RFID身份碼發(fā)射器硬件設(shè)計(jì)

RFID作為一種新型自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種人員定位系統(tǒng)，如礦山礦井的井下人員定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)的成功研制與廣泛應(yīng)用，有利于減少各種礦難中井下人員的傷亡，便于了解井下人員的即時(shí)動(dòng)態(tài)情況。

　　身份碼發(fā)射器作為井下人員定位系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分，其工作原理及硬件設(shè)計(jì)方案的選擇直接影響到整個(gè)人員定位系統(tǒng)的功能及成本。下面就此系統(tǒng)部分提出一種硬件設(shè)計(jì)的可能性。

　　1 RFID技術(shù)在身份碼發(fā)射器中的應(yīng)用

　　RFID技術(shù)（中文又稱射頻識(shí)別技術(shù)）是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的信息傳遞和信息識(shí)別從而達(dá)到雙向通信數(shù)據(jù)交換的識(shí)別技術(shù)。典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)主要包括身份碼發(fā)射器（內(nèi)有射頻識(shí)別卡）和身份碼接收器（內(nèi)有閱讀器）兩個(gè)部分。

　　身份碼發(fā)射器將幾個(gè)主要模塊集成到一塊芯片中，芯片上有EEPROM 用來(lái)儲(chǔ)存識(shí)別碼或其它數(shù)據(jù)。EEPROM容量從幾比特到幾萬(wàn)比特。芯片外圍僅需連接天線（無(wú)源電子標(biāo)簽還需要電池），完成與身份碼接收器的通信u］。與條碼、磁卡等傳統(tǒng)的接觸式識(shí)別技術(shù)不同的是，RFID技術(shù)支持的射頻識(shí)別卡具有非接觸式的特點(diǎn)，能用于較惡劣的環(huán)境，并且由于是無(wú)線傳輸，能辨識(shí)靜止和運(yùn)動(dòng)的物體，可以作為井下人員的身份標(biāo)識(shí)卡。

　　2 身份碼發(fā)射器所屬系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)

　　身份碼發(fā)射器所屬的整個(gè)系統(tǒng)見(jiàn)圖1，工作原理如下：身份碼接收器上安裝的發(fā)射天線發(fā)出無(wú)線電加密信號(hào)，激活身份碼發(fā)射器，以便向外發(fā)送高頻載波信號(hào)，而后，身份碼接收器上的接收天線負(fù)責(zé)接收發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)后，通過(guò)RS485接口向上傳給傳輸適配器，由其確認(rèn)有效的信息后經(jīng)RS232接口傳遞給上位機(jī)。而身份碼發(fā)射器在系統(tǒng)中所屬的地位，正好是第一步。

　　發(fā)射器一般安裝在井下工作人員的礦工帽或腰帶上，形成移動(dòng)的被監(jiān)測(cè)體。而身份碼定位監(jiān)測(cè)站則根據(jù)具體的監(jiān)控區(qū)域放置不同的數(shù)量。傳輸適配器和上位機(jī)都安裝在井上，方便工作人員及時(shí)統(tǒng)計(jì)了解井下情況。

　　圖1 井下人員定位系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

　　3 身份碼發(fā)送數(shù)據(jù)的方式

　　針對(duì)以上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，發(fā)射器設(shè)計(jì)的核心就是將內(nèi)部識(shí)別卡的信息完整地傳送給接收器，和其他的數(shù)據(jù)傳輸方式相比，身份碼發(fā)射器每次需要傳送的數(shù)據(jù)量并不是很大，設(shè)計(jì)時(shí)第一步要考慮的是選擇與之相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送調(diào)制方式。針對(duì)本系統(tǒng)的特性，決定選用二進(jìn)制頻移鍵控（FSK）電路，綜合考慮誤碼率、頻帶利用率、信噪比，都完全適用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。圖2 是頻移鍵控相干解調(diào)的工作流程圖。

　　圖2 頻移鍵控相干解調(diào)系統(tǒng)流程圖

　　4 發(fā)射器的內(nèi)部芯片設(shè)計(jì)

　　4．1 通信芯片CC1000

　　CC1000 是一種理想的超高頻單片收發(fā)芯片，其主要工作參數(shù)能通過(guò)串行總線接口編程改變。通常典型的系統(tǒng)是由CC1000與一個(gè)微控器以及一些外圍無(wú)源元件一起構(gòu)成，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路見(jiàn)圖3。在CC1000設(shè)計(jì)中，對(duì)CC1000的相關(guān)寄存器進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化配置至關(guān)重要，錯(cuò)誤的配置可能導(dǎo)致CC1000不能正常工作。圖4是利用TI公司給出的SmartRF Studio程序在本系統(tǒng)中對(duì)發(fā)射器設(shè)計(jì)時(shí)芯片的晶振、發(fā)射和接收的頻率配置。CC1000的控制是通過(guò)對(duì)其控制寄存器的配置完成的，要求MCU 能夠通過(guò)三串行控制口（PCLK／PDATA／PALE）控制CC1000改變不同的工作模式，且要求MCU能夠與雙向同步數(shù)字信號(hào)接口。