RFID作為一種新型自動識別技術，廣泛應用于各種人員定位系統(tǒng)，如礦山礦井的井下人員定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)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動態(tài)情況。
身份碼發(fā)射器作為井下人員定位系統(tǒng)中一個重要組成部分，其工作原理及硬件設計方案的選擇直接影響到整個人員定位系統(tǒng)的功能及成本。下面就此系統(tǒng)部分提出一種硬件設計的可能性。
1 RFID技術在身份碼發(fā)射器中的應用
RFID技術(中文又稱射頻識別技術)是一項利用射頻信號實現(xiàn)無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。典型的射頻識別系統(tǒng)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)兩個部分。
身份碼發(fā)射器將幾個主要模塊集成到一塊芯片中，芯片上有EEPROM 用來儲存識別碼或其它數據。EEPROM容量從幾比特到幾萬比特。芯片外圍僅需連接天線(無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(tǒng)的接觸式識別技術不同的是，RFID技術支持的射頻識別卡具有非接觸式的特點，能用于較惡劣的環(huán)境，并且由于是無線傳輸，能辨識靜止和運動的物體，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(tǒng)的總設計
身份碼發(fā)射器所屬的整個系統(tǒng)見圖1，工作原理如下：身份碼接收器上安裝的發(fā)射天線發(fā)出無線電加密信號，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負責接收發(fā)送過來的信號，經過調制解調后，通過RS485接口向上傳給傳輸適配器，由其確認有效的信息后經RS232接口傳遞給上位機。而身份碼發(fā)射器在系統(tǒng)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，形成移動的被監(jiān)測體。而身份碼定位監(jiān)測站則根據具體的監(jiān)控區(qū)域放置不同的數量。傳輸適配器和上位機都安裝在井上，方便工作人員及時統(tǒng)計了解井下情況。
圖1 井下人員定位系統(tǒng)整體結構圖
3 身份碼發(fā)送數據的方式
針對以上系統(tǒng)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(tǒng)的特性，決定選用二進制頻移鍵控(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(tǒng)設計，硬件實現(xiàn)相對比較簡單。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(tǒng)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串行總線接口編程改變。通常典型的系統(tǒng)是由CC1000與一個微控器以及一些外圍無源元件一起構成，標準應用電路見圖3。在CC1000設計中，對CC1000的相關寄存器進行相應的優(yōu)化配置至關重要，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(tǒng)中對發(fā)射器設計時芯片的晶振、發(fā)射和接收的頻率配置。CC1000的控制是通過對其控制寄存器的配置完成的，要求MCU 能夠通過三串行控制口(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。
圖3 CC1000的標準應用電路
4.2 主控制器ATmega88V
由于身份碼發(fā)射器采用電池供電，考慮到井下發(fā)射器工作狀態(tài)的持續(xù)性，在保證其基本性能的前提下，選擇主控制器時，盡量要求低功耗。所以選擇了簡單實用的ATmega88V，它具有8K字節(jié)的系統(tǒng)內可編程Flash，512字節(jié)EEPROM，1K SRAM，23個通用I/O 口線，32個通用工作寄存器，3個具有比較模式的靈活的定時器/計數器(T/C)，片內/外中斷，可編程串行USART，面向字節(jié)的兩線串行接口，一個 SPI串行端口，一個6路10位ADC，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，以及五種可以
通過軟件選擇的省電模式 (圖4)。
圖4 晶振、發(fā)射、接收頻率配置
4.3 發(fā)射器的工作原理
CC1000初始狀態(tài)為待機模式，傳感器采集到身份碼接收器發(fā)送的加密數據后，先發(fā)送給AT—mega88，由ATmega88進行控制并檢測，將數據通過I/O 口發(fā)送給CC1000，此時CC1000被信號激活并進入發(fā)射模式，將數據轉換為數據幀發(fā)送給身份碼接收器中的接收模塊。需要注意的是，在發(fā)送之前，主控制器ATmega88需要對CC1000進行初始化并配置相應的寄存器。表1為CC1000初始化后其主要寄存器的配置值和配置順序。而數據信號發(fā)送成功后，CC1000和ATmega88重新進入休眠狀態(tài)，達到減少功耗和節(jié)約電池電量的效果。
5 結束語
考慮到井下人員定位系統(tǒng)中降低功耗的需要，選擇了低功耗的射頻芯片 ccl000及控制器AT—mega88V作為硬件設計的核心，提出了基于RFID技術下的身份碼發(fā)射器的硬件選擇中需要注意的問題。整個身份碼發(fā)射器的硬件設計方案可以作為獨立的模塊應用到各種井下人員系統(tǒng)的整體設計中。
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