有源RFID定位系統設計與實現

　　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、無線射頻收發及測距模塊、天線、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絡通信的需要，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端口可直接驅動較大電流負載；具有讀寫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；支持在線編程（ISP）及在線應用編程（IAP），方便現場修改和調試程序；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。為了滿足通信和數據高速處理的需要，本系統采用16 MHz晶振。

　　無線射頻收發及測距模塊采用Nanotron公司的NanoPAN模塊。該模塊采用寬帶線性調頻擴頻（CSS）技術，并為IEEE 802．15．4a標準所采用。收發器為一款2．4 GHzISM頻段無線裝置，可靈活地提供31 25 Kb／s～2 Mb／s范圍的數據傳輸率，其點對點測距精度在1～2 m之內，可同時提供具有極佳傳輸范圍的可靠數據通信。通過采用一個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。

　　天線部分采用直接匹配天線的設計。由于空間限制，無線收發模塊與天線之間通過導線直接連接，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的影響，電磁屏蔽用于減少由天線線圈本身產生的磁場。為了在PCB板上做一個屏蔽的天線，至少要做到4層板，最上層和最下層要有非封閉的屏蔽環路。這樣的環路提供了電磁屏蔽，改善了電磁兼容性。

　　由于讀寫器和標簽要向空間發射無線信號，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作為開發平臺，平臺采用C語言編程。在軟件系統中，標簽首先發送要求接人廣播包的請求，等待讀寫器的響應，當收到3個以上（包含3個）讀寫器響應后，標簽開始對收到的讀寫器進行測距，完成測距后根據讀寫器位置信息計算出自己的位置坐標并通過廣播上傳至讀寫器，開始新一輪測距。其程序流程圖如圖4所示。

圖3 標簽、讀寫器軟件結構