RFID身份碼發(fā)射器硬件設計

RFID作為一種新型自動(dòng)識別技術(shù)，廣泛應用于各種人員定位系統，如礦山礦井的井下人員定位系統。該系統的成功研制與廣泛應用，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中一個(gè)重要組成部分，其工作原理及硬件設計方案的選擇直接影響到整個(gè)人員定位系統的功能及成本。下面就此系統部分提出一種硬件設計的可能性。

　　1 RFID技術(shù)在身份碼發(fā)射器中的應用

　　RFID技術(shù)（中文又稱(chēng)射頻識別技術(shù)）是一項利用射頻信號實(shí)現無(wú)接觸的信息傳遞和信息識別從而達到雙向通信數據交換的識別技術(shù)。典型的射頻識別系統主要包括身份碼發(fā)射器（內有射頻識別卡）和身份碼接收器（內有閱讀器）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)儲存識別碼或其它數據。EEPROM容量從幾比特到幾萬(wàn)比特。芯片外圍僅需連接天線(xiàn)（無(wú)源電子標簽還需要電池），完成與身份碼接收器的通信u］。與條碼、磁卡等傳統的接觸式識別技術(shù)不同的是，RFID技術(shù)支持的射頻識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(xiàn)傳輸，能辨識靜止和運動(dòng)的物體，可以作為井下人員的身份標識卡。

　　2 身份碼發(fā)射器所屬系統的總設計

　　身份碼發(fā)射器所屬的整個(gè)系統見(jiàn)圖1，工作原理如下：身份碼接收器上安裝的發(fā)射天線(xiàn)發(fā)出無(wú)線(xiàn)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(xiàn)負責接收發(fā)送過(guò)來(lái)的信號，經(jīng)過(guò)調制解調后，通過(guò)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)的被監測體。而身份碼定位監測站則根據具體的監控區域放置不同的數量。傳輸適配器和上位機都安裝在井上，方便工作人員及時(shí)統計了解井下情況。

　　圖1 井下人員定位系統整體結構圖

　　3 身份碼發(fā)送數據的方式

　　針對以上系統結構，發(fā)射器設計的核心就是將內部識別卡的信息完整地傳送給接收器，和其他的數據傳輸方式相比，身份碼發(fā)射器每次需要傳送的數據量并不是很大，設計時(shí)第一步要考慮的是選擇與之相應的數據傳送調制方式。針對本系統的特性，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，都完全適用于系統設計，硬件實(shí)現相對比較簡(jiǎn)單。圖2 是頻移鍵控相干解調的工作流程圖。

　　圖2 頻移鍵控相干解調系統流程圖

　　4 發(fā)射器的內部芯片設計

　　4．1 通信芯片CC1000

　　CC1000 是一種理想的超高頻單片收發(fā)芯片，其主要工作參數能通過(guò)串行總線(xiàn)接口編程改變。通常典型的系統是由CC1000與一個(gè)微控器以及一些外圍無(wú)源元件一起構成，標準應用電路見(jiàn)圖3。在CC1000設計中，對CC1000的相關(guān)寄存器進(jìn)行相應的優(yōu)化配置至關(guān)重要，錯誤的配置可能導致CC1000不能正常工作。圖4是利用TI公司給出的SmartRF Studio程序在本系統中對發(fā)射器設計時(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能夠與雙向同步數字信號接口。