基于RFID 的電子導(dǎo)游系統(tǒng)設(shè)計

姜 莉

（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，628000）

0 引言

伴隨著微電子、集成技術(shù)的快速發(fā)展，使得現(xiàn)代科技給人們的日常生活帶來了翻天覆地的變化。尤其在旅游行業(yè)，電子導(dǎo)游系統(tǒng)的推廣和普及讓游客真正能夠自主享受到專業(yè)的旅游服務(wù)。再加上單片機的強大功能及其集成化的優(yōu)勢，使之成為了現(xiàn)階段電子設(shè)計中應(yīng)用最為廣泛的電子設(shè)備，而射頻識別技術(shù)可以方便的實現(xiàn)室內(nèi)定位和語音導(dǎo)航，這些先進(jìn)技術(shù)無疑解決了電子導(dǎo)游設(shè)備不能自動播放語音信息的問題。鑒于此，本文提出了一種基于RFID的電子導(dǎo)游系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)了全自動的智能語音導(dǎo)游的目的。

1 電子導(dǎo)游系統(tǒng)的工作原理

經(jīng)濟的快速增長使得人們的生活水平不斷提高，越來越多的人開始關(guān)注物質(zhì)生活和文化生活的檔次。尤其在旅游行業(yè)，信息化的建設(shè)加快了該行業(yè)的發(fā)展步伐。電子導(dǎo)游系統(tǒng)便是旅游信息化的產(chǎn)物，它的應(yīng)用徹底改變了旅游觀光業(yè)的發(fā)展，人們旅游觀光不僅僅是為了休閑娛樂，更重要的是可以享受高品質(zhì)的文化生活。電子導(dǎo)游系統(tǒng)相對于人工導(dǎo)游而言，主要是指利用電子技術(shù)、信號處理技術(shù)制造出的用于旅游景區(qū)導(dǎo)游講解的設(shè)備。該項技術(shù)集成了計算機、移動通信互聯(lián)網(wǎng)以及定位等多種現(xiàn)代化技術(shù)，通過電子導(dǎo)游系統(tǒng)可以對旅游景區(qū)及名勝古跡等內(nèi)容以圖文并茂的形式展現(xiàn)給游客，使游客在觀賞景物和古跡的過程中了解其內(nèi)在的價值和意義，這樣一來，游客在充分欣賞旅游景區(qū)和名勝古跡的外觀表象后，又獲得了豐富的理論知識。

在我國，電子導(dǎo)游系統(tǒng)還是一個新事物，2000 年廣西桂林漓江首次使用電子導(dǎo)游系統(tǒng)，近年來國內(nèi)各個著名景區(qū)和名勝古跡開始紛紛采用電子導(dǎo)游系統(tǒng)，這對于電子導(dǎo)游系統(tǒng)的研究和發(fā)展無疑起到了積極的推動作用。本文研究的基于RFID 的電子導(dǎo)游系統(tǒng)設(shè)計，主要有自動識別模塊、主控制模塊、語音信息存儲模塊以及D/A 轉(zhuǎn)換和音頻放大模塊四個部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1 所示：

圖1 電子導(dǎo)游系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

自動識別模塊在電子導(dǎo)游系統(tǒng)中，由電子標(biāo)簽和語音導(dǎo)航中的射頻讀寫部分所構(gòu)成的自動識別模塊的主要作用是對旅游景區(qū)進(jìn)行識別定位，然后再將這些定位信息通過串口發(fā)送到主控制模塊進(jìn)行分析，從語音信息存儲模塊的相應(yīng)地址中讀取對應(yīng)的信息，在解碼后再將該信息發(fā)送到D/A 音頻轉(zhuǎn)換和放大模塊轉(zhuǎn)換成音頻信號并通過影音播放器輸出，從而完成整個語音智能導(dǎo)航。

2 電子導(dǎo)游系統(tǒng)的硬件設(shè)計

基于RFID 的電子導(dǎo)游系統(tǒng)的主控制模塊采用的是ATMEL 公司的AT89C51SND1C 芯片和MP3 解碼器，語音信息存儲模塊則主要采用三星半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的NAND FLASH 芯片K9F5608U0C 進(jìn)行語音數(shù)據(jù)存儲，使用NPX 公司生產(chǎn)的音頻芯片UDA1334 進(jìn)行D/A 音頻轉(zhuǎn)換和放大，以下就對基于RFID 的電子導(dǎo)游系統(tǒng)的硬件設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)分析：

2.1 主控制模塊與各模塊間的接口電路

由AT89C51SND1C 芯片及其外圍電路組成的主控制模塊主要用來接收自動識別模塊發(fā)送的各種信息。這些信息主要通過串口（RS232）進(jìn)行傳輸，并且將標(biāo)簽信息轉(zhuǎn)化成地址信息，語音信息存儲模塊中的K9F5608U0C 芯片可以通過RD、CE、CLE 以及ALE 進(jìn)行尋址，找出壓縮的音頻信號將其解碼成數(shù)字音頻信號，通過管教P3.2 和P3.3 傳輸至D/A 語音轉(zhuǎn)換和放大模塊的UDA1334 芯片。在D/A 語音轉(zhuǎn)換和放大模塊中，UDA1334 芯片主要集成了串行D/A 轉(zhuǎn)換器和信號放大器，以此來完成對音頻信號的轉(zhuǎn)換和控制。除此以外，D/A 語音轉(zhuǎn)換和放大模塊還采用了3.3V 的低電壓設(shè)計技術(shù)，在降低能源消耗的同時還能有效地提高音頻轉(zhuǎn)換和播放的效果。

2.2 自動識別模塊電路設(shè)計

自動識別模塊是基于RFID 的電子導(dǎo)游系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，從上文分析中我們了解到了自動識別模塊主要由電子標(biāo)簽和語音導(dǎo)航中的射頻讀寫所構(gòu)成。其中射頻技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的一種自動識別技術(shù)，它是通過射頻信號通過交變磁場或者電磁場，在不接觸的情況下進(jìn)行信息傳遞。該系統(tǒng)蛀牙有閱讀器、天線、標(biāo)簽三大部分構(gòu)成，其中閱讀器主要用來讀取標(biāo)簽信息；天線則是在標(biāo)簽和閱讀器間進(jìn)行信息傳遞；標(biāo)簽是由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽都具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象，每一個標(biāo)簽都有一個全球唯一的ID 號碼UID，UID 是在制作芯片時放在ROM 中的，無法進(jìn)行修改。

最初在技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)答器是指能夠傳輸信息回復(fù)信息的電子模塊，近些年來，由于射頻技術(shù)發(fā)展迅猛，應(yīng)答器有了新的說法和含義，又被叫做智能標(biāo)簽或標(biāo)簽。RFID 電子標(biāo)簽的閱讀器通過天線與RFID 電子標(biāo)簽進(jìn)行無線通信，可以實現(xiàn)對標(biāo)簽識別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭氩僮?。RFID 技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。自動識別模塊的工作流程首先是將射頻振蕩器產(chǎn)生的載波信號經(jīng)過射頻放大器放大后借助天線等變換器進(jìn)行發(fā)射。當(dāng)游客攜帶電子導(dǎo)游設(shè)備時，載波信號激活電子導(dǎo)游設(shè)備中的電子標(biāo)簽，將自身攜帶的信息代碼通過天線發(fā)射出去，讀寫模塊天線接收到電子標(biāo)簽通過發(fā)射散射調(diào)制發(fā)射回來的載波信號，并對這些信號進(jìn)行解調(diào)解碼，再經(jīng)由串口（RS232）傳送給主控制模塊，給電子導(dǎo)游設(shè)備提供必要的定位信息。

3 電子導(dǎo)游系統(tǒng)的軟件設(shè)計

基于RFID 的電子導(dǎo)游系統(tǒng)的軟件是組織協(xié)調(diào)工作的基礎(chǔ)，以下就對電子導(dǎo)游系統(tǒng)的軟件設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)分析：

3.1 軟件總體設(shè)計

基于RFID 的電子導(dǎo)游系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)如下圖2 所示：

圖2 基于RFID 的電子導(dǎo)游系統(tǒng)程序框圖

從圖中可以看出，該系統(tǒng)在啟動電源時，各模塊首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入到選擇模式的狀態(tài)，判斷系統(tǒng)是否與計算機的USB 接口正常連接。如果系統(tǒng)檢測沒有與計算機的USB 接口連接，則直接進(jìn)入到自動識別、語音控制解碼以及人機交互的電子語音導(dǎo)航狀態(tài)；如果系統(tǒng)檢測到與計算機的USB 接口連接，則會進(jìn)入到語音信息的更新狀態(tài)。

當(dāng)基于RFID 的電子導(dǎo)游系統(tǒng)進(jìn)入到語音導(dǎo)航狀態(tài)時，系統(tǒng)會最先對射頻識別和人機交互模塊進(jìn)行初始化，游客進(jìn)入到旅游景區(qū)時，射頻識別模塊會自動接收預(yù)先設(shè)置在電子標(biāo)簽內(nèi)的載波信號并且處理得到內(nèi)置的ID 賬號；在得到ID 賬號后，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先設(shè)置的列表查找出與該ID 賬號所對應(yīng)的語音信息，通過語音數(shù)據(jù)存儲模塊對這一信息進(jìn)行解碼輸出。如果游客沒有通過電子導(dǎo)游設(shè)備的人機交互界面進(jìn)行任何操作，系統(tǒng)則會對解碼后的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行自動播放；如果游客激活了人機交互界面，系統(tǒng)則可以根據(jù)游客的選擇對該語音數(shù)據(jù)進(jìn)行播放或者暫停。

3.2 串口控制部分軟件設(shè)計

基于RFID 的電子導(dǎo)游系統(tǒng)播放的語音信息內(nèi)容都是由串口發(fā)送來的數(shù)據(jù)信息所決定的。系統(tǒng)首先根據(jù)視頻標(biāo)簽的信號格式對給定數(shù)據(jù)信息的格式進(jìn)行判斷，如果結(jié)果滿足就判斷為標(biāo)簽號，如果接收到新的信號，系統(tǒng)則會從當(dāng)前的狀態(tài)拽到對應(yīng)的狀態(tài)；如果結(jié)果不滿足，系統(tǒng)則保持初始狀態(tài)不變，從而確定標(biāo)簽對應(yīng)播放的語音信息。

3.3 語音信息播放部分軟件設(shè)計

電子導(dǎo)游系統(tǒng)的語音播放模塊接收到語音數(shù)據(jù)存儲位置的地址后，將該地址所存儲的數(shù)據(jù)按照不同區(qū)域進(jìn)行讀取。一個區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)讀取完畢后自動產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)請求中斷，程序根據(jù)數(shù)據(jù)請求中斷是否存在來判斷是否進(jìn)入到下一個區(qū)域讀取其中的數(shù)據(jù)信息。如果產(chǎn)生了數(shù)據(jù)請求中斷，程序則會將地址自動定位到下一個存儲區(qū)域的地址并進(jìn)行讀取。這些數(shù)據(jù)按照區(qū)域不同從存儲空間讀取出來，送到解碼器中，通過硬件解碼后輸出，并最終完成語音信息的播放。

4 結(jié)束語

文章首先闡述了基于RFID 的電子導(dǎo)游系統(tǒng)的設(shè)計原理，然后從硬件和軟件兩個方面分析了電子導(dǎo)游系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在硬件設(shè)計方面，首先對電子導(dǎo)游系統(tǒng)進(jìn)行模塊化分析，在自動識別模塊、主控制模塊、語音信息存儲模塊以及D/A 轉(zhuǎn)換和音頻放大模塊中，重點研究了主控制模塊與各模塊間的接口電路和自動識別模塊的電路設(shè)計；在電子導(dǎo)游系統(tǒng)的軟件設(shè)計方面，則主要從軟件總體設(shè)計、串口控制部分軟件設(shè)計以及語音信息播放部分軟件設(shè)計三個方面分析了電子導(dǎo)游系統(tǒng)各部分的工作流程。在系統(tǒng)測試過程中，對電子導(dǎo)游設(shè)備的準(zhǔn)確性和抗干擾能力進(jìn)行測試，實現(xiàn)了多個設(shè)備在同一區(qū)域內(nèi)對電子標(biāo)簽信息的準(zhǔn)確接收和播放。通過本文研究可以表明RFID 在電子導(dǎo)游系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)日趨成熟，它的出現(xiàn)真正意義上實現(xiàn)了景區(qū)旅游導(dǎo)游的智能化和電子化升級。

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