基于射频识别的无线装定系统的研究

摘要：为了完成弹药装填过程中将信息准确、无误地传送给炮弹引信，提出了一种新型的基于RFID的无线装定系统的设计。从装定的理论出发，建立了无线装定系统的数字通信系统模型。分析完成了装定系统的设计从理论上需要解决的两个关键技术：无线通信技术和无线供电技术。提出了无线装定系统的整体设计方案。设计了专门的无线供电模块来提供装定接收装置工作所需的能量。最后用VC设计了专门的装定模块仿真软件来模拟火控系统给单片机发送指令，仿真调试结果表明，该系统功能完善，工作可靠，稳定，基本达标。
关键词：引信；RFID；装定；VC

在高新技术产业飞速发展的今天，现代战争对作战武器的要求越来越高，功能单一的武器已经不能满足当今时代的要求，因此发明新型具有更强杀伤力，更高精确度，更快速度的武器成为了迫切需求。从火控系统快速准确的将信息装定到舰炮弹药引信，成为了新型的课题。在分析了目前已有的国内外装定技术基础上，本文提出了一种新型的基于RFID的无线装定系统的设计。通过装定器和装定接收模块的微控制器来控制阅读器和应答器芯片以及发送天线和接收天线来完成装定信息的传送。

1 无线装定系统模型
无线装定系统相当于一个传输信息的通道，因此可以把其抽象为一个典型的数字通信系统模型。如图1所示，该模型由信息源、数字信道和受信者三部分组成。对于无线装定系统来讲，信源包括信息源和信源编码，它是系统的信号发生器，信源编码用来对信息源进行编码，数字信道是信息的传输路径，其中包括信道编码、数字调制、感应耦合回路、数字解调、信道译码，受信者是整个装定系统的装定目标。简单地说，该装定系统就是如何让信源不失真地通过数字信道到达受信者的过程。

2 装定技术分析
通过对一系列装定系统的分析可知，要完成无线装定系统的设计，从理论上需要解决两个方面的关键技术。
(1)无线通信技术：因为装定器和装定接收模块的单片机之间要进行通信，必须按照通信协议才能进行，所以在装定数据编码方式选择、数字调制和解调方式选择以及数据校验方式选择上比较重要。该装定系统的信源编码采用数字基带传输，选用NRZ编码，这种编码方式速度快、精度高、抗干扰能力强等优点，可以保证地面设备给弹上设备提供足够的能量。同时基带信号在无线信道中传输，还必须对数字信号进行调制和解调。因此本文选用2FSK调制和非相干解调实现数据信息的传输。为了提高系统可靠性，在RFID系统中引入了具有良好差错控制功能的CRC校验，装定接收装置返回的数据经过校验后通过RF返回给装定器，并且通过上位机软件显示结果正确与否，如果正确，显示“CRC OK!”如果不正确，则显示“CRC Failed!”。
(2)无线供电技术：根据RFID基本原理，装定器和装定接收模块之间的能量有两部分的作用：一部分用于应答器和阅读器之间的通信，另一部分用于给整个接收装置工作供电。阅读器和应答器之间的通信所需能量可由阅读器来提供，但装定接收模块所需能量必须想办法解决。通过做大量的研究，本文设计了专门的无线供电模块来给装定接收模块提供能量。因为本文的装定过程发生在弹药装填过程中，属于发射前装定，而此时炮弹引信为无源的，这就给装定技术带来一个新的难题，即需要通过无线的方式给接收装置供电，才能很好地完成装定。这个问题将在后面做一介绍。

3 装定系统整体结构设计
根据系统所要实现的功能，该无线装定系统由无线通信模块和无线供电模块组成。无线通信模块使用了RFID原理，通过电磁感应的方式来实现数据的传送。无线供电模块使用了Zigbee通信原理，通过发送电磁波来给整个接收装置提供能量。选用TI公司的单片机MSP430F249和MSP430F2274分别作为装定器和装定接收装置的核心控制芯片，对该装定系统的功能模块进行控制，使用RS422总线实现火控系统与装定器之间的全双工通讯。
系统的有序进行都是在核心控制器的控制下完成的。系统上电后，在单片机MSP430F249的控制下，对各个功能模块进行初始化，初始化完成之后，单片机等待键盘输入指令，或者火控系统发送指令，收到指令后，首先对数据进行LRC校验，如果收到的数据正确，首先判断要执行什么操作，确定执行的操作后，将数据字节通过相应引脚传送给阅读器，阅读器将数据字节通过RF发送给应答器，应答器执行操作后，将返回的数据回传给阅读器，阅读器收到数据后，在此过程中MSP430F249一直检测相应引脚电平的变化，当检测到相应引脚有起始信号时，控制同步接收阅读器返回的数据，并将数据打包处理后，通过相应引脚传到液晶显示器显示出来。系统整体结构框图如图2所示。