基于RK2706的RFID智能導(dǎo)游系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：提出由射頻收發(fā)模塊和音視頻處理模塊組成的電子導(dǎo)游系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)融合RFID技術(shù)和多媒體處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)游系統(tǒng)的智能化。介紹了由無(wú)線收發(fā)芯片nRF24E1實(shí)現(xiàn)的有源導(dǎo)游標(biāo)簽硬件設(shè)計(jì)與軟件流程，給出了以nRF24E1和音視頻處理芯片RK2706為核心的導(dǎo)游機(jī)的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：RFID；導(dǎo)游標(biāo)簽；nRF24E1；導(dǎo)游機(jī)；RK2706

引言
    在大型展會(huì)和博物館等場(chǎng)所中，采用RFID技術(shù)的電子導(dǎo)游系統(tǒng)可顯著提升展會(huì)的服務(wù)檔次，為游客提供更為優(yōu)質(zhì)、人性化的服務(wù)。應(yīng)用智能導(dǎo)游系統(tǒng)，游客在游覽過(guò)程中不需要跟隨導(dǎo)游人員，用手中的智能電子導(dǎo)游設(shè)備即可自動(dòng)收聽(tīng)多語(yǔ)種的解說(shuō)，并可從導(dǎo)游機(jī)上獲取展品的視頻資料及游覽位置等導(dǎo)覽提示與其他服務(wù)信息，以保證活動(dòng)安全有序進(jìn)行。

1 智能導(dǎo)游系統(tǒng)技術(shù)方案
    智能導(dǎo)游系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。采用RFID(射頻識(shí)別)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的智能導(dǎo)游系統(tǒng)，主要由導(dǎo)游機(jī)、導(dǎo)游標(biāo)簽以及充電箱、耳機(jī)、掛繩等附屬設(shè)備組成。每個(gè)導(dǎo)游標(biāo)簽中存儲(chǔ)有唯一的自身標(biāo)識(shí)信息，導(dǎo)游機(jī)中預(yù)先存儲(chǔ)相關(guān)導(dǎo)游資料信息，導(dǎo)游機(jī)和導(dǎo)游標(biāo)簽之間通過(guò)無(wú)線射頻形式實(shí)現(xiàn)信息傳遞。

    事先在各個(gè)展館、展區(qū)和其他區(qū)域(展館之間的通道等)布置一定數(shù)量的導(dǎo)游標(biāo)簽，導(dǎo)游標(biāo)簽不停地發(fā)送包含特定信息的射頻信號(hào)。一旦游客攜帶的導(dǎo)游機(jī)進(jìn)入觸發(fā)范圍區(qū)域，就能自動(dòng)感應(yīng)到該標(biāo)識(shí)信號(hào)，導(dǎo)游機(jī)根據(jù)接收到的標(biāo)識(shí)信號(hào)自動(dòng)播放所屬區(qū)域的導(dǎo)游信息。
    具體應(yīng)用時(shí)，游客在入口處，從前臺(tái)服務(wù)人員處登記注冊(cè)并租借導(dǎo)游機(jī)，之后便可使用導(dǎo)游機(jī)進(jìn)行自助游覽。游客可通過(guò)導(dǎo)游機(jī)的觸摸屏查詢(xún)相關(guān)信息、選擇講解語(yǔ)言種類(lèi)、切換工作方式(自動(dòng)或手動(dòng))、調(diào)節(jié)音量，以及進(jìn)行其他功能設(shè)置。當(dāng)導(dǎo)游機(jī)工作在自動(dòng)狀態(tài)下，游客在展區(qū)不受游覽線路的限制，無(wú)需任何操作，走到任何一處景點(diǎn)，導(dǎo)游機(jī)會(huì)自動(dòng)感應(yīng)、自動(dòng)講解，遇到十字路口會(huì)自動(dòng)提示游客每條道路的走向。同時(shí)，導(dǎo)游機(jī)的屏幕可顯示游客在展館中的當(dāng)前位置信息或其他視頻服務(wù)信息等。當(dāng)導(dǎo)游機(jī)工作在手動(dòng)狀態(tài)下，游客可直接選擇點(diǎn)播相關(guān)音視頻信息。當(dāng)游客結(jié)束瀏覽，經(jīng)過(guò)出口時(shí)設(shè)備會(huì)通過(guò)語(yǔ)音提示及自動(dòng)嗚叫，提醒游客歸還設(shè)備。

2 導(dǎo)游標(biāo)簽設(shè)計(jì)
    導(dǎo)游標(biāo)簽采用有源電子標(biāo)簽，本設(shè)計(jì)的功能要求簡(jiǎn)單，僅需存儲(chǔ)一串符合一定通信協(xié)議的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，并能轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)發(fā)送出去。為簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高無(wú)線系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，選用Nordic公司內(nèi)置微控制器的無(wú)線收發(fā)芯片nRF24E1。nRF24E1工作于2．4～2．5 GHzISM頻段，多達(dá)125個(gè)頻點(diǎn)，可通過(guò)改頻和跳頻來(lái)避免干擾；內(nèi)部集成了增強(qiáng)型8051內(nèi)核、2．4 GHz無(wú)線收發(fā)器、A／D轉(zhuǎn)換器等，具有體積小、功耗低、片上資源豐富、無(wú)線傳輸穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。該芯片外圍電路器件少，配置簡(jiǎn)單，發(fā)射功率、工作頻率等工作參數(shù)可以通過(guò)軟件設(shè)置完
成，非常適合用于有源標(biāo)簽的設(shè)計(jì)。nRF24E1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖略。
    由nRF24E1構(gòu)成的有源標(biāo)簽電路如圖2所示。

    nRF24E1具有一個(gè)512字節(jié)的ROM、一個(gè)4 KB的RAM和一個(gè)256字節(jié)的RAM。其中，512字節(jié)的ROM用于存儲(chǔ)引導(dǎo)程序，4 KB的RAM用于運(yùn)行用戶(hù)程序，256字節(jié)的RAM用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。圖2中外掛的25AA320為串行E2PROM，用于存儲(chǔ)用戶(hù)程序，通過(guò)SPI接口與nRF24E1進(jìn)行連接。nRF24E1系統(tǒng)電路上電后，在512字節(jié)ROM中引導(dǎo)程序的控制下，將E2PROM中存儲(chǔ)的用戶(hù)程序下載到4 KB的RAM程序運(yùn)行空間中，然后再執(zhí)行。
    nRF24E1有4種工作模式，工作模式由主控芯片通過(guò)軟件設(shè)置。nRF24E1處于正常工作模式時(shí)的電流為3 mA左右，發(fā)射信號(hào)時(shí)的工作電流為18 mA左右，而掉電模式時(shí)工作電流僅為2 μA左右。為降低功耗，可利用nRF24E1內(nèi)部的定時(shí)喚醒功能，采用定時(shí)喚醒、間隔發(fā)送的方式發(fā)送射頻信號(hào)。也就是說(shuō)，發(fā)送完一次信號(hào)，進(jìn)入掉電模式，等待設(shè)定時(shí)間后被喚醒，再進(jìn)入掉電模式，循環(huán)執(zhí)行。該有源標(biāo)簽電路程序流程如圖3所示。

    圖3中對(duì)nRF24E1的配置，主要是設(shè)置收發(fā)模式、發(fā)送頻率、接收地址、傳輸速率、發(fā)射功率、CRC校驗(yàn)和的長(zhǎng)度，以及有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度等。等待喚醒間隔時(shí)間主要由游客行走情況和導(dǎo)游機(jī)讀取信號(hào)情況等因素來(lái)決定，本設(shè)計(jì)將標(biāo)簽發(fā)送信息間隔時(shí)間設(shè)定為1s。

3 導(dǎo)游機(jī)設(shè)計(jì)
3．1 RF接收電路
    導(dǎo)游機(jī)主要由RF接收電路和音視頻處理電路構(gòu)成。導(dǎo)游機(jī)的RF模塊電路同樣采用nRF24E1，其電路結(jié)構(gòu)與導(dǎo)游標(biāo)簽基本相同，通過(guò)串口與音視頻處理電路連接。導(dǎo)游機(jī)的射頻模塊始終處于接收狀態(tài)，實(shí)時(shí)檢測(cè)是否有導(dǎo)游標(biāo)簽發(fā)射的標(biāo)識(shí)信號(hào)。如果導(dǎo)游機(jī)進(jìn)入標(biāo)簽的有效發(fā)送
范圍內(nèi)，其接收模塊便可以接收到該標(biāo)簽的編碼信息，并判斷該標(biāo)簽信號(hào)是否是第一次接收到(程序設(shè)計(jì)中通過(guò)設(shè)置標(biāo)簽播放標(biāo)志位來(lái)處理)。若為第一次接收，則將該標(biāo)簽的編號(hào)信息通過(guò)串口通信傳送給音視頻處理電路，選擇播放相關(guān)音視頻內(nèi)容。若是已接收過(guò)的標(biāo)簽信號(hào)，則不再處理，從而保證導(dǎo)游機(jī)在自動(dòng)工作狀態(tài)下不重復(fù)播放。游客若要重復(fù)播放，可按重復(fù)播放鍵或切換到手動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行重復(fù)播放。導(dǎo)游機(jī)的射頻模塊控制流程如圖4所示。

3．2 音視頻處理電路
    導(dǎo)游機(jī)的音視頻處理電路選用Rockchip公司的音視頻處理芯片RK2706作為核心處理器。RK2706采用“DSP+ARM”雙核聯(lián)合的方式，是一款功能齊全的多媒體播放處理芯片，主頻達(dá)到400 MHz，處理性能達(dá)800 MIPS。它支持更多音頻、視頻格式，支持圖片瀏覽、電子書(shū)、多國(guó)語(yǔ)言、多種字體顯示；內(nèi)置TFT控制器，支持各種液晶顯示屏；內(nèi)置高性能音頻轉(zhuǎn)換器，輸出音質(zhì)更完美；支持全系列NAND Flash和SD／SDHC ／MMC卡擴(kuò)展，具有豐富的通信接口。以RK2706作為核心的音視頻處理電路如圖5所示。

    音視頻處理電路的軟件開(kāi)發(fā)是基于Rockchip公司自主研發(fā)的RK27_SDK軟件平臺(tái)。該軟件平臺(tái)包含了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)、圖形用戶(hù)界面接口(GUI)、文件系統(tǒng)(FS)、板級(jí)支持包(BSP)以及一系列應(yīng)用程序，是一個(gè)集成了源代碼、算法庫(kù)、編譯環(huán)境、調(diào)試環(huán)境、仿真環(huán)境、燒寫(xiě)工具、資源生成工具等的軟件開(kāi)發(fā)工具包。其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

    導(dǎo)游機(jī)主控流程如圖7所示。主機(jī)初始化后，進(jìn)入工作狀態(tài)選擇界面，由按鍵或觸摸屏按鈕事件選擇進(jìn)入自動(dòng)導(dǎo)游模式或手動(dòng)導(dǎo)游模式(MP4工作方式)。 利用RK27_SDK軟件平臺(tái)提供的各類(lèi)程序包進(jìn)行任務(wù)函數(shù)及操作界面窗口設(shè)計(jì)，內(nèi)容主要包括主控程序、RK內(nèi)核程序、用戶(hù)任務(wù)、底層驅(qū)動(dòng)、配置與設(shè)置等，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)游機(jī)的音視頻播放功能。

    當(dāng)系統(tǒng)工作在自動(dòng)導(dǎo)游模式時(shí)，將射頻模塊置于接收模式，若PK2706通過(guò)串口接收到來(lái)自射頻模塊發(fā)來(lái)的標(biāo)識(shí)碼，則讀取對(duì)應(yīng)的音視頻數(shù)據(jù)，播放對(duì)應(yīng)的音視頻文件。其控制流程如圖8所示。自動(dòng)導(dǎo)游狀態(tài)下響應(yīng)重復(fù)播放、音量調(diào)節(jié)等按鍵任務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)工作在手動(dòng)導(dǎo)游模式時(shí)，禁止射頻接收，檢測(cè)按鍵和觸摸屏按鈕事件，若有鍵按下或按鈕事件消息，則執(zhí)行相應(yīng)的程序。

結(jié)語(yǔ)
    基于RFID實(shí)現(xiàn)的智能導(dǎo)游系統(tǒng)功耗低、信息存取量大、使用方便，具有良好的抗干擾特性，可以在復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。在景點(diǎn)、景區(qū)、博物館、展覽館裝備這樣的電子導(dǎo)游設(shè)備，可使游客真正感受到電子技術(shù)帶來(lái)的極大便利，具有良好的應(yīng)用前景。