基于nRF24L01的人員定位系統(tǒng)標(biāo)識卡的設(shè)計

聶佰玲,孫偉

摘? 要： 人員定位系統(tǒng)由標(biāo)識卡、監(jiān)測分站和監(jiān)控中心三部分構(gòu)成，當(dāng)井下人員經(jīng)過安裝在各個采區(qū)口的監(jiān)測分站時，隨身攜帶的標(biāo)識卡將卡片中的個人信息發(fā)送出去，由監(jiān)測分站采集到信息并存儲，當(dāng)監(jiān)控中心主機(jī)發(fā)送命令來獲取數(shù)據(jù)時，通過總線送到地面控制中心。這里主要介紹標(biāo)識卡的設(shè)計方法。標(biāo)識卡采用單片集成無線收發(fā)模塊nRF24L01為射頻前端，以低功耗單片機(jī)MSP430F2011為控制器，以LED和蜂鳴器為狀態(tài)指示。介紹了硬件設(shè)計和軟件的編程方法，最后進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞： 人員定位； 標(biāo)識卡； 監(jiān)測分站； nRF24L01

中圖分類號： TN919?34?????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A??????????????????????? 文章編號： 1004?373X（2014）23?0033?04

Abstract： The device is composed of radio frequency identification card， monitoring sub?station and control center. When a miner passes through a monitoring sub?station， his portable identification card will send his information out， and monitoring sub?station collects the information. It waits for request of monitoring center′s PC after saving information， and uploads data in memory to the PC once receiving commands. The nRF24L01 is adopted as the RF front?end which is a single chip wireless transceiver， lo? power consumption MSP430f2011 as the main controller， LED and buzzer as the status indication. The hardware design and software programming methods are introduce in this paper. They passed the verification.

keywords： personnel location； identification card； monitoring sub?station； nRF24L01

0? 引? 言

煤是工業(yè)不可缺少的糧食之一，煤炭是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。由于煤礦生產(chǎn)的特殊性，煤礦井下人員在工作過程中，各種人為操作失誤和自然環(huán)境時刻都在威脅著工作人員的生命安全，礦井重大災(zāi)害及傷亡事故時有發(fā)生。國家為此推出了“AQl048?2007 煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)使用與管理規(guī)范”和“AQ6210?2007 煤礦井下作業(yè)人員管理系統(tǒng)通用技術(shù)條件”2個強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。因此，開發(fā)新型的礦井人員管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對煤礦入井人員的實(shí)時跟蹤和定位，消除地面管理人員對井下作業(yè)人員的視野盲區(qū)，隨時清楚掌握每個井下作業(yè)人員的位置及活動軌跡，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1? 標(biāo)識卡硬件設(shè)計

定位系統(tǒng)的系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。系統(tǒng)的工作原理如下：在煤礦井下各個坑道交叉口及作業(yè)區(qū)域附近安裝適量監(jiān)測分站，具體數(shù)量和位置根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工況和實(shí)現(xiàn)的功能要求而定，每個監(jiān)測分站分配一個固定的地址，并且將監(jiān)測分站通過RS 485總線與地面的監(jiān)測主機(jī)聯(lián)網(wǎng)。同時，在每個下井工作人員身上佩帶一個標(biāo)識卡，每個標(biāo)識卡具有惟一的ID對應(yīng)相應(yīng)的工作人員，當(dāng)攜帶RFID 標(biāo)識卡的工作人員通過某個監(jiān)測分站時，其身上的標(biāo)識卡會向監(jiān)測分站發(fā)送其ID 號，監(jiān)測分站將采集到的ID 信息和當(dāng)前時間作為一條記錄保存到數(shù)據(jù)存儲器中，當(dāng)監(jiān)測主機(jī)發(fā)送命令來獲取數(shù)據(jù)時，監(jiān)測分站將數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)添加上監(jiān)測分站的地址發(fā)送給監(jiān)測主機(jī)，監(jiān)測主機(jī)將得到的數(shù)據(jù)做適當(dāng)處理后保存在數(shù)據(jù)庫中，最后將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)記錄經(jīng)過分析、演算來完成井下人員定位工作。由此可見標(biāo)識卡的設(shè)計是該系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。

首先是無線通信方式的選擇，目前井下無線定位技術(shù)主要有無源RFID、有源RFID、WiFi和ZigBee。這幾種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，WiFi帶寬，通信數(shù)據(jù)率高，缺點(diǎn)是功耗高，成本也較高；有源RFID優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)率高，成本較低，缺點(diǎn)是功耗稍高；無源RFID的優(yōu)點(diǎn)是標(biāo)簽不需要供電，價格最低，缺點(diǎn)是傳輸距離短；ZigBee優(yōu)點(diǎn)是可自組網(wǎng)，價格低廉，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)率低，價格稍高。

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圖1 人員定位系統(tǒng)組成框圖

由于標(biāo)識卡的數(shù)量大且是易耗品，因此成本要求必須低廉，功耗低。綜合各方面考慮，選取使用nRF24L01為無線通信模塊的有源RFID作為標(biāo)識卡的方案。

由于標(biāo)識卡采用電池供電，因此電路設(shè)計時需要考慮低功耗設(shè)計以增強(qiáng)電池的續(xù)航能力。標(biāo)識卡由無線發(fā)射芯片、MCU、按鍵、狀態(tài)指示燈和電源組成。對于標(biāo)識卡來言，由于用量很大，選擇功能滿足、成本較低的單片機(jī)作為控制芯片有極大的經(jīng)濟(jì)意義。所以MCU選取了TI公司的以超低功耗著稱的MSP430F2011單片機(jī)。標(biāo)識卡的無線發(fā)射芯片采用NORDIC公司的nRF24L01芯片。在選取電源時考慮到人員的移動性和標(biāo)簽攜帶的方便性，所以電源采用鈕扣電池，由于nRF24L01及MSP430F2011的功耗都很低，所以鈕扣電池能夠滿足要求。另外芯片工作時的電流只有幾毫安，所以滿足井下安全要求，無需添加防爆外殼，可以使標(biāo)簽體積更小，攜帶更方便。標(biāo)識卡的組成如圖2所示。

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圖2 標(biāo)識卡的組成框圖

1.1? 無線射頻模塊電路設(shè)計

射頻模塊nRF24L01是Nordic公司開發(fā)的2.4 GHz超低功耗單片無線收發(fā)芯片，射頻模塊電路原理圖如圖3所示。圖3中，nRF24L01的MOSI，MISO和SCK組成SPI接口，連接單片機(jī)。nRF24L01的工作頻率為16 MHz，若處于發(fā)射模式，CE信號從1變?yōu)?時，nRF24L01就把從單片機(jī)收到的數(shù)據(jù)以2 Mb/s的速率發(fā)射出去；若系統(tǒng)設(shè)為接收模式，nRF24L01就一直在監(jiān)測天線上的信號，若有同頻的信號，就收下并打開信息包讀取地址，地址與自己的相同就取出信息包里的有用數(shù)據(jù)，并使IRQ信號為低電平，上傳單片機(jī)進(jìn)行處理。

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圖3 射頻模塊電路原理圖

1.2? 低電壓檢測電路

標(biāo)識卡是使用電池供電，為了防止因電池沒電而造成標(biāo)識卡無法使用而帶來的意外情況發(fā)生，需要實(shí)時監(jiān)測電池電量，同時上傳給監(jiān)測分站。在電路設(shè)計上采用了以R3111H251C為核心的電壓檢測電路，如圖4所示。當(dāng)電池電壓低于2.5 V時，芯片的1腳輸出低電平，控制器檢測到P1.5腳為低電平后，紅色指示燈亮，蜂鳴器鳴叫，直到電池沒電，同時無線發(fā)送低壓指示信號給監(jiān)測分站。

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圖4 低電壓檢測電路

1.3? 微控制器電路及按鍵和LED顯示電路

MSP430是TI公司一種超低功耗微控制器系列，片內(nèi)組合了不同的功能模塊，可適應(yīng)不同應(yīng)用層次的需求。這里采用MSP430F2011單片機(jī)作為微控制器，芯片共有10個通用輸入/輸出口，DOUT，IRQ，CE，CS，CLK和DIN作為與nRF24L01通信的I/O口，采用模擬的方式實(shí)現(xiàn)串行SPI通信。LEDG和LEDR是紅綠雙色LED顯示電路的控制I/O口，其中蜂鳴器和紅色LED共用I/O口，P2.6作為按鍵輸入I/O口，P1.5作為低電壓檢測輸入I/O口。TEST作為程序下載I/O口。MSP430F2011單片機(jī)的全部I/O口都充分使用。時鐘采用單片機(jī)內(nèi)部時鐘。此外，系統(tǒng)沒有數(shù)據(jù)交換時，自動進(jìn)入低功耗模式；檢測到有數(shù)據(jù)接收時，系統(tǒng)迅速從低功耗模式激活，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而大大降低了系統(tǒng)待機(jī)能耗。電路如圖5所示。

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圖5 微控制器電路

2? 標(biāo)識卡軟件設(shè)計

2.1? 低功耗程序設(shè)計

低功耗除了要在硬件設(shè)計上考慮外，程序設(shè)計的好壞更是起著極大的作用，因此程序設(shè)計上要重點(diǎn)考慮。

MSP430F2011芯片工作電壓僅為1.8～3.6 V，掉電工作模式下消耗電流為0.1 μA，等待工作模式下消耗電流僅為0.5 μA。本設(shè)計中，MSP430F2011被長時間置于掉電工作模式，通過中斷喚醒的方式使其短暫進(jìn)入工作狀態(tài)，以節(jié)省電能。MSP430F2011具有3組獨(dú)立的時鐘源：片內(nèi)VLO、片外晶振、DCO。這里采用內(nèi)部超低功耗、12 kHz典型頻率的低頻振蕩器作為MCU休眠（LPM3模式）的時鐘源，使用內(nèi)部數(shù)控振蕩器（DCO），配置為1 MHz 作為MCU喚醒后的系統(tǒng)時鐘；MSP430F2011具有LPM0～LPM4五種低功耗模式，本設(shè)計中，MSP430F2011在上電配置完畢后將直接進(jìn)入LPM3模式，同時開啟中斷，等待外部中斷信號。

此外，程序設(shè)計盡可能優(yōu)化工作時序和精簡冗余指令等，實(shí)現(xiàn)低功耗。

nRF24L01具有五種工作模式：RX，TX，StandbyⅡ，Standby Ⅰ， PowerDown模式，在3 V電壓下工作，芯片典型接收時工作電流12.3 mA，0 dBm功率發(fā)射時為11.3 mA，掉電模式（PowerDown）時僅為900 nA。因此軟件設(shè)計是使標(biāo)識卡在大部分時間處于休眠狀態(tài)，每隔2 s發(fā)送一次，每隔約5 s接收一次（持續(xù)一段時間），其余時間工作于掉電模式。同時設(shè)計傳輸速率為2 Mb/s，這樣既可以保證信息能正常傳輸，同時把接收和發(fā)射時間壓縮在最短。

2.2? 主程序設(shè)計

綜合低功耗設(shè)計和軟件功能的需要，設(shè)計系統(tǒng)的主程序流程如圖6所示。

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圖6 主程序流程

控制器上電后先進(jìn)行控制器的初始化，如定時器、時鐘、I/O口等，再初始化nRF24L01，然后從信息存儲區(qū)內(nèi)取出ID號，開放定時中斷和I/O口中斷，MSP430F2011進(jìn)入LPM3低功耗模式。當(dāng)定時器或是外部中斷時，控制器退出LPM3低功耗狀態(tài)，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序后返回到主程序中從進(jìn)入LPM3語句后面的程序開始執(zhí)行。檢測是按鍵狀態(tài)，檢測電源電壓，判斷2 s時間是否到了，如到了則啟動發(fā)送，將本標(biāo)識卡的ID號加載上按鍵狀態(tài)和電壓狀態(tài)無線發(fā)射出去。接著判斷5 s到了嗎，如果到了啟動一次接收，接收到的信息進(jìn)行存儲并分析，當(dāng)接收到的信息有緊急呼叫或是單獨(dú)呼叫本標(biāo)識卡ID的話，驅(qū)動發(fā)光二極管和蜂鳴器進(jìn)行顯示和報警。

2.3? nRF24L01射頻模塊無線收發(fā)程序設(shè)計

為了降低功耗和系統(tǒng)功能需要，nRF24L01射頻模塊大部分時間工作于掉電模式，每2 s啟動一次發(fā)射模式，每5 s啟動一次接收模式。同時設(shè)置工作于增強(qiáng)型ShockBurstTM模式，使得在MSP430F2011將數(shù)據(jù)低速送入nRF24L01片內(nèi)FIFO，卻以2 Mb/s高速發(fā)射出去。這樣降低了對單片機(jī)的速度要求，縮短了一次發(fā)射的時間，既降低了功耗，又提高了效率，增強(qiáng)了系統(tǒng)防沖突和應(yīng)付移動目標(biāo)能力。

nRF24L01射頻模塊無線發(fā)送和接收流程如圖7，圖8所示，發(fā)送和接收使用了不同頻率，發(fā)送采用0A頻段，接收采用08頻段。

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圖7 nRF24L01射頻模塊無線發(fā)送流程

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圖8 nRF24L01射頻模塊無線接收流程

2.4? 定時中斷程序設(shè)計

定時器采用定時器Timer_A，16位定時器，工作在連續(xù)計數(shù)模式，此模式下定時器從0累加到比較器TACCR0，時鐘采用內(nèi)部低速VLO，12 kHz，因此比較寄存器TACCR0的值為12 000，即可定時為1 s。

3? 系統(tǒng)性能測試

3.1? 標(biāo)識卡功耗測試

標(biāo)識卡的總功耗可根據(jù)總電流乘以電源電壓計算，總電流又可通過串入采樣電阻實(shí)現(xiàn)把電流轉(zhuǎn)換成電壓進(jìn)行測量。為了產(chǎn)生的電壓易于測量，并且電阻大小不能引入過多的壓降，本系統(tǒng)在測試時選取采樣電阻精度為l‰、阻值為1 Ω的電阻。由于標(biāo)識卡大部分時間處于休眠狀態(tài)，每2 s發(fā)送一次，每5 s接收一次，不易測量，因此為測量功耗編寫了兩個測試程序，一個測試程序一直處于發(fā)送狀態(tài)測量發(fā)射時的系統(tǒng)電流，另一個測試程序一直處于接收狀態(tài)測量接收電流。采用泰克公司的TDSl012B數(shù)字存儲示波器進(jìn)行測量，通過測量發(fā)送時工作電流約為12 mA，接收電流約為12.9 mA。與預(yù)期基本一致。

3.2? 系統(tǒng)功能測試

系統(tǒng)的功能測試是在實(shí)訓(xùn)樓的走廊內(nèi)模擬巷道的環(huán)境對標(biāo)識卡進(jìn)行測試。測試時間為2 h，測試標(biāo)識卡30張。按照不同距離分別放置在5個不同的距離的點(diǎn)，每個點(diǎn)5張標(biāo)識卡。測得的監(jiān)測分站讀取標(biāo)識卡的結(jié)果如表1所示。

表1 監(jiān)測分站讀取標(biāo)識卡測試結(jié)果

[標(biāo)識卡ID＼&；測試距離 /m＼&；讀取次數(shù)

（理論讀取次數(shù)3 600）＼&；讀取率 /%＼&；1001～1005＼&；5＼&；3 600＼&；100＼&；1006～1010＼&；10＼&；3 600＼&；100＼&；1011～1015＼&；15＼&；3 600＼&；100＼&；1016～1020＼&；20＼&；3 591＼&；100＼&；1021～1025＼&；25＼&；3 560＼&；99.7＼&；1026～1030＼&；30＼&；3 412＼&；98.8＼&；]

由實(shí)驗(yàn)測得的結(jié)果可知，監(jiān)測分站讀取標(biāo)識卡的距離在20 m內(nèi)讀取率可達(dá)100%，超過這個距離讀取率會下降，距離越遠(yuǎn)，讀取率越低。

在位移速度不小于5 m/s時，對讀取率沒有影響；但身體阻擋，特別是標(biāo)識卡剛好被身體完全阻擋時，讀取率大大減小，漏讀率增加。

3.3? 標(biāo)識卡實(shí)物圖及介紹

圖9（a）和圖9（b）是兩種標(biāo)識卡的實(shí)物圖，兩張標(biāo)識卡采用了不同的板載天線，測試效果基本相同。由圖中與一元硬幣對比可以看出標(biāo)識卡的體積很小，結(jié)構(gòu)簡單，非常易于攜帶。

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圖9 標(biāo)識卡實(shí)物圖

4? 結(jié)? 語

采用單片集成無線收發(fā)模塊nRF24L01為射頻前端，以低功耗單片機(jī)MSP430F2011為控制器，以LED和蜂鳴器為狀態(tài)指示，設(shè)計了一種新型人員定位標(biāo)識卡。配合人員定位監(jiān)測分站進(jìn)行了標(biāo)識卡性能的測試，測試效果基本達(dá)到設(shè)計要求。標(biāo)識卡在距離監(jiān)測分站20 m時，讀取率為100%，漏讀率為0%；距離監(jiān)測分站25 m時，讀取率為99.7%，漏讀率為0.3%。讀取距離的測試是在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境中進(jìn)行的，還需在煤礦井下巷道進(jìn)行實(shí)際的現(xiàn)場測試，不斷地改善系統(tǒng)的性能。

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nRF24L01射頻模塊無線發(fā)送和接收流程如圖7，圖8所示，發(fā)送和接收使用了不同頻率，發(fā)送采用0A頻段，接收采用08頻段。

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圖7 nRF24L01射頻模塊無線發(fā)送流程

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圖8 nRF24L01射頻模塊無線接收流程

2.4? 定時中斷程序設(shè)計

定時器采用定時器Timer_A，16位定時器，工作在連續(xù)計數(shù)模式，此模式下定時器從0累加到比較器TACCR0，時鐘采用內(nèi)部低速VLO，12 kHz，因此比較寄存器TACCR0的值為12 000，即可定時為1 s。

3? 系統(tǒng)性能測試

3.1? 標(biāo)識卡功耗測試

標(biāo)識卡的總功耗可根據(jù)總電流乘以電源電壓計算，總電流又可通過串入采樣電阻實(shí)現(xiàn)把電流轉(zhuǎn)換成電壓進(jìn)行測量。為了產(chǎn)生的電壓易于測量，并且電阻大小不能引入過多的壓降，本系統(tǒng)在測試時選取采樣電阻精度為l‰、阻值為1 Ω的電阻。由于標(biāo)識卡大部分時間處于休眠狀態(tài)，每2 s發(fā)送一次，每5 s接收一次，不易測量，因此為測量功耗編寫了兩個測試程序，一個測試程序一直處于發(fā)送狀態(tài)測量發(fā)射時的系統(tǒng)電流，另一個測試程序一直處于接收狀態(tài)測量接收電流。采用泰克公司的TDSl012B數(shù)字存儲示波器進(jìn)行測量，通過測量發(fā)送時工作電流約為12 mA，接收電流約為12.9 mA。與預(yù)期基本一致。

3.2? 系統(tǒng)功能測試

系統(tǒng)的功能測試是在實(shí)訓(xùn)樓的走廊內(nèi)模擬巷道的環(huán)境對標(biāo)識卡進(jìn)行測試。測試時間為2 h，測試標(biāo)識卡30張。按照不同距離分別放置在5個不同的距離的點(diǎn)，每個點(diǎn)5張標(biāo)識卡。測得的監(jiān)測分站讀取標(biāo)識卡的結(jié)果如表1所示。

表1 監(jiān)測分站讀取標(biāo)識卡測試結(jié)果

[標(biāo)識卡ID＼&；測試距離 /m＼&；讀取次數(shù)

（理論讀取次數(shù)3 600）＼&；讀取率 /%＼&；1001～1005＼&；5＼&；3 600＼&；100＼&；1006～1010＼&；10＼&；3 600＼&；100＼&；1011～1015＼&；15＼&；3 600＼&；100＼&；1016～1020＼&；20＼&；3 591＼&；100＼&；1021～1025＼&；25＼&；3 560＼&；99.7＼&；1026～1030＼&；30＼&；3 412＼&；98.8＼&；]

由實(shí)驗(yàn)測得的結(jié)果可知，監(jiān)測分站讀取標(biāo)識卡的距離在20 m內(nèi)讀取率可達(dá)100%，超過這個距離讀取率會下降，距離越遠(yuǎn)，讀取率越低。

在位移速度不小于5 m/s時，對讀取率沒有影響；但身體阻擋，特別是標(biāo)識卡剛好被身體完全阻擋時，讀取率大大減小，漏讀率增加。

3.3? 標(biāo)識卡實(shí)物圖及介紹

圖9（a）和圖9（b）是兩種標(biāo)識卡的實(shí)物圖，兩張標(biāo)識卡采用了不同的板載天線，測試效果基本相同。由圖中與一元硬幣對比可以看出標(biāo)識卡的體積很小，結(jié)構(gòu)簡單，非常易于攜帶。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼29t9.tif>；

圖9 標(biāo)識卡實(shí)物圖

4? 結(jié)? 語

采用單片集成無線收發(fā)模塊nRF24L01為射頻前端，以低功耗單片機(jī)MSP430F2011為控制器，以LED和蜂鳴器為狀態(tài)指示，設(shè)計了一種新型人員定位標(biāo)識卡。配合人員定位監(jiān)測分站進(jìn)行了標(biāo)識卡性能的測試，測試效果基本達(dá)到設(shè)計要求。標(biāo)識卡在距離監(jiān)測分站20 m時，讀取率為100%，漏讀率為0%；距離監(jiān)測分站25 m時，讀取率為99.7%，漏讀率為0.3%。讀取距離的測試是在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境中進(jìn)行的，還需在煤礦井下巷道進(jìn)行實(shí)際的現(xiàn)場測試，不斷地改善系統(tǒng)的性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐立軍.基于RFID的煤礦井下人員定位系統(tǒng)[D].沈陽：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2007.

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nRF24L01射頻模塊無線發(fā)送和接收流程如圖7，圖8所示，發(fā)送和接收使用了不同頻率，發(fā)送采用0A頻段，接收采用08頻段。

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圖7 nRF24L01射頻模塊無線發(fā)送流程

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圖8 nRF24L01射頻模塊無線接收流程

2.4? 定時中斷程序設(shè)計

定時器采用定時器Timer_A，16位定時器，工作在連續(xù)計數(shù)模式，此模式下定時器從0累加到比較器TACCR0，時鐘采用內(nèi)部低速VLO，12 kHz，因此比較寄存器TACCR0的值為12 000，即可定時為1 s。

3? 系統(tǒng)性能測試

3.1? 標(biāo)識卡功耗測試

標(biāo)識卡的總功耗可根據(jù)總電流乘以電源電壓計算，總電流又可通過串入采樣電阻實(shí)現(xiàn)把電流轉(zhuǎn)換成電壓進(jìn)行測量。為了產(chǎn)生的電壓易于測量，并且電阻大小不能引入過多的壓降，本系統(tǒng)在測試時選取采樣電阻精度為l‰、阻值為1 Ω的電阻。由于標(biāo)識卡大部分時間處于休眠狀態(tài)，每2 s發(fā)送一次，每5 s接收一次，不易測量，因此為測量功耗編寫了兩個測試程序，一個測試程序一直處于發(fā)送狀態(tài)測量發(fā)射時的系統(tǒng)電流，另一個測試程序一直處于接收狀態(tài)測量接收電流。采用泰克公司的TDSl012B數(shù)字存儲示波器進(jìn)行測量，通過測量發(fā)送時工作電流約為12 mA，接收電流約為12.9 mA。與預(yù)期基本一致。

3.2? 系統(tǒng)功能測試

系統(tǒng)的功能測試是在實(shí)訓(xùn)樓的走廊內(nèi)模擬巷道的環(huán)境對標(biāo)識卡進(jìn)行測試。測試時間為2 h，測試標(biāo)識卡30張。按照不同距離分別放置在5個不同的距離的點(diǎn)，每個點(diǎn)5張標(biāo)識卡。測得的監(jiān)測分站讀取標(biāo)識卡的結(jié)果如表1所示。

表1 監(jiān)測分站讀取標(biāo)識卡測試結(jié)果

[標(biāo)識卡ID＼&；測試距離 /m＼&；讀取次數(shù)

（理論讀取次數(shù)3 600）＼&；讀取率 /%＼&；1001～1005＼&；5＼&；3 600＼&；100＼&；1006～1010＼&；10＼&；3 600＼&；100＼&；1011～1015＼&；15＼&；3 600＼&；100＼&；1016～1020＼&；20＼&；3 591＼&；100＼&；1021～1025＼&；25＼&；3 560＼&；99.7＼&；1026～1030＼&；30＼&；3 412＼&；98.8＼&；]

由實(shí)驗(yàn)測得的結(jié)果可知，監(jiān)測分站讀取標(biāo)識卡的距離在20 m內(nèi)讀取率可達(dá)100%，超過這個距離讀取率會下降，距離越遠(yuǎn)，讀取率越低。

在位移速度不小于5 m/s時，對讀取率沒有影響；但身體阻擋，特別是標(biāo)識卡剛好被身體完全阻擋時，讀取率大大減小，漏讀率增加。

3.3? 標(biāo)識卡實(shí)物圖及介紹

圖9（a）和圖9（b）是兩種標(biāo)識卡的實(shí)物圖，兩張標(biāo)識卡采用了不同的板載天線，測試效果基本相同。由圖中與一元硬幣對比可以看出標(biāo)識卡的體積很小，結(jié)構(gòu)簡單，非常易于攜帶。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼29t9.tif>；

圖9 標(biāo)識卡實(shí)物圖

4? 結(jié)? 語

采用單片集成無線收發(fā)模塊nRF24L01為射頻前端，以低功耗單片機(jī)MSP430F2011為控制器，以LED和蜂鳴器為狀態(tài)指示，設(shè)計了一種新型人員定位標(biāo)識卡。配合人員定位監(jiān)測分站進(jìn)行了標(biāo)識卡性能的測試，測試效果基本達(dá)到設(shè)計要求。標(biāo)識卡在距離監(jiān)測分站20 m時，讀取率為100%，漏讀率為0%；距離監(jiān)測分站25 m時，讀取率為99.7%，漏讀率為0.3%。讀取距離的測試是在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境中進(jìn)行的，還需在煤礦井下巷道進(jìn)行實(shí)際的現(xiàn)場測試，不斷地改善系統(tǒng)的性能。

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