RFID 讀寫器和標(biāo)簽系統(tǒng)均采用低功耗MCU 芯片PIC16F877A 作為核心控制單元， 以低功耗無線射頻收發(fā)器芯片CC2500 為核心配合外圍濾波器和天線等構(gòu)成系統(tǒng)的通信單元。在讀寫器與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的過程中， 通過獲取RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收信號(hào)強(qiáng)度指示)信號(hào)推測出讀寫器與標(biāo)簽之間的距離，在獲得來自于多個(gè)具有固定位置信息的標(biāo)簽的RSSI 信號(hào)后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)讀寫器的無線定位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)在室內(nèi)環(huán)境中能夠?qū)崿F(xiàn)較高精度的無線區(qū)域定位。
隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)定位服務(wù)的要求越來越高，傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足室內(nèi)定位的需求。GPS 在戶外環(huán)境的定位中應(yīng)用廣泛，但是由于混凝土等障礙物對(duì)電磁波的阻擋，它在室內(nèi)環(huán)境中是完全失效的。筆者基于有源RFID 技術(shù)，采用PIC 系列單片機(jī)PIC16F877A 和TI 公司的射頻收發(fā)器芯片CC2500，設(shè)計(jì)出了一種低成本、低功耗，可以適用于室內(nèi)環(huán)境的無線定位系統(tǒng)。
1 總體設(shè)計(jì)
RFID 室內(nèi)定位系統(tǒng)由讀寫器和標(biāo)簽組成。其中讀寫器按照功能劃分可以分為4 個(gè)模塊，如圖1 所示。分別是控制模塊、射頻通信模塊、定位信息顯示模塊、電源模塊?？刂颇K負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，包括對(duì)各種外設(shè)的控制，以及完成定位算法的運(yùn)行等。射頻通信模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)， 采用ASK 調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)讀寫器和標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸。定位信息顯示模塊主要是顯示定位目標(biāo)的信息。電源模塊用來給系統(tǒng)的各個(gè)單元提供工作電源。另外，與上位機(jī)連接的讀寫器通過RS-232 串口與上位機(jī)進(jìn)行通信， 所以部分讀寫器還帶有串口通信模塊。
圖1 讀寫器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
標(biāo)簽主要由控制模塊、射頻通信模塊、電源模塊組成，如圖2 所示。
圖2 標(biāo)簽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
控制模塊中的微控制器通過SPI 接口與射頻收發(fā)器通信，在控制模塊的統(tǒng)一調(diào)度下，讀寫器與標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)之間通過無線射頻通信交換信息。在讀寫器的無線信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)，標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)收到來自讀寫器的廣播信號(hào)后會(huì)處于激活狀態(tài)，處于激活狀態(tài)的標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)會(huì)將自己的ID 號(hào)發(fā)送給讀寫器，然后接收讀寫器的請(qǐng)求命令，將存儲(chǔ)于節(jié)點(diǎn)中的信息傳送給讀寫器;或者接收讀寫器的寫命令，將來自讀寫器的信息寫入自己的存儲(chǔ)器中。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 控制器部分
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮到系統(tǒng)的功耗、成本及性能等要求，選擇Microchip 公司的PIC16F877A 作為系統(tǒng)的微控制器。
PIC16F877A 是一款具有RISC 結(jié)構(gòu)的16 位高性能單片機(jī)，內(nèi)部集成了一個(gè)在線調(diào)試器(In-Circuit Debugger)，可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和在線編程。擁有35 條單字指令，8k×14 個(gè)字節(jié)的FLASH 程序存儲(chǔ)器，368×8 字節(jié)的RAM，8 級(jí)硬件堆棧，內(nèi)部看門狗定時(shí)器，低功耗休眠模式，高達(dá)25 mA 的吸入/拉出電流， 外部具有3 個(gè)定時(shí)器模塊， 擁有10 位多通道A/D 轉(zhuǎn)換器，通用同步異步接收/發(fā)送器等功能模塊。它具有功耗低、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、外接電路簡潔等特點(diǎn)，同時(shí)具有哈佛總線結(jié)構(gòu)、尋址簡單、指令條數(shù)少等優(yōu)點(diǎn)。
微控制器模塊主要由PIC16F877A 單片機(jī)及其外圍電路組成。其電路原理圖如圖3 所示。在讀寫器系統(tǒng)在中，PIC16F877A 的RB0~RB3 及RC7，RD4~RD7 用作向顯示模塊發(fā)送顯示數(shù)據(jù)的通信接口;OSC1 和OSC2 擴(kuò)展外部時(shí)鐘電路;PIC16F877A 單片機(jī)通過SPI 接口設(shè)置CC2500 的工作參數(shù)并與CC2500 交換數(shù)據(jù)。
