基于RK2706的RFID智能導(dǎo)游系統(tǒng)設(shè)計

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)計方案，通過融合RFID技術(shù)和多媒體處理技術(shù)實現(xiàn)了導(dǎo)游系統(tǒng)的智能化。介紹了由無線收發(fā)芯片nRF24E1實現(xiàn)的有源導(dǎo)游標簽硬件設(shè)計與軟件流程，給出了以nRF24E1和音視頻處理芯片RK2706為核心的導(dǎo)游機的軟硬件實現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：RFID；導(dǎo)游標簽；nRF24E1；導(dǎo)游機；RK2706

引言
    在大型展會和博物館等場所中，采用RFID技術(shù)的電子導(dǎo)游系統(tǒng)可顯著提升展會的服務(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)備即可自動收聽多語種的解說，并可從導(dǎo)游機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，以保證活動安全有序進行。

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(射頻識別)技術(shù)實現(xiàn)的智能導(dǎo)游系統(tǒng)，主要由導(dǎo)游機、導(dǎo)游標簽以及充電箱、耳機、掛繩等附屬設(shè)備組成。每個導(dǎo)游標簽中存儲有唯一的自身標識信息，導(dǎo)游機中預(yù)先存儲相關(guān)導(dǎo)游資料信息，導(dǎo)游機和導(dǎo)游標簽之間通過無線射頻形式實現(xiàn)信息傳遞。

    事先在各個展館、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)游標簽，導(dǎo)游標簽不停地發(fā)送包含特定信息的射頻信號。一旦游客攜帶的導(dǎo)游機進入觸發(fā)范圍區(qū)域，就能自動感應(yīng)到該標識信號，導(dǎo)游機根據(jù)接收到的標識信號自動播放所屬區(qū)域的導(dǎo)游信息。
    具體應(yīng)用時，游客在入口處，從前臺服務(wù)人員處登記注冊并租借導(dǎo)游機，之后便可使用導(dǎo)游機進行自助游覽。游客可通過導(dǎo)游機的觸摸屏查詢相關(guān)信息、選擇講解語言種類、切換工作方式(自動或手動)、調(diào)節(jié)音量，以及進行其他功能設(shè)置。當導(dǎo)游機工作在自動狀態(tài)下，游客在展區(qū)不受游覽線路的限制，無需任何操作，走到任何一處景點，導(dǎo)游機會自動感應(yīng)、自動講解，遇到十字路口會自動提示游客每條道路的走向。同時，導(dǎo)游機的屏幕可顯示游客在展館中的當前位置信息或其他視頻服務(wù)信息等。當導(dǎo)游機工作在手動狀態(tài)下，游客可直接選擇點播相關(guān)音視頻信息。當游客結(jié)束瀏覽，經(jīng)過出口時設(shè)備會通過語音提示及自動嗚叫，提醒游客歸還設(shè)備。

2 導(dǎo)游標簽設(shè)計
    導(dǎo)游標簽采用有源電子標簽，本設(shè)計的功能要求簡單，僅需存儲一串符合一定通信協(xié)議的標識數(shù)據(jù)，并能轉(zhuǎn)換成射頻信號發(fā)送出去。為簡化系統(tǒng)設(shè)計，提高無線系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，選用Nordic公司內(nèi)置微控制器的無線收發(fā)芯片nRF24E1。nRF24E1工作于2．4～2．5 GHzISM頻段，多達125個頻點，可通過改頻和跳頻來避免干擾；內(nèi)部集成了增強型8051內(nèi)核、2．4 GHz無線收發(fā)器、A／D轉(zhuǎn)換器等，具有體積小、功耗低、片上資源豐富、無線傳輸穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。該芯片外圍電路器件少，配置簡單，發(fā)射功率、工作頻率等工作參數(shù)可以通過軟件設(shè)置完
成，非常適合用于有源標簽的設(shè)計。nRF24E1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖略。
    由nRF24E1構(gòu)成的有源標簽電路如圖2所示。

    nRF24E1具有一個512字節(jié)的ROM、一個4 KB的RAM和一個256字節(jié)的RAM。其中，512字節(jié)的ROM用于存儲引導(dǎo)程序，4 KB的RAM用于運行用戶程序，256字節(jié)的RAM用作數(shù)據(jù)存儲器。圖2中外掛的25AA320為串行E2PROM，用于存儲用戶程序，通過SPI接口與nRF24E1進行連接。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中存儲的用戶程序下載到4 KB的RAM程序運行空間中，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軟件設(shè)置。nRF24E1處于正常工作模式時的電流為3 mA左右，發(fā)射信號時的工作電流為18 mA左右，而掉電模式時工作電流僅為2 μA左右。為降低功耗，可利用nRF24E1內(nèi)部的定時喚醒功能，采用定時喚醒、間隔發(fā)送的方式發(fā)送射頻信號。也就是說，發(fā)送完一次信號，進入掉電模式，等待設(shè)定時間后被喚醒，再進入掉電模式，循環(huán)執(zhí)行。該有源標簽電路程序流程如圖3所示。

    圖3中對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校驗和的長度，以及有效數(shù)據(jù)的長度等。等待喚醒間隔時間主要由游客行走情況和導(dǎo)游機讀取信號情況等因素來決定，本設(shè)計將標簽發(fā)送信息間隔時間設(shè)定為1s。

3 導(dǎo)游機設(shè)計
3．1 RF接收電路
    導(dǎo)游機主要由RF接收電路和音視頻處理電路構(gòu)成。導(dǎo)游機的RF模塊電路同樣采用nRF24E1，其電路結(jié)構(gòu)與導(dǎo)游標簽基本相同，通過串口與音視頻處理電路連接。導(dǎo)游機的射頻模塊始終處于接收狀態(tài)，實時檢測是否有導(dǎo)游標簽發(fā)射的標識信號。如果導(dǎo)游機進入標簽的有效發(fā)送
范圍內(nèi)，其接收模塊便可以接收到該標簽的編碼信息，并判斷該標簽信號是否是第一次接收到(程序設(shè)計中通過設(shè)置標簽播放標志位來處理)。若為第一次接收，則將該標簽的編號信息通過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。若是已接收過的標簽信號，則不再處理，從而保證導(dǎo)游機在自動工作狀態(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狀態(tài)進行重復(fù)播放。導(dǎo)游機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，主頻達到400 MHz，處理性能達800 MIPS。它支持更多音頻、視頻格式，支持圖片瀏覽、電子書、多國語言、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發(fā)是基于Rockchip公司自主研發(fā)的RK27_SDK軟件平臺。該軟件平臺包含了嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS)、圖形用戶界面接口(GUI)、文件系統(tǒng)(FS)、板級支持包(BSP)以及一系列應(yīng)用程序，是一個集成了源代碼、算法庫、編譯環(huán)境、調(diào)試環(huán)境、仿真環(huán)境、燒寫工具、資源生成工具等的軟件開發(fā)工具包。其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

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

    當系統(tǒng)工作在自動導(dǎo)游模式時，將射頻模塊置于接收模式，若PK2706通過串口接收到來自射頻模塊發(fā)來的標識碼，則讀取對應(yīng)的音視頻數(shù)據(jù)，播放對應(yīng)的音視頻文件。其控制流程如圖8所示。自動導(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)。當系統(tǒng)工作在手動導(dǎo)游模式時，禁止射頻接收，檢測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
    基于RFID實現(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)定可靠地運行。在景點、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)帶來的極大便利，具有良好的應(yīng)用前景。