有源RFID定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　3、硬件結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)的標(biāo)簽和閱讀器具有相同的硬件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為以下部分：主控制器、無線射頻收發(fā)及測距模塊、天線、供電系統(tǒng)。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

圖2系統(tǒng)原理圖

　　為適應(yīng)高速數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信的需要，系統(tǒng)以Atmel公司的Atmega64為主控芯片。ATmega64單片機(jī)采用Harbard結(jié)構(gòu)，具有單周期的RISC指令系統(tǒng)，內(nèi)部具有硬件乘法電路，數(shù)據(jù)處理速度快；I／0端口可直接驅(qū)動(dòng)較大電流負(fù)載；具有讀寫及地址鎖存允許控制引腳，便于擴(kuò)展和使用外部接口和外部存儲空間；支持在線編程（ISP）及在線應(yīng)用編程（IAP），方便現(xiàn)場修改和調(diào)試程序；具有支持主／從機(jī)模式的SPI串行通信接口，可以方便連接主／從機(jī)模式的串行通信單元。為了滿足通信和數(shù)據(jù)高速處理的需要，本系統(tǒng)采用16 MHz晶振。

　　無線射頻收發(fā)及測距模塊采用Nanotron公司的NanoPAN模塊。該模塊采用寬帶線性調(diào)頻擴(kuò)頻（CSS）技術(shù)，并為IEEE 802．15．4a標(biāo)準(zhǔn)所采用。收發(fā)器為一款2．4 GHzISM頻段無線裝置，可靈活地提供31 25 Kb／s～2 Mb／s范圍的數(shù)據(jù)傳輸率，其點(diǎn)對點(diǎn)測距精度在1～2 m之內(nèi)，可同時(shí)提供具有極佳傳輸范圍的可靠數(shù)據(jù)通信。通過采用一個(gè)MAC控制器，可降低對微處理器和軟件的要求，輕松地完成高級別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

　　天線部分采用直接匹配天線的設(shè)計(jì)。由于空間限制，無線收發(fā)模塊與天線之間通過導(dǎo)線直接連接，設(shè)計(jì)中采用鐵氧體屏蔽和電磁屏蔽。鐵氧體屏蔽用于減少金屬對天線的影響，電磁屏蔽用于減少由天線線圈本身產(chǎn)生的磁場。為了在PCB板上做一個(gè)屏蔽的天線，至少要做到4層板，最上層和最下層要有非封閉的屏蔽環(huán)路。這樣的環(huán)路提供了電磁屏蔽，改善了電磁兼容性。

　　由于讀寫器和標(biāo)簽要向空間發(fā)射無線信號，需要消耗較多的電能，所以該系統(tǒng)采用自帶電源，并根據(jù)實(shí)際功耗選擇適當(dāng)容量的電池系統(tǒng)，使整體系統(tǒng)的使用不受影響。

　　4、軟件結(jié)構(gòu)

　　標(biāo)簽與讀寫器具有相同的軟件結(jié)構(gòu)，如圖3所示。該系統(tǒng)采用Atmel公司的AVR Studio作為開發(fā)平臺，平臺采用C語言編程。在軟件系統(tǒng)中，標(biāo)簽首先發(fā)送要求接人廣播包的請求，等待讀寫器的響應(yīng)，當(dāng)收到3個(gè)以上（包含3個(gè)）讀寫器響應(yīng)后，標(biāo)簽開始對收到的讀寫器進(jìn)行測距，完成測距后根據(jù)讀寫器位置信息計(jì)算出自己的位置坐標(biāo)并通過廣播上傳至讀寫器，開始新一輪測距。其程序流程圖如圖4所示。

圖3 標(biāo)簽、讀寫器軟件結(jié)構(gòu)