，移动用户对数据信息访问的需求增长非常明显。包括Internet在内的新型数据源，可以通过移动的网络连接供给更多用户访问。

作为一个开放的操作***，Android为开发人员提供了很多便利。开发人员可以基于Android开发自己的Android应用程序。Android4.0彻底消除了Smartphone和Pocket PC以及其他不同的移动设备之间的差距，不论硬件的速度、屏幕分辨率和存储器容量有多大差别，Android5.0都可以为其方便地进行定制，以适应各种不同的应用场合。

Android是为各种嵌入式***和产品设计的一种压缩的、高效的、可升级的操作***。在Android产品的开发中，有两个重要的方面，一个是内核定制，一个是应用程序的开发。

Android并不是一个通用的安装版操作***。在形形色色的嵌入式硬件设备世界里，一款Android***通常只会针对某一种硬件平台生成。所以，必须根据自己的硬件平台和应用场合定制CE。操作***移植步骤为：1)对操作***进行裁减，配置各个组件并且修改相关的配置文件；2)开发目标设备***上的设备驱动程序，建立定制的CE操作***映像文件；3)将目标文件下载到目标设备上进行调试；4)定制操作***内核后，导出平台SDK。

针对于RFID智能终端的应用的各个行业特性，软件***分为三部分，分别为：应用软件接口部分、读写器控制部分和数据处理部分，其设计原理参见图12。

1)应用软件接口部分：

该部分是软件***的最顶层，主要完成与上位机的信息交互，包括上位机传来的命令的解析和返回给上位机信息的处理等。上位机应用程序包括数据库模块、图形界面模块等子模块，通过该部分，上位机软件可以控制读写器的发射功率、协议控制、数据信息显示等。

2)读写器控制部分：

本部分包含协议处理模块、射频控制模块、参数配置模块等，主要是接受上位机发送读写器控制命令，对其进行解析，向射频控制模块发送控制命令，主要包括读写命令和参数配置命令。读写命令主要包括盘存、读、写、LOCK、KILL等命令。这部分是***的核心，该部分主要完成18000-6C协议的防碰撞算法和18000-6B协议的编码、CRC检验以及防碰撞算法等。该部分还要与其他部分进行通信，才能完成对标签的处理过程。在不同的应用环境，需要灵活地配置不同的参数，如读写器的发射功率、调制方式和返回链路的数据速率等。该部分从应用软件接口部分获得配置的参数，当配置完成后，读写器会返回配置的结果。

3)数据处理部分：

数据处理部分主要为数据处理模块，是接受上位机发送读写器控制命令，对其进行解析，向射频控制模块发送控制命令，主要包括读写命令和参数配置命令。读写命令主要包括盘存、读、写、LOCK、KILL等命令。这部分是***的核心，该部分主要完成18000-6C协议的防碰撞算法和18000-6B协议的编码、CRC检验以及防碰撞算法等。该部分还要与其他部分进行通信，才能完成对标签的处理过程。在不同的应用环境，需要灵活地配置不同的参数，如读写器的发射功率、调制方式和返回链路的数据速率等。该部分从应用软件接口部分获得配置的参数，当配置完成后，读写器会返回配置的结果。

软件***在运行过程中，主要完成***初始化、读写器参数配置、读写标签以及写标签操作等，当上位机应用程序来发一个命令时，RFID智能终端中读写模块首先会在应用程序接口模块中解析命令，判断命令是读写命令还是参数配置命令，其运行原理如图13。

在读写算法方面，针对于二进制搜索算法读写速度相对较慢的缺陷，对二进制搜索算法进行优化和改进，使得RFID智能终端能够保证射频天线辐射范围内所有标签进行快速、有效的识别，能够支持从低频135HZ到微波(2.4GHZ)的各类频率信号，其算法运行流程原理图如图14。

Claims (10)

1.一种物联网移动终端的多功能管理***，包括RFID电子标签或IC卡的ID号或者标签中存储的数据、条码信息、图像信息、GPS定位位置信息，将这些数据和信息通过无线或有线的通讯方式与后台服务器进行数据交换，将得到的结果在手持终端上显示供人机交互；其特征在于，所述手持终端包括外壳，在外壳内固定有主板，主板上设置有显示模块和显示屏，主板上还设置有操作界面和外接端口，以及设置于该外壳内部并与所述显示屏、操作界面和外接端口连接的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括微处理器，以及分别与该微处理器连接的超高频RFID读写电路模块、电源管理模块、存储器、PSAM加密芯片、3G无线通讯模块、条码模块、2D/3D图形加速和视频编码解码模块。

2.根据权利要求1所述的管理***，其特征在于，所述操作界面包括与微处理器连接的操作界面和与条码模块连接的读取界面。

3.根据权利要求1所述的管理***，其特征在于，所述外接端口包括与USB管理模块连接的USB接口、与以太网模块连接的以太网接口、与电源管理模块连接的电源接口、与条码模块连接的读码器和与微处理器连接有SIM卡安全读卡模块以及SIM卡槽。

4.根据权利要求1所述的管理***，其特征在于，电源管理模块与微处理器和电池连接，电池通过充电管理模块与充电接口连接。

5.根据权利要求1所述的管理***，其特征在于，所述外接端口还包括与微处理器连接的GPS模块和指纹模块。

6.根据权利要求1所述的管理***，其特征在于，所述超高频RFID读写电路模块，包括编码模块、译码模块、CRC模块和时钟分频模块，时钟模块分别与编码模块、译码模块控制和CRC模块控制连接，编码模块和译码模块分别与CRC模块数据连接，CRC模块与天线射频模块连接。

7.根据权利要求1所述的管理***，其特征在于，所述3G无线通讯模块包括发射***和接受***；其中发射***包括主控制器、频率混合器、混合器、带通滤波器、功率放大器环形器和天线依次连接，并且主控制器的基带信号端与混合器直接连接；接收***中，标签的返回信号通过滤波器与功率放大器连接，功率放大器与功率分配器连接，功率分配器的两个输出端分别通过解调器和滤波器与差分放大电路连接，差分放大电路、比较器和整形电路依次连接，整形电路的输出的与编码解码电路连接。

8.根据权利要求1所述的管理***，其特征在于，所述电源管理模块，包括电感谐振网络、全波整流电路、限幅稳幅电路和稳压调节电路，其中电感谐振网络的两个输出端分别与全波整流电路的输入端连接，同时该两个输出的与限幅稳幅电路连接，所述全波整流电路输出的电源端分别与稳压调节电路的两个输入端连接。

9.根据权利要求1所述的管理***，其特征在于，与微处理器连接有SIM卡安全读卡模块以及SIM卡槽。

10.根据权利要求1所述的管理***，其特征在于，所述微处理器为ARM A8处理器。

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