2、系统硬件设计
系统硬件部分主要包括标签和阅读器.标签的硬件构成如图2所示.它集成微处理器.电源管理模块.数据存储模块.射频通信模块和数据采集接口于一体.根据数据采集接口中使用传感器的不同，标签可以划分为不同的类型.在本系统使用了两种类型标签，电能计量标签和环境监测标签。
图2 标签的硬件构成图
电能计量标签的数据采集接口基于美国凌云逻辑公司的单相双向电能芯片CS5460A.该芯片符合IEC.JIS 工业标准，能够测量瞬时电压.瞬时电流.瞬时功率，同时具有相位补偿及系统自动校准功能[8].与用电设备插头相连的电能计量标签采集电压信号及电流信号，采集的电压.电流信号通过相应的互感器之后进入流/ 压变换电路，作为CS5460A 电能采集芯片的输入.CS5460A进行电能计量，通过串行外设接口 (SerialPeripheral Interface, SPI) 与微处理器进行数据交互。
环境监测标签在本系统中主要用来监测家庭环境信息，其子类别包括温度采集标签.湿度采集标签.烟雾浓度采集标签和煤气浓度采集标签.它们的功能原理都是实时采集环境参数，通过与微处理器内置的基准参数比对，获得趋近于实际环境情况的参数值.微处理器内部还可以预设范围阈值，当采集的参数超过阈值范围时，就可以得到报警信号。
微处理器将数据采集接口采集到的信号按照一定的编码规则进行整合与处理，将整合之后的数据通过射频通信模块以射频信号方式发射出去.接收时再按照与编码规则相同的解码规则对数据进行解码。
读卡器作为数据交换的一环，将前端标签采集的家庭现场环境信息传递给后端的计算机网络.一方面，通过天线与标签进行无线通信，实现读取标签采集的数据和设置标签的设备参数.另外一方面，读卡器又通过计算机网络与上位机系统相连，转发接收到的标签信息，由上位机系统实现对标签数据的存储.管理和控制。
本系统使用的读卡器使用2.4 GHz 微波与标签双向通信，预留RS232.RJ45 接口.读卡器配置TCP Server.TCPClient.UDP 以及COM 协议栈，上位机系统可以方便选择一种协议栈接收读卡器转化的标签数据.为了实现同时对多个标签进行识别，读卡器执行防碰撞算法.该读卡器还内置两个继电器，继电器可以与电源开关相连，也可以与报警器相连。
当系统中出现紧急情况时，触发继电器断开电源开关或者触发外部报警器提醒用户，从而保障用电安全。
