2021-4-9 | 无线通信论文
作者：张金昌 李博 冯小琴 单位：中北大学电子测试技术国家重点实验室 北方自动控制技术研究所
射频发射模块安装在各个景点或展台处，周期性地向外发射自身地址码，不同的景点具有不同的地址码，同一景点可以布置一个或多个相同地址码的发射模块，尽量让所发射的信号覆盖整个景点。游客到达景点后，游客手上的导游机会自动接收编码信号，经过解码后，由控制中心控制语音和图像播放即可。
器件选型本系统中微处理器选用ATMLE公司的AT89C51SND1C，该器件是针对MP3解决方案新生产的一款芯片，具有C51内核，64K的闪存程序空间和4K引导闪存以及2304的ROM存储器，利用微处理器核对数据流并对MP3解码器进行控制，允许通过嵌入的4K闪存引导区进行系统编程［2］。本系统选用NORDIC公司的nRF24L01射频模块，该芯片是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz的ISM频段，工作电压为1.9～3.6V，有多达125个频道可供选择，可通过SPI写入数据，最高可达10Mbit/s，数据传输率最快可达2Mbit/s，其输出功率和通信频道可通过程序进行配置，芯片能耗非常低，使用nRF24L01芯片特有的EnhancedShockBurstTMMode能提高系统整体的性能和效率［3］。
射频模块与单片机接口设计nRF24L01通过SPI接口与单片机通信，所有配置字通过SPI接口送给nRF24L01，SPI接口的工作方式可通过SPI指令进行设置。在配置模式下单片机通过SPI接口配置NRF24L01的工作参数，在发送或接收模式下单片机通过SPI接口发送或接收数据［4］。本系统将微控制芯片AT89C51SND1C的P4的0～2引脚，分别与nRF24L01的MISO，MOSI，SCK连接，P4.6接CSN，P5.3接CE，用P3.2(INT0)控制nRF24L01的收发中断，SPI接口连接图如图2所示。图2给出了AT89C51SND1C与nRF24L01的硬件接口设计。
系统软件设计
1景点射频设备软件设计景点射频设备上电时，AT89C51SND1C首先对nRF24L01进行写配置寄存器操作，然后使nRF24L01进入发射状态，每个设备都有唯一的ID号码以便终端设备识别，此ID号连同语音图像数据一起以一定的数据帧格式写入nRF24L01，激活无线发射，其程序流程图如图3所示。景点射频设备中nRF24L01工作在EnhancedShockBurstTM发射模式，其发射流程为1)配置寄存器位PRIM—RX为低;2)CSN为低，接收节点地址和效数据通过SPI接口写入nRF24L01;3)设置CE为高，持续时间≥10μs，激发nRF24L0进行EnhancedShockBurstTM发射;4)无线发送数据;5)nRF24L01进入待机模式。
2手持终端设备软件设计手持终端设备上电时，AT89C51SND1C配置nRF24L01工作在EnhancedShockBurstTM接收模式，nRF24L01检测空中的无线信号，一旦有数据到来，nRF24L01的IRQ引脚被置低，触发单片机外部中断，在中断中将接收到的ID号码读出并对数据进行判断，每一个ID号码都有相应的语音文件对应，从而可以选择正确的语音文件进行播放，图4为手持终端接收程序流程图。射频收发器的接收地址、收发频率、发射功率、无线传输速率、无线收发模式以及CRC校验的长度和有效数据的长度等信息都在射频收发芯片的寄存器配置字中设置，完整的射频收发数据包由5个部分组成，由高到低分别为前导码、地址、数据包标号、有效数据和CRC校验，其中前导码由硬件添加接收时由硬件自动剥离［5］。
系统测试
将科研楼的3个实验室作为不同游览区，3个代表该实验室信息的标签分别置于其中。当携带导游器进入实验室，导游器可自动播放该实验室对应的语音信息;如果进入不同的标签信号工作的实验室，导游器无需人工干预即自动转换播放与新标签信号对应的语音信息;当同时有多人携带导游器进入同一实验室时，各导游器正常工作。测试表明，导游系统定位准确，语音信息可长时间播放且音质良好，达到了智能语音导游的目的。同时语音信息可通过系统的USB接口下载更新，实现了语音信息可及时更新的智能化导游系统。
结论
电子技术的大规模发展为旅游业的低成本运营创造了便利的条件，智能电子讲解终端能以较小的投入获得较大的突破和发展;低成本投入大大降低了用户的费用，使大多数用户能接受，消费得起。智能景点定位伴游系统也是广大游客所喜爱的，可扩大用户市场。