有源RFID定位系统设计与实现

　　3、硬件结构

　　本系统的标签和阅读器具有相同的硬件结构，系统设计分为以下部分：主控制器、无线射频收发及测距模块、天线、供电系统。系统原理框图如图2所示。

图2系统原理图

　　为适应高速数据处理和网络通信的需要，系统以Atmel公司的Atmega64为主控芯片。ATmega64单片机采用Harbard结构，具有单周期的RISC指令系统，内部具有硬件乘法电路，数据处理速度快；I／0端口可直接驱动较大电流负载；具有读写及地址锁存允许控制引脚，便于扩展和使用外部接口和外部存储空间；支持在线编程（ISP）及在线应用编程（IAP），方便现场修改和调试程序；具有支持主／从机模式的SPI串行通信接口，可以方便连接主／从机模式的串行通信单元。为了满足通信和数据高速处理的需要，本系统采用16 MHz晶振。

　　无线射频收发及测距模块采用Nanotron公司的NanoPAN模块。该模块采用宽带线性调频扩频（CSS）技术，并为IEEE 802．15．4a标准所采用。收发器为一款2．4 GHzISM频段无线装置，可灵活地提供31 25 Kb／s～2 Mb／s范围的数据传输率，其点对点测距精度在1～2 m之内，可同时提供具有极佳传输范围的可靠数据通信。通过采用一个MAC控制器，可降低对微处理器和软件的要求，轻松地完成高级别系统的设计。

　　天线部分采用直接匹配天线的设计。由于空间限制，无线收发模块与天线之间通过导线直接连接，设计中采用铁氧体屏蔽和电磁屏蔽。铁氧体屏蔽用于减少金属对天线的影响，电磁屏蔽用于减少由天线线圈本身产生的磁场。为了在PCB板上做一个屏蔽的天线，至少要做到4层板，最上层和最下层要有非封闭的屏蔽环路。这样的环路提供了电磁屏蔽，改善了电磁兼容性。

　　由于读写器和标签要向空间发射无线信号，需要消耗较多的电能，所以该系统采用自带电源，并根据实际功耗选择适当容量的电池系统，使整体系统的使用不受影响。

　　4、软件结构

　　标签与读写器具有相同的软件结构，如图3所示。该系统采用Atmel公司的AVR Studio作为开发平台，平台采用C语言编程。在软件系统中，标签首先发送要求接人广播包的请求，等待读写器的响应，当收到3个以上（包含3个）读写器响应后，标签开始对收到的读写器进行测距，完成测距后根据读写器位置信息计算出自己的位置坐标并通过广播上传至读写器，开始新一轮测距。其程序流程图如图4所示。

图3 标签、读写器软件结构