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1、,基于RFID和语音合成的导盲系统研究,旨在设计便携式，低成本的RFID的导盲系统，该系统不需要网络，手提电脑，手机等设备提前下，能够由导盲杖获取铺设在盲道上的RFID标签内的信息，并且具有语音合成与播放的功能，给与忙人语音提示。,设计并实施对RFID电子标签铺设实验，对实验结果进行分析，得到合理的电子标签铺设间距。,目 录 Contents,Page 4,YOUR LOGO,前 言,传统导盲系统：条形盲砖（行进），圆点型盲砖（提示路况变化） 超声波导盲，利用超声波测距，障碍物越近，蜂鸣声越大 导盲犬导盲 GPS导盲，利用GPS和地面基站，接收装置，计算出用户和目的地的地址坐标,Page 5,
2、RFID导盲优势所在,RFID电子标签具有防水，防油，防尘的特点，可适应户外道路和恶劣环境，耐用性好,低频，高频的RFID技术具有较强的穿透能力，能够穿透纸张，水泥，木材等非金属材料，把RFID标签铺设在盲道里，RFID标签和对应阅读器之间仍能通信，另外，把RFID标签铺设在地下， 可防止其被破坏,RFID电子标签可以存储附近障碍物及路况公共设施，方向等丰富的信息，可以给盲人详细提示信息,电子标签处在RFID天线识别范围内时就可以通信，且扫描通信时间短，不影响忙人行走的速度,电子标签内的存储器可多次擦除，改写，因此随路况信息改变，可以实现标签内信息的升级,Page 6,导盲杖应有的技术指标和需
3、求：,导盲杖应便于把持，兼有普通盲杖的探路功能，重量不大于1kg， 可至少连续工作一天,功能,实用,功耗,导盲杖系统引导的速度应适应一般盲人的步行速度，最快速度不小于1m/s,导盲杖能给予盲人语音提示，如方向提示，道路位置提示，以及道路周围公共设施信息提示,Page 7,标签的选择，从分类上,依据工作频率,依据标签数据调试方式,依据标签能量供给方式,Page 8,依据通信时须,考虑高频13.56MHzRFID电子标签的两个国际标准：ISO15693和ISO14443，并选择,选择 无源,选择被动式,选择高频13.56MHz,选择 RTF系统,选用标准,两种标准差异,Page 9,导盲系统总体设
4、计,电子标签的内容存储设计 和铺设设计,导盲杖软件总体设计,导盲杖硬件总体设计,Page 10,确定好软件工作 总体流程图,目前电子标签内存范围为16B64KB,小容量的电子标签内存可选择16B，大的则可选用512B以上，够用就行 盲道铺设的要求： 盲道上铺设的RFID标签，可使盲人走在盲道中间 以一定的间隔来铺设，使其利用率最大化,硬件总体框架,Page 11,Page 12,MCU模块是导盲杖的“大脑”，采用单片机MSP430F123控制各模块分工协作，MCU控制阅读器读取标签信息，控制读取存储器模块信息，控制语音合成与播放模块 播放语音提醒,阅读器是系统的“手”，读取tag信息,语音合成
5、与播放是系统的“嘴”，本设计摒弃了PAD或蓝牙或智能手机来作为语音提示的设备，采用价格低廉的语音合成芯片，将文本转换成语音并从扬声器里发出,存储器模块主要用来减轻电子标签的存储压力，用来存储常用的文本信息和该路段详细信息,单片机MSP430F123的接口设计,RFID导盲系统中，单片机MPS430F123是整个系统的大脑，它指导各部分分工协作，它与各个模块之间的通信是通过接口来实现的,Page 13,主控模块单片机的设计,Page 14,单片机的设计还包括了 单片机GPAT接口设计 单片机复位电路和 时钟电路的设计,15,阅读器模块芯片以及外围电路设计,Page 15,Page 16,内容页样
6、式,Page 16,阅读器使能模式设计,Page 17,1 阅读器TR7961的主使能输入是EN，EN在1.8v到5v之间的任何输入信号电平都有效，设计中，单片机通过端口p2.0控制TRF7961使能端EN,当EN=1时，阅读器所有控制器均使能。 2 TRF7961的辅助使能端EN2与5v直接相连，这样设计的目的在于保证了，无论EN=1,还是EN=0，都能给单片机提供3.3v的供电电压和时钟脉冲信号（EN=1,6.78MHz,EN=0,60Hz）.,总之，在RFID导盲杖系统中，单片机通过EN来控制 TRF7961使能，TRF7961提供电源和时钟信号给单片机， 这样设计，即使在EN=0.TR
7、F7961掉电的情况下， 单片机也可以正常的控制语音合成与播放模块和存储器模块。,阅读器通讯设计,Page 18,TRF7961的通讯接口可以配置成两种方式：一种是并行8管脚接口，一种是SPI接口。两种方式互斥，为节约单片机的接口，选用SPI的接口与单片机相连,上电时，阅读器采样IO0-IO2这三管脚的状态，如果它们不一样，就进入SPI模式，因此设计IO0接地，IO1,IO2接高电平，选用SPI接口IO7为MOSI数据输入IO6为MISO的数据输出，IO4为从设备选择，DATA_CLK为SPI时钟。阅读器检测到附近的电子标签的应答后，阅读器通过IRQ引脚传送一个个中断给单片机,导盲杖天线的设计
8、与安装,Page 19,利用匹配网络知识，计算并联电阻， 电容电感值,选用电小环的 线圈天线,基于高频知识， 定量计算,选择阅读器 天线类型,选择天线的 品质因数Q,调谐 阅读器天线,匹配 天线网络,Page 20,天线品质因数Q的确定,Page 20,L为天线的等效电感， f0为天线的工作频率， R为天线的等效电阻,公式,FID导盲系统中，RFID阅读器的工作频率f是个定值，为13.56KHz,如果Q值太大，天线的带宽B会太小，则，RFID 读写器的调制边带信号幅度将会大幅降低，阅读器的通带特性容易受到干扰，难以符合ISO15693的标准，甚至引起RFID阅读器读取信息的障碍,分析,分析,阅
9、读器环形天线与50欧的负载相连时，其Q值最好不超过20，当Q值小语于20时，RFID阅读器的B比较大，Q值太大，副载波处的幅度太小甚至副载波在天线的边带之外，这会给数据的解调带来困难，因此耦合式的RFID系统中常采用低Q(10-30)天线，本次设计采用Q值为15,结论,21,天线匝数和线圈半径的确定,导盲杖上，考虑实际，天线安装在导盲杖前端，半径应小于5cm,综合考虑选用3cm,那么天线线圈导体长度公式为L=2NR=0.75m.这也满足电小环天线的理论要求。,Page 21,天线匝数和线圈半径的确定 根据ERC70-03规则确定：在13.56MHz频率下，线圈天线的绕线匝数为110T，本次采用
10、4,22,Page 22,天线网络匹配,阅读器要求负载为50，要求将天线安装在导盲杖前端，通过50的同轴电缆连接到阅读器的硬件上。,匹配网络减小了电路的反射，增强了抗干扰性能，阅读器发射的功率几乎全被传输到线圈上，以耦合形式发射出去,实现线圈天线匹配到50的无源网络有多种，设计采用串联电容C1，和并联电容C2的方法。,线圈天线采用直径1mm的铜导线，匝数4，半径3mm,制作成圆形的线圈天线，经阻抗分析仪测试为2.023uH,满足要求,Page 23,总结天线设计步骤,Page 23,1，确定线圈天线匝数，半径等参数，这时，线圈电感为2.032uH，此时的Q2=319,需要并联电阻来调整Q1到1
11、5,2.由高频知识，需要并联电阻 R=3K左右，,3.并联电阻3K欧后，Q=16.26.阻抗为,4.将Z1除以50做归一化处理，查斯密斯阻抗-导纳圆后计算C1,C2,计算结果C1=556pF,采用390pF和56pF并联，C2=88pF,采用68pF和10pF并联。,软件部分,Page 24,语音合成与播放模块（从略）,Page 25,TRF7961 与标签通信,TRF7961 寻卡软件 设计,命令编码 功能表,TRF7961 发送卡片协议请求命令,TRF7961 读取标签存储信息 软件设计,Page 26,寄存器功能描述,地址命令字描述,目录命令请求 流程图,语音合成与播放模块流程图,每次实验读到的标签数N（张）和铺设总数n(张),Page 27,序号,L(cm),7,各次实验所用时间t（s）,Page 28,序号,L（cm）,标签间距L,标签间距L和平均利用率 以及行进速度v之间关系,Q & A,Page 30,结论,标签间距L,平均 利用率 ,行进速度v,实验时间t,实验总次数 N,关系图,最佳间距为40-45cm,31,The End,
