基于RFID技術(shù)的身份碼發(fā)射器的硬件設(shè)計
身份碼發(fā)射器作為井下人員定位系統(tǒng)中一個重要組成部分,其工作原理及硬件設(shè)計方案的選擇直接影響到整個人員定位系統(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)(中文又稱射頻識別技術(shù))是一項利用射頻信號實現(xiàn)無接觸的信息傳遞和信息識別從而達到雙向通信數(shù)據(jù)交換的識別技術(shù)。典型的射頻識別系統(tǒng)主要包括身份碼發(fā)射器(內(nèi)有射頻識別卡)和身份碼接收器(內(nèi)有閱讀器)兩個部分。
身份碼發(fā)射器將幾個主要模塊集成到一塊芯片中,芯片上有EEPROM 用來儲存識別碼或其它數(shù)據(jù)。EEPROM容量從幾比特到幾萬比特。芯片外圍僅需連接天線(無源電子標簽還需要
2 身份碼發(fā)射器所屬系統(tǒng)的總設(shè)計
身份碼發(fā)射器所屬的整個系統(tǒng)見圖1,工作原理如下:身份碼接收器上安裝的發(fā)射天線發(fā)出無線電加密信號,激活身份碼發(fā)射器,以便向外發(fā)送高頻載波信號,而后,身份碼接收器上的接收天線負責(zé)接收發(fā)送過來的信號,經(jīng)過調(diào)制解調(diào)后,通過RS485接口向上傳給傳輸適配器,由其確認有效的信息后經(jīng)RS232接口傳遞給上位機。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,形成移動的被監(jiān)測體。而身份碼定位監(jiān)測站則根據(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都安裝在井上,方便工作人員及時統(tǒng)計了解井下情況。
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
針對以上系統(tǒng)結(jié)構(gòu),發(fā)射器設(shè)計的核心就是將內(nèi)部識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)計時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。針對本系統(tǒng)的特性,決定選用二進制頻移鍵控(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,硬件實現(xiàn)相對比較簡單。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
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)能通過串行總線接口編程改變。通常典型的系統(tǒng)是由CC1000與一個微控器以及一些外圍無源元件一起構(gòu)成,標準應(yīng)用電路見圖3。在CC1000設(shè)計中,對CC1000的相關(guān)寄存器進行相應(yīng)的優(yōu)化配置至關(guān)重要,錯誤的配置可能導(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)中對發(fā)射器設(shè)計時芯片的晶振、發(fā)射和接收的頻率配置。CC1000的控制是通過對其控制寄存器的配置完成的,要求MCU 能夠通過三串行控制口(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)字信號接口。
圖3 CC1000的標準應(yīng)用電路
4.2 主控制器ATmega88V
由于身份碼發(fā)射器采用電池供電,考慮到井下發(fā)射器工作狀態(tài)的持續(xù)性,在保證其基本性能的前提下,選擇主控制器時,盡量要求低功耗。所以選擇了簡單實用的ATmega88V,它具有8K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash,512字節(jié)EEPROM,1K SRAM,23個通用I/O 口線,32個通用工作寄存器,3個具有比較模式的靈活的定時器/計數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷,可編程串行USART,面向字節(jié)的兩線串行接口,一個 SPI串行端口,一個6路10位
圖4 晶振、發(fā)射、接收頻率配置
4.3 發(fā)射器的工作原理
CC1000初始狀態(tài)為待機模式,
5 結(jié)束語
考慮到井下人員定位系統(tǒng)中降低功耗的需要,選擇了低功耗的射頻芯片 ccl000及控制器AT—mega88V作為硬件設(shè)計的核心,提出了基于
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