有源RFID定位系統設計與實(shí)現

　　3、硬件結構

　　本系統的標簽和閱讀器具有相同的硬件結構，系統設計分為以下部分：主控制器、無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)及測距模塊、天線(xiàn)、供電系統。系統原理框圖如圖2所示。

圖2系統原理圖

　　為適應高速數據處理和網(wǎng)絡(luò )通信的需要，系統以Atmel公司的Atmega64為主控芯片。ATmega64單片機采用Harbard結構，具有單周期的RISC指令系統，內部具有硬件乘法電路，數據處理速度快；I／0端口可直接驅動(dòng)較大電流負載；具有讀寫(xiě)及地址鎖存允許控制引腳，便于擴展和使用外部接口和外部存儲空間；支持在線(xiàn)編程（ISP）及在線(xiàn)應用編程（IAP），方便現場(chǎng)修改和調試程序；具有支持主／從機模式的SPI串行通信接口，可以方便連接主／從機模式的串行通信單元。為了滿(mǎn)足通信和數據高速處理的需要，本系統采用16 MHz晶振。

　　無(wú)線(xiàn)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(xiàn)性調頻擴頻（CSS）技術(shù)，并為IEEE 802．15．4a標準所采用。收發(fā)器為一款2．4 GHzISM頻段無(wú)線(xiàn)裝置，可靈活地提供31 25 Kb／s～2 Mb／s范圍的數據傳輸率，其點(diǎn)對點(diǎn)測距精度在1～2 m之內，可同時(shí)提供具有極佳傳輸范圍的可靠數據通信。通過(guò)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的設計。

　　天線(xiàn)部分采用直接匹配天線(xiàn)的設計。由于空間限制，無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊與天線(xiàn)之間通過(guò)導線(xiàn)直接連接，設計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(xiàn)的影響，電磁屏蔽用于減少由天線(xiàn)線(xiàn)圈本身產(chǎn)生的磁場(chǎng)。為了在PCB板上做一個(gè)屏蔽的天線(xiàn)，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(xiě)器和標簽要向空間發(fā)射無(wú)線(xiàn)信號，需要消耗較多的電能，所以該系統采用自帶電源，并根據實(shí)際功耗選擇適當容量的電池系統，使整體系統的使用不受影響。

　　4、軟件結構

　　標簽與讀寫(xiě)器具有相同的軟件結構，如圖3所示。該系統采用Atmel公司的AVR Studio作為開(kāi)發(fā)平臺，平臺采用C語(yǔ)言編程。在軟件系統中，標簽首先發(fā)送要求接人廣播包的請求，等待讀寫(xiě)器的響應，當收到3個(gè)以上（包含3個(gè)）讀寫(xiě)器響應后，標簽開(kāi)始對收到的讀寫(xiě)器進(jìn)行測距，完成測距后根據讀寫(xiě)器位置信息計算出自己的位置坐標并通過(guò)廣播上傳至讀寫(xiě)器，開(kāi)始新一輪測距。其程序流程圖如圖4所示。

圖3 標簽、讀寫(xiě)器軟件結構