基于RK2706的RFID智能導游系統(tǒng)設計

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

引言
    在大型展會和博物館等場所中，采用RFID技術的電子導游系統(tǒng)可顯著提升展會的服務檔次，為游客提供更為優(yōu)質、人性化的服務。應用智能導游系統(tǒng)，游客在游覽過程中不需要跟隨導游人員，用手中的智能電子導游設備即可自動收聽多語種的解說，并可從導游機上獲取展品的視頻資料及游覽位置等導覽提示與其他服務信息，以保證活動安全有序進行。

1 智能導游系統(tǒng)技術方案
    智能導游系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。采用RFID(射頻識別)技術實現(xiàn)的智能導游系統(tǒng)，主要由導游機、導游標簽以及充電箱、耳機、掛繩等附屬設備組成。每個導游標簽中存儲有唯一的自身標識信息，導游機中預先存儲相關導游資料信息，導游機和導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)量的導游標簽，導游標簽不停地發(fā)送包含特定信息的射頻信號。一旦游客攜帶的導游機進入觸發(fā)范圍區(qū)域，就能自動感應到該標識信號，導游機根據(jù)接收到的標識信號自動播放所屬區(qū)域的導游信息。
    具體應用時，游客在入口處，從前臺服務人員處登記注冊并租借導游機，之后便可使用導游機進行自助游覽。游客可通過導游機的觸摸屏查詢相關信息、選擇講解語言種類、切換工作方式(自動或手動)、調節(jié)音量，以及進行其他功能設置。當導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，導游機會自動感應、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信息等。當導游機工作在手動狀態(tài)下，游客可直接選擇點播相關音視頻信息。當游客結束瀏覽，經過出口時設備會通過語音提示及自動嗚叫，提醒游客歸還設備。

2 導游標簽設計
    導游標簽采用有源電子標簽，本設計的功能要求簡單，僅需存儲一串符合一定通信協(xié)議的標識數(shù)據(jù)，并能轉換成射頻信號發(fā)送出去。為簡化系統(tǒng)設計，提高無線系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，選用Nordic公司內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；內部集成了增強型8051內核、2．4 GHz無線收發(fā)器、A／D轉換器等，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)可以通過軟件設置完
成，非常適合用于有源標簽的設計。nRF24E1的內部結構圖略。
    由nRF24E1構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游機讀取信號情況等因素來決定，本設計將標簽發(fā)送信息間隔時間設定為1s。

3 導游機設計
3．1 RF接收電路
    導游機主要由RF接收電路和音視頻處理電路構成。導游機的RF模塊電路同樣采用nRF24E1，其電路結構與導游標簽基本相同，通過串口與音視頻處理電路連接。導游機的射頻模塊始終處于接收狀態(tài)，實時檢測是否有導游標簽發(fā)射的標識信號。如果導游機進入標簽的有效發(fā)送
范圍內，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(程序設計中通過設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，選擇播放相關音視頻內容。若是已接收過的標簽信號，則不再處理，從而保證導游機在自動工作狀態(tài)下不重復播放。游客若要重復播放，可按重復播放鍵或切換到手動狀態(tài)進行重復播放。導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；內置TFT控制器，支持各種液晶顯示屏；內置高性能音頻轉換器，輸出音質更完美；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)以及一系列應用程序，是一個集成了源代碼、算法庫、編譯環(huán)境、調試環(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。其結構如圖6所示。

    導游機主控流程如圖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游模式或手動導游模式(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函數(shù)及操作界面窗口設計，內容主要包括主控程序、RK內核程序、用戶任務、底層驅動、配置與設置等，從而實現(xiàn)導游機的音視頻播放功能。

    當系統(tǒng)工作在自動導游模式時，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，則讀取對應的音視頻數(shù)據(jù)，播放對應的音視頻文件。其控制流程如圖8所示。自動導游狀態(tài)下響應重復播放、音量調節(jié)等按鍵任務。當系統(tǒng)工作在手動導游模式時，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)行相應的程序。

結語
    基于RFID實現(xiàn)的智能導游系統(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游設備，可使游客真正感受到電子技術帶來的極大便利，具有良好的應用前景。