无线电测向智能控制平台构建分析范文

本站小编为你精心准备了无线电测向智能控制平台构建分析参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。

【摘要】

本次设计采用STM32单片机作为总控芯片，构建了无线电测向系统智能控平台，通过无线通信模块、RFID识别模块、步进电机驱动等模块，将原本相互独立的电台调节与电子计时、信息登录等环节纳入到同一个可控系统中，解决了目前无线电测向运动高成本、浪费人力等问题，提高了无线电测向竞赛的公正性，有利于无线电测向运动的推广。

【关键词】

无线电测向；STM32；RFID

无线电测向是近20年来兴起的一项科技体育竞赛，它使用测向机按照一定规则寻找隐蔽电台进行“无线电捉迷藏”活动，是一项集科技、竞技、娱乐于一体的运动项目，尤其对青少年心智和体力的发展有着极大的帮助[1]。此竞赛既能丰富人们的电子知识，又能提高身体素质，得到越来越多人的青睐。目前，国家赛事中已经有使用电子计时打卡系统，这个系统已经能够实现利用指卡记录信息，实现复位，记录时间、信号台序号和智能判别有效台数等功能，实现数据精准化，有效减少了竞赛时的作弊、裁判误判以及后期统计成绩时的工作量，不过该系统相当昂贵，尚不能实现对场地信号台的控制。本文描述的无线电测向智能控制平台旨在探索无线电测向运动智能化、无人化管理，降低运动成本，具有较好的推广使用价值。

1系统概述

该智能控制平台是一个基于STM32F103单片机作为总控芯片为测向运动提供打卡、计时、电台信号调频与统计运动员比赛信息的系统，其外围设备和各自的主要特点为：①TFTLCD屏：终端屏幕显示，界面操作友好；②无线通信模块：采用NRF24L01+PA+LNA模块，用于实现主机与从机间的数据传输，数据传输距离可远达1.5km；③RFID射频识别模块：采用NXP公司RC522模块作为读卡器，13.56MHz工作频率，每个运动参与者手中的ID卡将是此运动赛的唯一识别码，通过RFID读卡获得参与者找到的电台数量以及竞赛完成情况。本文系统使用一种高效的读写器防冲撞算法代替了现有的防冲撞算法[2]，在此RFID网络中通过使用二进制搜索的方法来实现，工作示意如图1.1所示，二进制搜索算法程序流程如图1.2所示，解决了在具有移动读写器的稠密或动态RFID网络中应用现有的防冲撞算法引起的较严重的标签冲撞问题；④信号台及步进电机：信号台选型号为T3500B，工作频段3500-3600kHz，具有9个可调频段。采用ULN2003驱动芯片驱动四相八拍步进电机28BYJ-48对信号台进行调频，实现自动随机电台控制。当终端主控接收到运动开始信号时，各个从机将会收到主机发过来的数据，从机将会控制步进电机对电台进行调信号频段。参赛选手可根据自身情况或比赛要求捕获系统发出的电台信号，并进行相应的搜索行动。

2硬软件设计

2.1硬件部分MCU控制部分使用单片机搭建应用系统，要求MCU具有多个SPI接口、定时器、IIC接口以及UART通信接口。综合考虑后选择了STM32F103C8T6。其最小系统如图2.1所示[4]。RFID射频识别模块电路如图2.2所示[3]。通过RFID，每个运动参与者手中的ID卡将是此运动赛的唯一识别码，对RFID读卡获得参与者找到的电台数量以及竞赛完成情况。RFID读取的数据通过无线传输模块回传给主系统，主系统将自动存储数据到AT24C02存储芯片中，具有扫描速度快、携带方便、重复使用率高等优点。远程无线通信采用NRF24L01+PA+LNA模块，2.4GISM频段，组成星形网络，通过SPI与外部MCU通信，最大的SPI速度可以达到10MHz，实现无线电电台之间的数据传输。该模块的外观和引脚图如图2.3所示。无线电测向发射机采用工作频段为3500-3600kHz的T3500B型信号台，接收机为目前青少年测向活动中广泛使用的80m波段无线电测向机，其线路简单，性能良好，价格较低。可调信号台的电路如图2.5所示，由晶体振荡级、缓冲放大级、推动级、射频功放级和单片机发报控制电路所组成。振荡级是个典型的电容三点式振荡电路，由3.579M晶体和T1组成，其输出频率完全取决于晶体频率。T2是个射极输出形式的电路，用来放大B1输出的射频信号，以提高驱动T3的能力。T3用作射频功放前的推动部分，其供电端(B2的上端)受T4控制。单片机可以根据测向信号所需的节奏，通过控制T3的供电来影响射频的输出。射频经过T3放大进入B2选频后由次级输出。B4用于读取向外辐射高频电流，其和表头A配合能让使用者直观了解天线向外的辐射情况。随后，射频进入天线，B5是天线的底部电感线圈，可以使天线和功放获得合理匹配，使得天线最大限度地向外辐射能量。

2.2软件部分本系统主程序创建了键盘接口监听、无线通信监听和RFID射频识别监听三个线程，主流程如图2.6所示，各线程流程如图2.7-图2.9所示。其中，键盘接口监听线程实现控制平台的控制按键动作的检测；无线通信监听线程实现主机和各从机之间的数据传输，根据实际情况进行信息的反馈；RFID射频识别监听线程实现了对运动参与者的电子标签的信息读取。

3系统测试及结果分析

目前，已使用如图3.1与图3.2所示的实物系统完成了以下4项测试指标：①实现主机与从机距离远达1.5km的数据通讯；②在行走的过程中，利用RFID移动防冲撞算法实现RFID标签的读取，并获取正确、实时的参赛者运动情况和提示信息；③竞赛开启时，能通过主机控制从机实现电台信号的调制；④能准确统计参赛者的用时情况并进行名次统计。

4总结

目前无线电测向运动趋于大众化，同时也趋于更加智能化，这样不仅能够降低人力成本，还能有效减少因为人工出现的错误和作弊现象。本文介绍通过STM32微处理器进行主控的智能控制平台，在测试中能够确保在1.5km的通讯距离内实现无线电测向，有效降低无线测向系统的成本。

参考文献

[1]马军.无线电测向运动在校园中的开展[J].中小学电教(上),2015(7):15-17.

[2]徐丽香,蓝运维.RFID二进制搜索法防碰撞的实现[J].单片机与嵌入式系统应用,2006(5):33-35.

[3]游战清等.无线射频技术(RFID)理论与应用[M].北京:电子工业出版社,2004.

[4]张洋,刘军,严汉宇.原子教你玩STM32(库函数版)[M].北京航空航天大学出版社,2013.

作者：王建 周慧聪 陈俊熹 冯步翰 黄东 单位：华南农业大学电子工程学院 华南农业大学材料与能源学院