3 图3-4较好的扫描效果 3.3 扩展功能
本系统RFID节点的主要工作是完成图书的实时定位，以帮助图书馆管理员确定是否有图书错架情况，并及时加以改正。这些节点的建立，在完成此项工作之外，仍大有发展前景，下面介绍几个扩展功能，如有需要，可以很方便地实现这些要求。
（一）现在图书馆最常用的排架方法是分类排架法，分类排架的直接依据是排架号。排架号又称索引书号，是每种文献在整个藏书体系中所处空间位置的代号。这种排架方法的优点是图书位置固定，并分门别类放置，读者可以根据查出的索书号方便地找到需要的图书。但它也有弊端，有些书阅读量很大，需求量也大，而有些书根本无人问津，导致很多人都去同一个地方找书，而其他地方却无人涉足。现在有一种新型的图书排架方法，按照“分类目录细分、分类排架粗分”的原则，根据各类图书的数量及更新程度预留一定的架位。每类图书按所给分类号排架时只需根据书籍册数的多少来确定排架类目的级数。
在本系统中，简单来讲，就是大的类别分开，同一类别下不必按原来的顺序放置，可以把新书、阅读量大的书放在最显眼的位置，在借书的过程中也可以任意改变它的位置，目的就是方便借阅。通过读者不断的筛选，很快就能分别开受欢迎的书和受冷落的书，图书馆也可将其作为下次购书的参考。而这一排架方式必须以图书定位系统为基础，如果没有图书定位系统，此种排架方法势必混乱不堪，根本无法确定图书的位置。
（二）改进型的图书借阅方式。现在的自动借书机都安排在出口附近，一旦人员密集，比如下课时分，很容易出现排队借书的情况。另一方面，读者还书后往往是把书放在借书机旁边的书架上，这些书最后还需要工作人员一一送回原处，这是一件很繁琐的事情。将本系统进行改进，可以实现在每一个书架都可以借书，在每一个书架都可以还书（还书仅适用于上一条所述的新型排架方法），这样完
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全解放了工作人员，大大发挥了读者的能动性，给图书馆营造了良好的氛围。其中，借书依靠每个书架的RFID即可完成，方法是扫描想借的书和本人的学生卡，操作步骤可以和原来的借书机完全相同。还书需要读者至少找到该书所属的大类，然后在任意一个有空位的书架扫描书本，放好位置即可。
（三）对某些区域做人流量统计。如果图书馆有此方面的需要，可以在需要做流量统计的地方安置超高频RFID装置，通常学校的读者都会随身携带学生卡，此学生卡经过RFID的扫描区域时便会被读取，当然，读者的隐私不会泄露，读取到的只是该学生卡的标签号码，并无实际意义。用此方法记录该区域经过的人流量，既方便又安全。
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第四章Zigbee节点设计
4.1 Zigbee通讯技术
4.1.1 概述
Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。
ZigBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。ZigBee网络中的设备可分为协调器(Coordinator)、汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)等三种角色。
图4-1 Zigbee商标
与此同时，中国物联网校企联盟认为：Zigbee作为一种短距离无线通信技术，由于其网络可以便捷的为用户提供无线数据传输功能，因此在物联网领域具有非常强的可应用性。图4-1是Zigbee的宣传图片。 4.1.2 特性
（1）低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24
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个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。
（2）低成本。通过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。
（3）低速率。ZigBee工作在20～250kbps的速率，分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kbps(915 MHz)和20kbps(868 MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。
（4）近距离。传输范围一般介于10～100m之间，在增加发射功率后，亦可增加到1～3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。
（5）短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3 s。
（6）高容量。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000 个节点的大网。
（7）高安全。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用访问控制清单(Access Control List, ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128)的对称密码，以灵活确定其安全属性。
（8）免执照频段。使用工业科学医疗(ISM)频段，915MHz（美国）868MHz（欧洲），2. 4GHz（全球）。 4.1.3 组网通信方式
ZigBee技术所采用的自组织网是怎么回事，举一个简单的例子就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人持有一个ZigBee网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会
图4-2Zigbee网络
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发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。图4-2展示了Zigbee的组网方式。
网状网通信实际上就是多通道通信，在实际工业现场，由于各种原因，往往并不能保证每一个无线通道都能够始终畅通，就像城市的街道一样，可能因为车祸，道路维修等，使得某条道路的交通出现暂时中断，此时由于我们有多个通道，车辆（相当于我们的控制数据）仍然可以通过其他道路到达目的地。而这一点对工业现场控制而言则非常重要。
4.2 Zigbee无线网络在本系统中的应用
4.2.1 Zigbee选型
目前的基于ZigBee的硬件平台方案主要分为三大类，一种是基于MCU加上射频IC构成的组合方案，例如MSP430单片机加上TI的CC2420芯片构成的ZigBee硬件平台，这属于第一代的ZigBee硬件方案；第二种的ZigBee方案的发展趋势是将射频与处理器结合构成单芯片组的模式，关于ZigBee的开发部分都在一块芯片上完成。第三种方案是单芯片集成内置ZigBee协议栈及外挂存储芯片模式。
目前市场上主要ZigBee芯片提供商（2.4GHZ），主要有Chipcon（已被TI收购）、EMBER（已被ST收购）、JENNIC（捷力，已被NXP收购）、Freescal、ATMEL和MICROCHIP五家。ZigBee技术的提供方式三种常用方案有:
（1）ZigBeeRF+MCU:例如:TI的CC2420+MSp430、Freescal的MC13XX+eT60 MICROCHIP的MJ2440+PIC 4620等。
（2）单芯片集成的SoC如:TI的CC2430/CC2431(8051内核)、FREESCALE、 MC1321X、EM250等。
（3）单芯片内置ZigBee协议栈+外挂芯片：JENNIC SoC+EEPROM、EMBER260+MCU等。
目前市场上可用的基于2.4GHz的ZigBee方案比较多，TI、Freescal、Atmel、NXP等都有推出自己的成熟产品，现针对一些主流的芯片的相关参数进行比较。表4-1所示为目前主流的ZigBee单芯片方案的主要参数比较。
表4-1目前主流ZigBee单芯片方案比较
各厂商及芯片型号 工作频率（Hz） 频段数 无线速率（Kbit/s） 发射功率（dBm） 接收灵敏度
Jennic（NXP） (JN5148) 2.4~2.485G 16 250 TI（Chipcon） (CC2530) Freescal (MC13192) EMBER (EM260) ATMEL (LINK-23X) ATMEL (Link-212) 2.4~2.485G 16 250 2.4~2.485G 16 250 2.4~2.485G 16 250 2.4~2.485G 16 250~2000 779~928M 4 20~1000 +2.5 -97 +4.5 -97 +3.6 -92 - 14 -
+3 -97 +3 -101 +10 -110