一种基于RFID的便携式智能语音播放器设计

0 引言

传统的电子导游系统一般采用红外无线通信的方式，容易出现游客接收到错误的景点信息而造成游客的不便。

　　RFID(无线射频识别技术)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，尤其是RFID技术与物联网应用的结合，更是使得它成为目前研究的热点。因此，与RFID技术相结合的智能语音播放器也成为一种发展趋势，它可实现用户在展厅方便的进行参观、了解展品、收听各类文物、景点介绍等，实现博物馆等的自动化智能数字管理。

　　本文设计的便携式智能语音播放器可以通过USB接口与PC通信下载景点资料，RFID电子标签安放在景区内，发射景点的编码信息，当游客进入景区时，便携式智能语音播放器接收到对应的景点编码信息后，进行编码并进行播放。

　　1 系统总体设计

　　根据RFID技术的特点，设计了基于RFID的便携式智能语音播放器的总体结构框图，如图1所示。

该设计共由三部分构成：RFID模块；无线信号收发模块；智能语音播放控制及解码模块。主要包括RFID电子标签与阅读器，用于主控的STC12LE5410AD单片机，VS1003音频解码芯片，大容量存储器，USB通信接口等。

　　当播放器处于工作状态时，由RFID阅读器识别标签信号后，再通过收发系统将语音信号信息及标签信息发送对应标签信息的便携式语音装置，读取存储在便携式语音装置中的语音片段并播放语音。该系统有效工作距离为3～5 m，可存储至少3～5段(每段时长3～ 5 min)语音文件(内置中文、英文、日文语音文件)，语音文件亦可由用户通过播放器自主控制播放。

　　2 RFID模块设计

　　RFID系统工作原理：用户标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，则能通过感应电流所获得的能量发送出存储在无源标签(被动标签，即Passive Tag)芯片中的产品地址信息，或由有源标签(主动标签，即Active Tag)主动发送某一频率信息，再由阅读器读取信息并解码，再进行有关数据的处理。

　　RFID系统的基本模型如图2所示，电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(非接触式)耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现数据交换以及能量传递。

基于RFID的便携式智能语音播放器工作范围(感应距离)应控制在3～5 m，由于展厅各展台之间距离较小，若感应距离太远，容易造成信号间的干扰，出现未到展台便已经播放语音片段的情况，因此，感应距离最远不超过10m。

　　电子反向散射耦合方式的作用距离为3～10 m，符合便携式智能语音播放器的感应距离要求，同时无源电子标签相对于有源电子标签更节约成本，且标签内部无需内置电源供电，易于携带且较为环保，因此，基于RFID的便携式智能语音播放器选择使用电子反向散射耦合方式的无源电子标签更为合适。

　　3 无线信号收发模块设计

　　无线信号收发系统工作原理如下：无线信号收发系统接收到由RFID系统阅读器识别的信号，由发射部分发射信号；无线信号收发系统接收装置接收信号，并将信号传入便携式语音装置。

　　无线信号收发系统共由两部分组成：RFID系统部分的无线信号发射部分，该部分分为编码模块与信号发射模块(含天线)；便携式语音装置部分的无线信号接收部分，该部分分为信号接收模块(含天线)与解码模块。

　　无线信号收发信息发送的信息格式应包含两部分：地址信息用于便携式智能语音播放器识别接收无线射频识别系统无线信号的信息来源；语音文件编号信息，用于便携式智能语音播放器识别语音文件，选择语音文件播放。发送的信息格式如图3所示。

发送的信息采用8位地址码和4位信息码，地址设定时共有3种状态(悬空、接正电源、接地)可供选择，即地址编码共有38即6 561组不重复的编码方式，可有效发送无线信号的信息来源地址，避免出现由于地址信息重复造成的发送错误或重复的地址信息，使得信息无法识别或识别不正确信息的错误。

　　4 智能语音播放控制及解码模块设计

　　便携式智能语音播放器主要由单片机(Micro Control Unit)、音频解码器、存储设备、PC通讯端口、音频DAC及功放、显示界面和控制键等构成。其中单片机和音频解码器是整个系统的核心。

　　便携式智能语音播放器工作流程如图4所示。

首先由便携式智能语音播放器的无线信号接收部分接收无线信号，识别出应播放的由播放器存储的语音信号并读取后，再由音频解码芯片对信号进行解码，通过数模转换机将音频数字信号转换为模拟信号放大输出。

便携式智能语音播放器的整个控制程序都由单片机的运行来完成，控制播放器的各个部分的工作(从存储设备读取语音信号送到音频解码器解码、与PC连接时完成与P