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【摘要】

本次設計采用STM32單片機作為總控芯片，構建了無線電測向系統智能控平臺，通過無線通信模塊、RFID識別模塊、步進電機驅動等模塊，將原本相互獨立的電臺調節與電子計時、信息登錄等環節納入到同一個可控系統中，解決了目前無線電測向運動高成本、浪費人力等問題，提高了無線電測向競賽的公正性，有利于無線電測向運動的推廣。

【關鍵詞】

無線電測向；STM32；RFID

無線電測向是近20年來興起的一項科技體育競賽，它使用測向機按照一定規則尋找隱蔽電臺進行“無線電捉迷藏”活動，是一項集科技、競技、娛樂于一體的運動項目，尤其對青少年心智和體力的發展有著極大的幫助[1]。此競賽既能豐富人們的電子知識，又能提高身體素質，得到越來越多人的青睞。目前，國家賽事中已經有使用電子計時打卡系統，這個系統已經能夠實現利用指卡記錄信息，實現復位，記錄時間、信號臺序號和智能判別有效臺數等功能，實現數據精準化，有效減少了競賽時的作弊、裁判誤判以及后期統計成績時的工作量，不過該系統相當昂貴，尚不能實現對場地信號臺的控制。本文描述的無線電測向智能控制平臺旨在探索無線電測向運動智能化、無人化管理，降低運動成本，具有較好的推廣使用價值。

1系統概述

該智能控制平臺是一個基于STM32F103單片機作為總控芯片為測向運動提供打卡、計時、電臺信號調頻與統計運動員比賽信息的系統，其外圍設備和各自的主要特點為：①TFTLCD屏：終端屏幕顯示，界面操作友好；②無線通信模塊：采用NRF24L01+PA+LNA模塊，用于實現主機與從機間的數據傳輸，數據傳輸距離可遠達1.5km；③RFID射頻識別模塊：采用NXP公司RC522模塊作為讀卡器，13.56MHz工作頻率，每個運動參與者手中的ID卡將是此運動賽的唯一識別碼，通過RFID讀卡獲得參與者找到的電臺數量以及競賽完成情況。本文系統使用一種高效的讀寫器防沖撞算法代替了現有的防沖撞算法[2]，在此RFID網絡中通過使用二進制搜索的方法來實現，工作示意如圖1.1所示，二進制搜索算法程序流程如圖1.2所示，解決了在具有移動讀寫器的稠密或動態RFID網絡中應用現有的防沖撞算法引起的較嚴重的標簽沖撞問題；④信號臺及步進電機：信號臺選型號為T3500B，工作頻段3500-3600kHz，具有9個可調頻段。采用ULN2003驅動芯片驅動四相八拍步進電機28BYJ-48對信號臺進行調頻，實現自動隨機電臺控制。當終端主控接收到運動開始信號時，各個從機將會收到主機發過來的數據，從機將會控制步進電機對電臺進行調信號頻段。參賽選手可根據自身情況或比賽要求捕獲系統發出的電臺信號，并進行相應的搜索行動。

2硬軟件設計

2.1硬件部分MCU控制部分使用單片機搭建應用系統，要求MCU具有多個SPI接口、定時器、IIC接口以及UART通信接口。綜合考慮后選擇了STM32F103C8T6。其最小系統如圖2.1所示[4]。RFID射頻識別模塊電路如圖2.2所示[3]。通過RFID，每個運動參與者手中的ID卡將是此運動賽的唯一識別碼，對RFID讀卡獲得參與者找到的電臺數量以及競賽完成情況。RFID讀取的數據通過無線傳輸模塊回傳給主系統，主系統將自動存儲數據到AT24C02存儲芯片中，具有掃描速度快、攜帶方便、重復使用率高等優點。遠程無線通信采用NRF24L01+PA+LNA模塊，2.4GISM頻段，組成星形網絡，通過SPI與外部MCU通信，最大的SPI速度可以達到10MHz，實現無線電電臺之間的數據傳輸。該模塊的外觀和引腳圖如圖2.3所示。無線電測向發射機采用工作頻段為3500-3600kHz的T3500B型信號臺，接收機為目前青少年測向活動中廣泛使用的80m波段無線電測向機，其線路簡單，性能良好，價格較低。可調信號臺的電路如圖2.5所示，由晶體振蕩級、緩沖放大級、推動級、射頻功放級和單片機發報控制電路所組成。振蕩級是個典型的電容三點式振蕩電路，由3.579M晶體和T1組成，其輸出頻率完全取決于晶體頻率。T2是個射極輸出形式的電路，用來放大B1輸出的射頻信號，以提高驅動T3的能力。T3用作射頻功放前的推動部分，其供電端(B2的上端)受T4控制。單片機可以根據測向信號所需的節奏，通過控制T3的供電來影響射頻的輸出。射頻經過T3放大進入B2選頻后由次級輸出。B4用于讀取向外輻射高頻電流，其和表頭A配合能讓使用者直觀了解天線向外的輻射情況。隨后，射頻進入天線，B5是天線的底部電感線圈，可以使天線和功放獲得合理匹配，使得天線最大限度地向外輻射能量。

2.2軟件部分本系統主程序創建了鍵盤接口監聽、無線通信監聽和RFID射頻識別監聽三個線程，主流程如圖2.6所示，各線程流程如圖2.7-圖2.9所示。其中，鍵盤接口監聽線程實現控制平臺的控制按鍵動作的檢測；無線通信監聽線程實現主機和各從機之間的數據傳輸，根據實際情況進行信息的反饋；RFID射頻識別監聽線程實現了對運動參與者的電子標簽的信息讀取。

3系統測試及結果分析

目前，已使用如圖3.1與圖3.2所示的實物系統完成了以下4項測試指標：①實現主機與從機距離遠達1.5km的數據通訊；②在行走的過程中，利用RFID移動防沖撞算法實現RFID標簽的讀取，并獲取正確、實時的參賽者運動情況和提示信息；③競賽開啟時，能通過主機控制從機實現電臺信號的調制；④能準確統計參賽者的用時情況并進行名次統計。

4總結

目前無線電測向運動趨于大眾化，同時也趨于更加智能化，這樣不僅能夠降低人力成本，還能有效減少因為人工出現的錯誤和作弊現象。本文介紹通過STM32微處理器進行主控的智能控制平臺，在測試中能夠確保在1.5km的通訊距離內實現無線電測向，有效降低無線測向系統的成本。

參考文獻

[1]馬軍.無線電測向運動在校園中的開展[J].中小學電教(上),2015(7):15-17.

[2]徐麗香,藍運維.RFID二進制搜索法防碰撞的實現[J].單片機與嵌入式系統應用,2006(5):33-35.

[3]游戰清等.無線射頻技術(RFID)理論與應用[M].北京:電子工業出版社,2004.

[4]張洋,劉軍,嚴漢宇.原子教你玩STM32(庫函數版)[M].北京航空航天大學出版社,2013.

作者：王建 周慧聰 陳俊熹 馮步翰 黃東 單位：華南農業大學電子工程學院 華南農業大學材料與能源學院