浅谈RFID系统的组态管理软件设计

　　引言

　　随着技术不断革新，RFID产业已进入了成长期。射频识别技术（Radio Frequency Identification，缩写RFID），射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型（初级与次级之间的能量传递及信号传递），在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机）。1948年哈里斯托克曼发表的"利用反射功率的通信"奠定了射频识别技术的理论基础。

　　本文参考了国内外几个着名的组态软件产品，采用ActiveX技术开发RFID组态管理软件，ActiveX是Microsoft提出的一组使用COM（ComponentObjectModel，部件对象模型）使得软件部件在网络环境中进行交互的技术集。它与具体的编程语言无关。作为针对Internet应用开发的技术，ActiveX被广泛应用于WEB服务器以及客户端的各个方面。同时，ActiveX技术也被用于方便地创建普通的桌面应用程序。

　　1 RFID技术

　　射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。近年来随着科学技术的进步，RFID在生产制造管理、物流配送管理、医药管理等领域得到广泛的应用。一般的RFID系统由硬件、软件和基本的数据格式与通信协议组成。硬件包含电子标签（Tag）、读写器（Reader）和天线三部分。RFID读写器通过天线与RFID电子标签进行无线通信，实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和甚高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品，而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。其中感应器有无源和有源两种方式。

　　2 RFID组态管理软件的功能分析

　　（1）RFID组态管理软件的开发背景

　　，标签和读写器之间有多种通信协议，目前已确定的标准就有ISO14443、ISO15693、ISO18000等，这造成了当前各厂商的读写器的型号有很多，在RFID系统中对RFID读写器进行配置时很不方便；第二，许多公司的RFID读写器配置软件和业务过程监控软件是两套软件，软件的利用率低。

　　（2）RFID组态管理软件的功能分析

　　RFID组态管理软件基于Windows平台，通过人机交互，可快速构造和生成监控系统。它可支持不同型号RFID读写器的配置和管理，支持多个RFID读写器的同时访问。另外可提供生产流通过程的数据采集和信息管理。

　　RFID组态管理软件的主要性能指标为：在中文Windows下运行；多任务，多线程；多配置RFID读写器的数目为1000；监控界面完整显示时间不大于2秒；支持语音报警；支持报表生成。

　　3 RFID组态管理软件的开发工具

　　目前组态软件的开发多用VisualC++、VisualBasic和Delphi。在RFID的组态管理软件中采用VC++6.0。VC++6.0是面向对象的编程语言，它提供的MFC类库很好地封装了WindowsAPI函数，充分利用类的继承性、封装性、多态性，用户可方便的设计自己需要的类。

　　数据库采用SQLServer2000。SQLServer2000完全运行于Microsoft的Windows操作环境下，是一个高性能的数据管理系统。SQL功能强大且操作简单，能够提供安全可靠的存储功能。利用VC提供的ADO、ODBC等接口可方便实现对SQL数据库的操作。

　　4 RFID组态管理软件的功能实现及其关键技术

　　RFID组态管理软件采用模块化设计，模块与模块之间尽量独立，接口尽量简单。针对RFID组态管理软件的要求，将其划分为图形绘制模块、数据库管理模块、通信模块、其它模块（报警、报表等）。RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作， 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用。通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流，可作供电电压使用。 磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快。

　　图1　软件体系结构图

　　（1）　图形界面模块

　　GUI 是 Graphical User Interface 的简称，即图形用户接口，通常人机交互图形化用户界面设计经常读做“goo-ee”，准确来说 GUI 就是屏幕产品的视觉体验和互动操作部分。GUI 是一种结合计算机科学、美学、心理学、行为学，及各商业领域需求分析的人机系统工程，强调人—机—环境三者作为一个系统进行总体设计。这种面向客户的系统工程设计其目的是优化产品的性能，使操作更人性化，减轻使用者的认知负担，使其更适合用户的操作需求，直接提升产品的市场竞争力。 　　GUI 即人机交互图形化用户界面设计。纵观国际相关产业在图形化用户界面设计方面的发展现状，许多国际公司早已意识到 GUI 在产品方面产生的强大增值功能，以及带动的巨大市场价值，因此在公司内部设立了相关部门专门从事 GUI 的研究与设计，同业间也成立了若干机构，以互相交流 GUI 设计理论与经验为目的。随着中国 IT 产业，移动通讯产业，家电产业的迅猛发展，在产品的人机交互界面设计水平发展上日显滞后，这对于提高产业综合素质，提升与国际同等业者的竞争能力等等方面无疑起了制约的作用。

　　图形界面的功能包括：①能够进行简单图形的绘制，如直线、任意形状的线条、文字等；②用户可设置图形的属性，如图形边线的颜色、线条的粗细、图形的填充色等；③用户对图形的操作，如移动位置、复制、任意缩放大小等；④可添加ActiveX控件；⑤完成所有的外部事件，如鼠标、键盘等的处理，可自动刷新屏幕来显示更新；⑥简单的动画处理。

　　在RFID组态管理软件中，我们会经常对不同型号的RFID读写器进行配置，为了满足不同的需求，在图形界面模块中我们添加了RFID读写器控件的设计。ActiveX是基于组件对象模型的一种技术，将OLE技术和OCX技术融为一体。采用ActiveX技术开发RFID读写器控件，扩充了组态软件的功能，使配置读写器变得简单，软件升级更加方便。

　　表1　RFID读写器控件的主要属性

　　（2）数据库模块

　　数据库是整个组态软件的部分。数据库模块提供对RFID读写器的数据的采集、存储和处理。为了提高数据库的读写速度，将数据库分为实时数据库和历史数据库两部分。实时数据库保存从RFID读写器读出的实时值，并定时将实时数据写入历史数据库中。历史数据库则完成历史报表的生成和历史信息的查询。

　　在RFID组态管理软件中采用ADO标准数据库访问方式。ADO （ActiveX Data Objects） 是一个用于存取数据源的COM组件。它提供了编程语言和统一数据访问方式OLE DB的一个中间层。允许开发人员编写访问数据的代码而不用关心数据库是如何实现的，而只用关心到数据库的连接。访问数据库的时候，关于SQL的知识不是必要的，但是特定数据库支持的SQL命令仍可以通过ADO中的命令对象来执行。ADO被设计来继承微软早期的数据访问对象层，包括RDO （Remote Data Objects） 和DAO（Data Access Objects）。在VC++6.0中ADO接口的实现：

　　pConn.CreateInstance（__uuidof（ADODB::Connection））；//创建Connection对象

　　pCommand.CreateInstance（__uuidof（ADODB::Command））；

　　pRecordset.CreateInstance（__uuidof（ADODB::Recordset））；//创建记录集对象

　　pConn->ConnectionTimeout=90;

　　pConn->Mode=adModeReadWrite;//|adModeShareDenyNone;

　　_bstr_tconn="DSN=product;UID=sa;PWD=123456";//设置连接字符串，

　　DSN值为企业数据库名称

　　pConn->Open（conn,"","",-1）；

　　（3）通信与数据处理模块

　　由于人机界面要与多个RFID读写器及其它的I/O接口进行数据交换，提供实时监控的环境，所以对系统的并发能力有特别的要求。如果只采用单线程来进行处理，速度慢，会有明显的时间等待等问题，因此应采用多线程技术来满足实时监控的要求。

　　在RFID组态管理软件中主要运用了三个线程：主线程、串行通信数据采集线程pRcvDataThread、数据存储线程pRcvBufThread。主线程为用户接口线程，由系统自动生成，负责系统的运行和信息的处理，使程序能迅速响应命令和其它事件。串行通信数据采集线程pRcvDataThread，为辅助线程，负责接收或发送数据，并按照通信协议对数据进行解析处理。

　　intRFIDThread_ReceiveDevBuf（intnType）；//当与RFID读写器通讯连接时，启动pRcvDataThread

　　{

　　if（nType==0）//启动

　　{

　　if（pRcvDataThread==NULL）

　　{

　　pRcvDataThread=AfxBeginThread（RFID_RcvThread,NULL）；

　　pRcvDataThread->m_bAutoDelete=true;

　　}

　　Sleep（500）；

　　}

　　elseif（nType==1）//停止

　　{

　　for（inti=0;iTerminateThread（pRcvDataThread[i],0）；

　　}

　　……

　　return0;

　　}

　　UINTRFID_RcvThread（LPVOIDlParam）；//如果启动了pRcvDataThread，终端机上传数据，解析收到的数据

　　UINTRFID_DealRcvBufThread（LPVOIDpParam）；//如果启动了pRcvBufThread，存储收到的数据

　　（4）其它模块

　　报表生成模块、报警模块和权限设置模块，这些模块的设计与普通软件设计大同小异，在此不再赘述。

　　5结束语

　　本文作者创新点在于采用组态技术开发RFID系统管理软件，它将RFID读写器的配置软件和生产流通过程的监控软件合二为一，不仅能够方便地构建RFID系统现场，而且还能够将RFID技术与公司原有的信息系统进行无缝连接。另外采用ActiveX技术开发RFID读写器控件，能够方便的配置RFID读写器，使得公司的信息系统能够和新的RFID读写器连接起来，保证了软件的灵活性。