【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，閱讀器根據(jù)這個(gè)信息來識(shí)別電子標(biāo)簽。通過電子標(biāo)簽的能否自我供電可以把射頻識(shí)別分為有源、無源、半有源系統(tǒng)。 讀寫器和電子標(biāo)簽發(fā)生 的 射頻信號(hào)的耦合 有電感耦合和磁反向耦合 ： 電感耦合：利用 變壓器 的 模型， 根據(jù) 電磁感應(yīng)定律 ， 實(shí)現(xiàn)耦合 是 通過空間高頻交變磁場(chǎng) 。電感耦合方式適 合用在比較近的 距離 的 射頻識(shí)別系統(tǒng) ，是在 中、低頻工作的。典型的工作頻率有： 125kHz、 225kHz 和 ，識(shí)別作用距離小 于 1m，典型作用距離為 1020cm。 磁反向散射耦合： 利用 雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到 電子標(biāo)簽 后 攜帶信息 反 回 ， 使用的是電磁波的空間傳播規(guī)律。 磁反向耦合 ： 適用于遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng) ，是在 高頻、微波工作的。典型的工作頻率有： 433MHz、 945MHz、 和 。識(shí)別 作用 距離 通常 大于 1m，典型作用距離 一般 為 3～ 10m。 通過以上論述，基于公交車自動(dòng)報(bào) 站系統(tǒng)的實(shí)際需要，本次設(shè)計(jì)決定采用有源、電磁傳播模型、主動(dòng)式、微波射頻識(shí)別系統(tǒng)。因?yàn)楣卉囈R(shí)別公交站牌時(shí)識(shí)別距離應(yīng)該在 10m 以內(nèi) ，對(duì)功率要求偏高。所以我選擇了工作頻率為 900MHZ 的電子標(biāo)簽和900MHZ 的 RFID 閱讀器。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 射頻識(shí)別 模塊設(shè)計(jì) 本模塊的基本原理就是通過電磁傳播來自動(dòng)識(shí)別電子標(biāo)簽。我們使用的是有源電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽的作用就是向閱讀器傳輸自身的數(shù)據(jù)信息。有源電子標(biāo)簽是由電子芯片、感應(yīng)線圈、電池等組成。首先我們需要像電子標(biāo)簽輸入我們所需要的站點(diǎn)信息，并且將電子標(biāo)簽安裝在站牌內(nèi)側(cè)，因?yàn)闃?biāo)簽是 長(zhǎng)期暴露在戶外，所以我們應(yīng)該選擇更穩(wěn)固的包裝方式來預(yù)防風(fēng)吹雨淋。閱讀器我們選擇的是 900MHZ 的 RFID 閱讀器，當(dāng)攜帶閱讀器的公交車駛?cè)牍卉囌?，閱讀器就可以通過自帶的天線就會(huì)自動(dòng)識(shí)別到電子標(biāo)簽的信息并帶回。此時(shí)閱讀器對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信息通過單片機(jī)進(jìn)行解碼并及時(shí)傳送到后臺(tái)公交信息處理系統(tǒng)。到這里就達(dá)到了射頻識(shí)別的最終目的。 射頻識(shí)別的基本模型如圖 4 所示： 圖 4 射頻識(shí)別基本模型 電子標(biāo)簽 天線 閱讀器 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 3 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī) 選擇 單片機(jī)由于它的控制能力強(qiáng)、可靠性高、可用資源豐富和成本低 等諸多優(yōu)異性使得其應(yīng)用范圍非常廣泛。單片機(jī)應(yīng)用范圍從航空航天、航母船只、導(dǎo)彈武器等國(guó)家產(chǎn)業(yè)到汽車電子、醫(yī)療控制、農(nóng)畜自動(dòng)化等民用產(chǎn)業(yè)。航空航天、航母船只、導(dǎo)彈武器等國(guó)家產(chǎn)業(yè)代表著一個(gè)國(guó)家的國(guó)際地位，讓國(guó)家有能與世界列強(qiáng)公平競(jìng)爭(zhēng)的資本，讓本國(guó)民眾有自豪感。汽車電子、醫(yī)療控制、農(nóng)畜自動(dòng)化等民用產(chǎn)業(yè)是日常生活所不可或缺的，使日常生活更加舒適，讓人們從繁瑣的勞動(dòng)解脫。從這些方面我們可以間接的看出，單片機(jī)的作用、功能和它的重要性。 單片機(jī)的內(nèi)部可用資源除了根據(jù)不同的應(yīng)用需求而特殊定制的特別功能外，在大體上是一樣的。單 片機(jī)內(nèi)部資源總體來說非常豐富，包括定時(shí) /計(jì)數(shù)器、特殊功能寄存器、中央處理器（ CPU）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、串行接口、中斷資源、數(shù)據(jù)端口和地址端口。在實(shí)際應(yīng)用中這些資源非常有用。使用者通過可以編寫應(yīng)用程序讓單片機(jī)工作，程序可以用硬件描述性的匯編語言也可以用 C51 的 C 語言編寫，只要使用的集成軟件開發(fā)環(huán)境支持就可以。單片機(jī)中可以利用中央處理器完成簡(jiǎn)單的算法處理，用于信息的編解碼處理；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中可以存儲(chǔ)用戶需要用到的表格等固定信息和算法的中間結(jié)果等臨時(shí)信息；一般的單片機(jī)內(nèi)部都有兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，定時(shí)器一般用于 控制串口的波特率，計(jì)數(shù)器用來對(duì)外部的波形脈沖計(jì)數(shù)；數(shù)據(jù)端口和地址端口一般聯(lián)合起來用于擴(kuò)展外部接口，可以擴(kuò)展存儲(chǔ)器、鍵盤設(shè)備、中斷設(shè)備等；串口接口用于串行數(shù)據(jù)傳輸、多機(jī)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單片機(jī)通信；中斷資源是非常有用的用于實(shí)施處理內(nèi)外部中斷事件的系統(tǒng)；特殊功能寄存器中用來設(shè)置其它內(nèi)部資源的工作方式或模式。 在本設(shè)計(jì)中采用 AT89C51 單片機(jī)。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器 的低電壓、高性能 CMOS 8 位 微處理器 ，俗稱 單片機(jī) 。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié) 閃存可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 的 單片機(jī) 。 單片機(jī) 的可擦 除 只讀存儲(chǔ)器 可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失 存儲(chǔ)器 制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃速 存儲(chǔ)器 組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C51 單片機(jī)為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn) 功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器 ， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工 串行通信 口，片內(nèi)振蕩器及 時(shí)鐘電路 。同時(shí)， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種 軟件 可選的節(jié)電工北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 串行通信 口及 中斷系統(tǒng) 繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89C51 單片機(jī)引腳圖如圖 5 所示： 圖 5 AT89C51 單片機(jī)引腳圖 AT89C51 用串口與射頻識(shí)別的閱讀器通過 ICL232 進(jìn)行通信，同時(shí)接收閱讀器的數(shù)據(jù)。 AT89C51 數(shù)據(jù)端口和地址端口的作用是擴(kuò)展語音存儲(chǔ)播放單元。 語音播放 硬件選擇 這一塊需要預(yù)先存儲(chǔ)各個(gè)站點(diǎn)的語音信息，并能夠驅(qū)動(dòng)語音播放器即喇叭的器件。根據(jù)前端單片機(jī)傳送過來的指令數(shù)據(jù)選取相應(yīng)存儲(chǔ)單元的站點(diǎn)信息并驅(qū)動(dòng)喇叭播放當(dāng)前公交車要到達(dá)的站點(diǎn)名字。 ISD4004 系列芯片包括了振蕩器、防止混淆濾波器、平滑波形濾波器、音頻功率放大器、自動(dòng)降低噪聲及高密度多電平閃爍存儲(chǔ)單元陣列。 工作電壓 3V,單片錄放時(shí)間 8 至 16 分鐘 ,音質(zhì)好 ,適用于移動(dòng)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中。芯片設(shè)計(jì)是基于所有操作必須由 微控制器 控制 ,操作命令可通過 串行通信 接口送入。 芯片制造工藝技術(shù)是 CMOS 技術(shù)，采取多電平模擬量直接存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)，所以播放出的語音、音調(diào)、都非常真實(shí)、自然、失真程度小， 避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的 量化噪聲 和 金屬聲 。 采樣頻率 可為 ,頻率越低 ,錄放時(shí)間越長(zhǎng) ,而音質(zhì)則有所下降 ,片內(nèi)信息存于 FLASH存貯器中 ,可在斷電情況下保存 100 年 (典型值 ),反北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 復(fù)錄音 10 萬次。 存儲(chǔ)空間被一個(gè)小段長(zhǎng)單位任意分段或不分段 ，多段存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)加上片內(nèi)存儲(chǔ)管理制度，可以方便的實(shí)現(xiàn)靈活搭配、任意播放的播放效果。內(nèi)部的存儲(chǔ)器是閃爍存儲(chǔ)器，聲音信息的每個(gè)采樣值存儲(chǔ)在片內(nèi)閃爍存儲(chǔ)器中，這樣可以反復(fù)讀寫內(nèi)部信息、在斷電情況下長(zhǎng)時(shí)間保存信息。芯片是基于所有操作必須由單片機(jī)之類的微控制器控制的理念設(shè)計(jì)的，微控制器可以對(duì)工作在 SPI 串行接口的 ISSD4004 語音芯片執(zhí)行控制， SPI 是同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。 ISD4004 芯片管腳圖如圖 6 所示： 圖 6 ISD4004 芯片管腳圖 電源 (VCCA， VCCD)： 為使噪聲最小，模擬和數(shù)字電源端最好分別 走線，盡可能在靠近供電端處相連，而去耦電容應(yīng)盡量靠近器件。 地線 (VSSA， VSSD)： 芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的地線。 同相模擬輸入 (ANA IN+)： 這是錄音信號(hào)的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。 反相模擬輸入 (ANA IN)： 差分驅(qū)動(dòng)時(shí)，這是錄音信號(hào)的反相輸入端。信號(hào)通過耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值 16mV 音頻輸出 (AUD OUT)： 提供音頻輸出，可驅(qū)動(dòng) 5KΩ 的負(fù)載。 片選 (SS)： 此端為低，即向該 ISD4004 芯片發(fā)送指令，兩條指令之間為高電平。 串行輸入 (MOSI)： 此端為 串行輸入端，主控制器應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿之前半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放到本端，供 ISD 輸入。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 串行輸出 (MISO)： ISD 的串行輸出端。 ISD 未選中時(shí)，本端呈高阻態(tài)。 串行時(shí)鐘 (SCLK)： ISD 的時(shí)鐘輸入端，由主控制器產(chǎn)生，用于同步 MOSI 和 MISO的數(shù)據(jù)傳輸。 中斷 (/INT)： 本端為漏極開路輸出。 ISD 在任何操作 (包括快進(jìn) )中檢測(cè)到 EOM 或OVF 時(shí)，本端變低并保持。中斷狀態(tài)在下一個(gè) SPI 周期開始時(shí)清除。中斷狀態(tài)也可用RINT 指令讀取。 行地址時(shí)鐘 (RAC)： 漏極開路輸出。每個(gè) RAC 周期表示 ISD 存儲(chǔ)器的操作進(jìn)行了一行 (ISD4004 系列中的存貯器共 2400 行 )。該端可用于存儲(chǔ)管理技術(shù)。 外部時(shí)鐘 (XCLK)： 本端內(nèi)部有下拉元件。芯片內(nèi)部的采樣時(shí)鐘在出廠前已調(diào)校，誤差在 +1%內(nèi)。在不外接地時(shí)鐘時(shí)，此端必須接地。 自動(dòng)靜噪 (AMCAP)： 當(dāng)錄音信號(hào)電平下降到內(nèi)部設(shè)定的某一閾值以下時(shí)，自動(dòng)靜噪功能使信號(hào)衰弱，這樣有助于養(yǎng)活無信號(hào) (靜音 )時(shí)的噪聲。通常本端對(duì)地接 1mF的電容，構(gòu)成內(nèi)部信號(hào)電平峰值檢測(cè)電路的一部分。 在設(shè)計(jì)中要注重 ISD4004 的實(shí)際應(yīng)用、語音播放過程的與單片機(jī)程序的配合時(shí)序，而不是它的內(nèi)部構(gòu)造結(jié)構(gòu)。 ISD 芯 片在上電操作后有一個(gè)延時(shí)時(shí)間，所以在單片機(jī)對(duì)芯片上電后先經(jīng)過規(guī)定的延時(shí)時(shí)間才可以發(fā)出第一個(gè)操作指令。 LED 顯示屏幕選擇 屏幕顯示在生活中很多地方都可以遇到，有的是采用液晶顯示屏，有的是采用LCD 顯示屏，有的是采用 LED 顯示屏。這些都是經(jīng)過成本的估計(jì)、顯示的效果、工作穩(wěn)定性能、實(shí)現(xiàn)難易程度等綜合考慮而選定的。 LED 之所以受到廣泛重視而得到迅