基于RK2706的RFID智能导游系统设计

摘要：提出由射频收发模块和音视频处理模块组成的电子导游系统设计方案，通过融合RFID技术和多媒体处理技术实现了导游系统的智能化。介绍了由无线收发芯片nRF24E1实现的有源导游标签硬件设计与软件流程，给出了以nRF24E1和音视频处理芯片RK2706为核心的导游机的软硬件实现方法。
关键词：RFID；导游标签；nRF24E1；导游机；RK2706

引言
    在大型展会和博物馆等场所中，采用RFID技术的电子导游系统可显著提升展会的服务档次，为游客提供更为优质、人性化的服务。应用智能导游系统，游客在游览过程中不需要跟随导游人员，用手中的智能电子导游设备即可自动收听多语种的解说，并可从导游机上获取展品的视频资料及游览位置等导览提示与其他服务信息，以保证活动安全有序进行。

1 智能导游系统技术方案
    智能导游系统结构框图如图1所示。采用RFID(射频识别)技术实现的智能导游系统，主要由导游机、导游标签以及充电箱、耳机、挂绳等附属设备组成。每个导游标签中存储有唯一的自身标识信息，导游机中预先存储相关导游资料信息，导游机和导游标签之间通过无线射频形式实现信息传递。

    事先在各个展馆、展区和其他区域(展馆之间的通道等)布置一定数量的导游标签，导游标签不停地发送包含特定信息的射频信号。一旦游客携带的导游机进入触发范围区域，就能自动感应到该标识信号，导游机根据接收到的标识信号自动播放所属区域的导游信息。
    具体应用时，游客在入口处，从前台服务人员处登记注册并租借导游机，之后便可使用导游机进行自助游览。游客可通过导游机的触摸屏查询相关信息、选择讲解语言种类、切换工作方式(自动或手动)、调节音量，以及进行其他功能设置。当导游机工作在自动状态下，游客在展区不受游览线路的限制，无需任何操作，走到任何一处景点，导游机会自动感应、自动讲解，遇到十字路口会自动提示游客每条道路的走向。同时，导游机的屏幕可显示游客在展馆中的当前位置信息或其他视频服务信息等。当导游机工作在手动状态下，游客可直接选择点播相关音视频信息。当游客结束浏览，经过出口时设备会通过语音提示及自动呜叫，提醒游客归还设备。

2 导游标签设计
    导游标签采用有源电子标签，本设计的功能要求简单，仅需存储一串符合一定通信协议的标识数据，并能转换成射频信号发送出去。为简化系统设计，提高无线系统的稳定性和可靠性，选用Nordic公司内置微控制器的无线收发芯片nRF24E1。nRF24E1工作于2．4～2．5 GHzISM频段，多达125个频点，可通过改频和跳频来避免干扰；内部集成了增强型8051内核、2．4 GHz无线收发器、A／D转换器等，具有体积小、功耗低、片上资源丰富、无线传输稳定可靠等优点。该芯片外围电路器件少，配置简单，发射功率、工作频率等工作参数可以通过软件设置完
成，非常适合用于有源标签的设计。nRF24E1的内部结构图略。
    由nRF24E1构成的有源标签电路如图2所示。

    nRF24E1具有一个512字节的ROM、一个4 KB的RAM和一个256字节的RAM。其中，512字节的ROM用于存储引导程序，4 KB的RAM用于运行用户程序，256字节的RAM用作数据存储器。图2中外挂的25AA320为串行E2PROM，用于存储用户程序，通过SPI接口与nRF24E1进行连接。nRF24E1系统电路上电后，在512字节ROM中引导程序的控制下，将E2PROM中存储的用户程序下载到4 KB的RAM程序运行空间中，然后再执行。
    nRF24E1有4种工作模式，工作模式由主控芯片通过软件设置。nRF24E1处于正常工作模式时的电流为3 mA左右，发射信号时的工作电流为18 mA左右，而掉电模式时工作电流仅为2 μA左右。为降低功耗，可利用nRF24E1内部的定时唤醒功能，采用定时唤醒、间隔发送的方式发送射频信号。也就是说，发送完一次信号，进入掉电模式，等待设定时间后被唤醒，再进入掉电模式，循环执行。该有源标签电路程序流程如图3所示。

    图3中对nRF24E1的配置，主要是设置收发模式、发送频率、接收地址、传输速率、发射功率、CRC校验和的长度，以及有效数据的长度等。等待唤醒间隔时间主要由游客行走情况和导游机读取信号情况等因素来决定，本设计将标签发送信息间隔时间设定为1s。

3 导游机设计
3．1 RF接收电路
    导游机主要由RF接收电路和音视频处理电路构成。导游机的RF模块电路同样采用nRF24E1，其电路结构与导游标签基本相同，通过串口与音视频处理电路连接。导游机的射频模块始终处于接收状态，实时检测是否有导游标签发射的标识信号。如果导游机进入标签的有效发送
范围内，其接收模块便可以接收到该标签的编码信息，并判断该标签信号是否是第一次接收到(程序设计中通过设置标签播放标志位来处理)。若为第一次接收，则将该标签的编号信息通过串口通信传送给音视频处理电路，选择播放相关音视频内容。若是已接收过的标签信号，则不再处理，从而保证导游机在自动工作状态下不重复播放。游客若要重复播放，可按重复播放键或切换到手动状态进行重复播放。导游机的射频模块控制流程如图4所示。

3．2 音视频处理电路
    导游机的音视频处理电路选用Rockchip公司的音视频处理芯片RK2706作为核心处理器。RK2706采用“DSP+ARM”双核联合的方式，是一款功能齐全的多媒体播放处理芯片，主频达到400 MHz，处理性能达800 MIPS。它支持更多音频、视频格式，支持图片浏览、电子书、多国语言、多种字体显示；内置TFT控制器，支持各种液晶显示屏；内置高性能音频转换器，输出音质更完美；支持全系列NAND Flash和SD／SDHC ／MMC卡扩展，具有丰富的通信接口。以RK2706作为核心的音视频处理电路如图5所示。

    音视频处理电路的软件开发是基于Rockchip公司自主研发的RK27_SDK软件平台。该软件平台包含了嵌入式实时操作系统(RTOS)、图形用户界面接口(GUI)、文件系统(FS)、板级支持包(BSP)以及一系列应用程序，是一个集成了源代码、算法库、编译环境、调试环境、仿真环境、烧写工具、资源生成工具等的软件开发工具包。其结构如图6所示。

    导游机主控流程如图7所示。主机初始化后，进入工作状态选择界面，由按键或触摸屏按钮事件选择进入自动导游模式或手动导游模式(MP4工作方式)。 利用RK27_SDK软件平台提供的各类程序包进行任务函数及操作界面窗口设计，内容主要包括主控程序、RK内核程序、用户任务、底层驱动、配置与设置等，从而实现导游机的音视频播放功能。

    当系统工作在自动导游模式时，将射频模块置于接收模式，若PK2706通过串口接收到来自射频模块发来的标识码，则读取对应的音视频数据，播放对应的音视频文件。其控制流程如图8所示。自动导游状态下响应重复播放、音量调节等按键任务。当系统工作在手动导游模式时，禁止射频接收，检测按键和触摸屏按钮事件，若有键按下或按钮事件消息，则执行相应的程序。

结语
    基于RFID实现的智能导游系统功耗低、信息存取量大、使用方便，具有良好的抗干扰特性，可以在复杂环境中稳定可靠地运行。在景点、景区、博物馆、展览馆装备这样的电子导游设备，可使游客真正感受到电子技术带来的极大便利，具有良好的应用前景。