基于无线射频的室内智能讲解系统

第一章绪论

1.1课题背景及研究意义

随着人民生活水平的提高，以及我国休假制度的完善，人们假期的时间越来越多，而且现代人也越来越注重精神文明的建设，各种博物馆、科技展馆、美术馆等自然也成为人们休闲学习的好去处。展馆中可看的展品虽多，但若无导游的讲解，游客也只能走马观花，对展品信息一知半解。而近年来导游的数量远远无法满足游客的需求，且导游的服务质量不稳定，费用又高，更是无法满足每一个游客的喜好。加之各大展馆假日参观客流量是平日的数倍，若在室内采用高音喇叭，不仅影响其他游客的观赏，还产生噪音污染。因此有必要研究一种集合无线射频识别技术、语音压缩技术、数码存储技术、集成电子技术于一体的智能解说系统，应用于各大室内展馆。该系统应该具备以下功能，能够根据游客所处的位置自动播放与之相关的解说词的语音内容，使每个游客都能每到一个展位就能听到清晰完整的语音信息。总之，为了游客能够得到高品质的旅游享受，为了提高我国展馆旅游的数字化水平，这种具有智能化、个性化的室内讲解系统的广泛使用是必然趋势。与此同时，随着射频技术、集成电路技术的快速发展，无线通信功能的实现日趋成熟，数据传输速率加快，抗干扰能力变强，因此，越来越多的场合采用了无线传输技术。用户对当前便携式的无线通信产品都要求其功耗低，微型化，智能化。因此如何将无线射频识别技术应用到智能讲解系统中具有重要的研究意义。本文设计的智能讲解系统主要应用场地是室内展览馆，采用的核心技术是无线射频自动识别技术(RFID)。RFID技术可自动识别移动中的物体，运用该项技术设计的室内智能讲解系统可以将展品编号通过无线射频信号发射给游客手中的手持终端，手持终端通过解码射频信号，自动播放相关的语音内容，这一方案解决了传统数码点播式电子讲解机需要游客手动输入展品编才能收听相应语音信息的问题。本文设计的讲解系统采用MSP430混合处理器作为核心处理器，这种单片机不仅功耗低，集成度高，而且有独特的开发环境和自身语言。且该系统具有成本低,功耗低,易组建,易维护等特点,该系统在各种展览会,商品交易会,博物馆等场所有着广泛的运用前景。

1.2国内外的研究动态

1.2.1无线射频技术的发展历史及应用现状

射频识别技术（RFID）是一种非接触式的自动识别技术，该系统的阅读器可以通过某个特定频率的无线电波，激活无线射频电波覆盖范围内的电子标签，运用无线信号建立通信信道，从而自动获取存储在电子标签中的相关数据，且可同时识别多个对象或运动目标，整个获取信息的过程中无需手动操作，且工作环境不受限。RFID技术的起源归结为20世纪初期雷达技术的发展及应用。目前RFID技术针对室内展馆的管理在不同国家有较大的区别。在欧美等发达国家,有成百上千家博物馆采用这一技术,不仅如此，该项技术也已走路个别发展中国家的国家博物馆中，譬如韩国、伊朗等。这些国家主要是将RFID技术应用于门禁或者电子票据等;而我国对RFID技术的应用不仅限于门禁和电子票据等更是将其运用于博物馆的安全监控和电子导览系统中。我国为了加快信息技术发展的步伐不惜投入庞大的财力、物力和人力,加强信息基础设施的建设，铺陈网络设备，组建数据资料库。据业内人士估算,在不久的将来由RFID技术研发的产品和应用系统将带来巨额的利润。国内外许多的电子科技研发公司也十分注重RFID的软硬件开发,众所周知的全球最大零售商沃尔玛公司也要求其所有的供货商使用RFID技术,该项技术也将逐渐成为全球最热门的科技项目。在无线电技术高速发展的背景下,成熟的RFID技术可以使标签生产成本大大降低,从而在各大室内展馆中普及使用该项设备也成为了可能。

1.2.2智能讲解系统的研究动态

在信息技术的大力推动下，各种对多媒体信息的传播方式可谓八仙过海各显神通，其中数字语音技术的发展更是一日千里，高音喇叭这种传统的语音传播方式几乎难觅踪影。特别是在一些室内展馆如博物馆或者美术馆等， 游客进入展区后都自觉携带电子语音讲解设备，安静收听对应展品的解说词，陶醉于优美的背景音乐和展品解说中，游览结束后自觉放回原位，供下一位游客使用。现如今，这种电子讲解系统的产品可谓五花八门，整体产品都朝着体积小，功耗低，智能化的方向发展。从性能指标上看，国际先进国家的产品要略胜一筹，只可惜造价昂贵，如果国内景点或展览馆盲目采用，不仅需要花费大量的资金，收效未必良好，毕竟国家文化不同，产品制定性较差。

我国对电子讲解系统这类产品的研究虽然起步较晚，但是随着人们物质生活水平的提高，近几年游客数量激增，在旅游产业的大力推动和刺激下，研究电子讲解系统的公司越来越多。我国各省，如北京，上海，广州等都有多家实力较强的电子公司投入生产，且已投放入一些景区和展馆中使用。如最初在广西桂林的漓江区使用了电子讲解器，而后在北京八大游览处，五岳之首泰山等中国多处名胜都使用了该类产品，并被人们亲切的称为“电子导游”或“驴宝宝”。但要在中国景区或者展馆深入推广此类产品尚需时日，一则中国景区展馆千万，都要投入使用电子解说系统需要耗费大量的资金，二则现如今的电子讲解器还存在诸多的缺陷。如大部分室内展馆使用的电子讲解器都是数码按键式的，该类产品虽然能够让游客们自由的参观并随意的收听自己喜爱的展品解说词，但是必须手动输入展品的标签，操作起来比较麻烦；部分无线电子讲解器虽然能够自动播放相关展品的解说词，但是信号干扰较大，且参观路线受到限制。因此要实现完全的智能导览还有很长的一段路要走，但是可以肯定的是市场潜力无限，前景光明。近几年来国内生产和开发电子讲解系统的企业越来越多，如今室内展馆中主流使用的语音讲解器大部分还是属于按键式的，需要游客通过手动输入展品编号才能收听相应的解说词，给游客带来许多不便。还有一部分产品属于团队使用的导游机，虽然不用游客手动输入展品编号，但是必须要有导游带队讲解，且游客与导游之间必须保持在三百米以内的距离，限制了游客的游览路线。也有一些是可以全自动播放的语音讲解器，但是价格相较昂贵，极少有博物馆会批量使用。因此价格适中而又操作方便的室内智能讲解系统的研究价值不容忽视，本文设计的基于无线射频的室内智能讲解系统该就是在这样的背景下提出的。该系统运用RFID技术作为技术支持，采用无线射频芯片作为无线收发模块的核心器件，相比于采用GPS技术产品更廉价，该系统通过电子标签发射地址信息，手持终端自动识别而无需游客手动操作，比按键式的语音讲解系统更加的方便。

1.3本文研究的主要内容及结构

本文设计的是基于无线射频的室内智能讲解系统,该系统在实体上分为电子标签和手持终端。电子标签由控制单片机和无线射频模块构成，一般置于展台下方，负责发射展品编号；手持终端主要由控制模块（采用超低功耗单片机MSP430F149为核心器件），无线射频模块（采用射频芯片CC1101为核心器件），以及语音模块等组成。系统功能实现的过程如下：将电子标签放置在展台底端,发射展品的编码信息，当游客步入展区时,手持终端将发射无线射频信号与邻近范围的电子标签建立通信,电子标签发射出自身存储的展品编码，手持终端通过解调接收到的展品编码通过控制中心调出与该编号相应的语音文件，在通过语音模块播放相应的语音内容。论文重点研究的内容如下：
（1） 根据室内智能讲解系统实际应用的需求，研究RFID系统的主要技术内容，如RFID系统的内部结构，工作时序，耦合方式，工作频段，发射距离，以及调制方式等。根据以上参数的要求选择合适的无线射频芯片，构成智能讲解系统的无线收发模块的核心。
（2） 根据系统必须满足低功耗，便携式，抗干扰，自动播放语音等特点，制定基于无线射频的室内智能讲解系统的整体方案，研究并选择每个功能模块的核心器件，并运用Prottel DXP 2004绘制出电路原理图及PCB图。
（3） 研究室内智能讲解系统核心控制模块和无线收发模块的具体工作过程，利用模块化思路想设计出各个功能模块的软件流程图，并用C语言编程实现，通过IAR Embedded Workbench开发软件编辑调试并传输入硬件系统中。
（4） 通过实地测试，在不同展厅中实验系统的测试距离及干扰情况，通过实验验证室内智能讲解系统的可行性。

第二章系统相关理论

2.1RFID 技术相关理论
2.1.1RFID 系统的工作原理及组成
从文献得知，无线射频识别技术（Radio frequency identification，RFID）是一种无需直接接触，通过无线射频信号即可自动获取目标对象数据的识别技术，其基本工作原理是利用射频信号实现阅读器与标签之间的空间耦合从而实现数据的传输与识别，该项技术不仅可以识别静止目标，移动目标，而且可以同时识别多个目标对象。无线射频识别系统中的读写器通过天线把电磁波发射到空中，邻近的标签被电磁波激活；电磁波在标签上的天线中激励起高频电流，转换后推动标签的集成电路工作；被激活的标签会随即发射出载有标签资料的无线电波，这些微弱的无线电波最后再由读写器接收。读写器与电脑连接，对标签传回的资料进行解码。该系统的组成会随着应用环境和使用目的的不同而有所改变。其中最基本的RFID系统由以下四个部分组成：①标签（Tag）由天线和主控芯片以及载体构成，芯片主要用于存储特定地址信息等，天线主要负责发射和接收指令信息，载体是用于保护芯片和天线的外壳且便于标签的安装。标签中存储的电子编码是唯一的，用于标识不同的目标对象；②阅读器（Reader）是用于读取标签信息的设备，有些阅读器也可以对标签写入数据，有手持式或固定式两种形式；③天线（Antenna）是负责为阅读器和标签传递信息的设备；④应用系统是处理阅读器传输来的数据信息的装置。在该系统中应用软件控制着阅读器和电子标签的所有动作。

2.1.2RFID 耦合的方式

电子标签也可称之为应答器。阅读器也被称为读出装置，通讯装置，读出器（取决于电子标签能否可以改写无线数据）。要实现阅读器与应答器之间非接触式的空间耦合，必须通过耦合元件建立数据耦合通道，在耦合通道中根据时序关系实现能量传递、数据交换。其中RFID的耦合工作方式可以划分为电感耦合和反向散射耦合：（1）电感耦合方式应用的是变压器模型，根据的是电磁感应定律。由原理示意图2.5可见，存储于应答芯片内部的数据信息通过输出回路控制2L线圈中的电流变化，从而产生高频交变磁场H，该磁场的变化引起了1L线圈电流的相应变化，通过对电流变化的解码，识别出相应的数据信息。这种耦合方式适合于工作频段较低的射频标签，工作频段为125k Hz、134.2k Hz或13.56MHz，数据传输的距离较短，一般不超过1米。(2）反向散射耦合运用的是雷达原理模型，根据的是电磁波的空间传播规律。由原理示意图2.6可见，阅读器中收发耦合装置产生无线射频信号通过天线发射给应答器，应答器接收到激活信号后将存储控制电路中的数据信息通过负载调制电路进行相应的调制和编码产生无线信号，再通过天线发射给阅读器。阅读器接收后通过解调和译码识别出有效信息。这种耦合方式更适合于超高频段和微波频段的射频标签，工作频段一般为433MHz，860MHz-960MHz或2.45GHz、5.8GHz等，数据传输距离较远一般为3-8米或者10米以上。

RFID 中的时序指的是阅读器和标签的工作次序问题，即是标签先发送信号还是阅读器先发送信号。本文采用的是被动标签，可以避免由于多标签同时发射信号而导致信息碰撞，所以采用的是阅读器先发射信号的时序方式。

2.1.3RFID 调制方式的选择

RFID系统中，阅读器和应答器之间要实现无线射频的信息传输，必须将要传输的数字信息进行相应的调制，才能存储于应答器中的有效低频信号转化成高频信号进行无线传输。调制信号的方式影响着RFID系统传输信息的频带宽度，抗干扰能力以及功率集中程度等参数。本文选用的CC1101无线射频芯片支持 二进制频移键控（2-FSK）、高斯滤波频移键控（GFSK）、最小频移键控（MSK）以及二进制启闭键控（OOK），灵活的幅移键控（ASK）波形整形等多种调制方式。下面对几种常见的数字调制方法作简要介绍：（1）ASK是指幅移键控法，该方法是用数字基带信号控制载波幅值的变化，从而达到调制的目的，即载波幅值的变化规律与数字基带信号的变化规律是一致的。（2）PSK称为相移键控，该方法是用数字基带信号控制载波相位，即载波相位与基带信号成线性关系，如二进制基带信号为0时，载波相位为0，二进制基带信号为1时，载波相位为π,载波相位和基带信号有一一对应的关系。采用二进制相移键控（BPSK），一个载波频率可以有两个输出相位。一个相位输出代表逻辑1，另一个代表逻辑0。当输入数字信号状态变化时，两个角度的输出载波的相位相反。BPSK也可称为相位反转键控（PRK）和双相调制。（3）FSK称为频移键控法,就是用数字信号去调制载波的频率。 频移键控（FSK）是一种相对简单的数字调制。

2.1.4RFID 的特点及分类

RFID技术最主要的特点便是无需直接接触便可自动识别目标对象，且采集数据速度极快，数据存储容量惊人，可在各种恶劣的环境中使用，安全性强，以上各种优点都是其他识别技术所无法比拟的。通过表2.1比较了几种常见识别技术产品的区别。

而制约RFID技术发展的主要原因是不同厂家生产的RFID系统使用的频率和协议标准不同，导致各个行业RFID系统产品的不兼容。为了解决RFID行业这种混乱和割据的状况，许多欧美组织正在积极的寻求解决方案，并组建了专门的机构研究出了一些统一的协议标准。这些标准化协议的实施必将促进射频识别行业的快速发展。根据工作频率的不同可将电子标签划分为以下几类：低频标签，高频标签，超高频标签和微波标签，这些标签的频段划分如图2.10所示。低频和高频系统的特点是能量传递方式是电感耦合因此阅读距离短、阅读天线方向性不强，且通讯速度较慢，主要应用于短途通信中。而对于工作在超高频和微波频段的电子标签则采用的是电磁反向散射的耦合技术，无线通信距离较远，可识别运动中的物体，且阅读器和应答器的天线都具有较强的方向性，系统的整体性能较好。当然由于制作工艺较复杂且技术含量较高所以价格也比较贵。

2.2MSP430 单片机的相关理论

美国德州仪器公司（TI）研发的MSP430系列单片机将多种功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，用于解决实际应用问题。这种特殊的设计结构使得该系类单片机在短时间内得到了快速的发展，且在各种电路设计中应用广泛。由于该系列单片机具有超低功耗等诸多优点，因此多应用于需要电池供电的便携式仪器中。本文设计的系统就是一个采用电池供电的便携式室内智能讲解系统，因此系统的核心控制模块采用的便是MSP430单片机。以下对该系列单片机的技术特点作简要介绍。
（1）MSP430系类单片机具有超低的功率消耗。该系列单片机的低功耗主要体现在以下几方面：首先单片机的电源电压采用1.8-3.6V低电压；其次，各种工作方式下的耗电情况都偏低，例如活动模式下耗电250 p A/MIPS,而传统的MCS51单片机约为10—20m A/MIPS，RAM数据保持方式下耗电仅0.1u A。由以上参数可见，该系类单片机的功耗之低是其他系类单片机所无法比拟的。该系列单片机之所以会有如此低的功耗主要有两个原因：其一，MSP430单片机具有基本时钟系统和锁频环时钟等多种时钟，根据实际应用的不同选择的时钟也可以不同，因此芯片的总体功耗也将随之变化；其二，采用多中断源的矢量中断模式，唤醒CPU只需6us可快速处理外部请求。总体而言，MSP430系列单片机比一般单片机的功耗都要低。
（2）MSP430系列单片机处理能力极强。该系列单片机是一种16位单片机，且集合16位硬件乘法器和乘加器，极大增强了器数据处理和运算功能；与传统的MCS51单片机不同，该系类单片机采用了一个时钟周期可以执行一条指令的精简指令集(RISC)结构，指令速度可达8MIPS，是传统MCS51单片机的12倍。
(3)MSP430系列单片机集成的片内外设较为丰富，采用了高性能模拟技术，不仅集成度高，且性能好。具体的功能模块有：模拟比较器 A，定时器[A(Timer_A)，B(Timer_B)]，看门狗(WDT)，硬件乘法器，模数转换和数模转换，2I C总线等。
(4)MSP430系类单片机系统工作稳定性较好。该系统在开启复位后，为确保晶体振荡器有足够的起振和稳定的时间，CPU首先由压控振荡器带动。接着系统的时钟频率可由软件设置适当的寄存器的控制位来确定。如果晶振在工作期间出现故障，为确保证系统正常运行，压控振荡器将自行启动。相比于其他系列单片机这种独特的运行机制和时钟结构给系统的稳定性带来极大的优势。
（5）MSP430系类FLASH型单片机系统具有方便高效的开发环境。在国内FLASH型MSP430系类单片机使用的比较普遍。因为相比于其他型号，FLASH型的开发调试环境相对比较方便。该型号的单片机片内集成了可电擦写的FLASH存储器和JTAG调试接口，因此无需使用仿真器和编程器，只需用到一台普通的PC机和一个JTAG调试器即可。这种以FLASH技术、JTAG调试、集成开发环境结合的开发方式，在单片机开发中较为罕见，具有方便、廉价、实用等优点。

第三章 系统分析与整体设计

3.1系统的设计原则

本文设计的无线射频室内智能讲解系统适用场地是中小型的室内展馆，适用对象是旅游散客，在使用过程中必须保证游客收听信息的可靠性和实时性。因此该系统必须满足信息收听的可靠性和实时性，以及便于携带，功耗低等一系列要求。以下为系统的主要设计原则：
(1)可靠性原则：该系统采用的是无线射频的识别技术，在空间较小的范围内出现多个射频信号时容易产生干扰和错误识别，因此必须通过一定的编码技术控制发射信号的时序以及控制发射功率和速率尽量保证展品之间的无线信号不产生重叠。
(2)实时性原则：在使用该系统的过程中，游客是处于移动中的，为了保证在位置变换的过程中能够及时的接收到展品信息，系统必须采用传输速度较快的无线收发芯片。
(3)低功耗原则：系统采用的核心芯片必须具备低功耗的特点，如此才能保证游客在长时间的游览过程中电池的供电。
(4)实用性原则:无线射频智能讲解系统应符合实际需要，不能片面追求系统的超前性，要秉持经济实用的原则。

3.2系统设计概述

该系统需要实现的基本功能如下：当携带手持终端的游客靠近展台时，放置于展台底端的电子标签发射出包含展品编号的射频信号，手持终端自动接收并解调出展品编号后调用与展台编号对应的语音文件，并送至语音模块进行播放，此时游客便可收听到与展品相关的解说词；当游客对解说词不感兴趣时，只需按下停止键，便可结束放音；当游客结束参观准备离开时，只需按下关机键放回原处即可。一键操作，方便快捷，游客无需手动输入展品编号，也无需按照指定的游览路线观赏。为实现以上功能，系统整体的设计方案如下。

3.3整体方案介绍

本文设计的基于无线射频的室内智能讲解系统主要由五大模块构成：中心控制模块，无线射频接收模块，语音播放模块，电源模块，以上四个模块为手持终端的组成部分；电子标签一般安装在展台下方。

第四章 系统硬件设计

本文在第三章中介绍了该系统的整体设计,其中包括控制模块，无线接收模块，语音模块，显示模块等，以及各个核心模块的方案选择。在本章节中将根据第三章的设计方案，以及核心芯片的内部结构和引脚功能及参数等特征，运用Protel DXP2004设计出具体每一个电路模块的原理图和整体PCB版图。

4.1核心控制电路

本文设计的无线射频室内智能讲解系统的核心控制部分是由 MSP430F149 单片机构成的。

4.2无线收发电路介绍

为了使发射展品地址信号的电子标签与智能讲解手持终端接收电路之间具有良好的兼容性，本文设计的电子标签发射器和手持终端接收器使用的无线模块都是由美国TI公司出品的CC1101无线传输芯片构成的。接着本文将对这款芯片的内部结构及工作原理作简要介绍。

4.3电子标签电路设计

电子标签是安装在展台下方的发送设备，主要负责给手持终端发射展品编号。电子标签的核心电路如图4.6所示，该电路主要由控制单片机和无线收发电路组成，单片机通过SPI
接口控制射频芯片CC1101的寄存器信息，从而控制射频芯片的工作状态（包括休眠模式，空闲模式，发射模式和接收模式等），调试方式，工作频率，以及发射速率等参数。

4.4语音播放电路

本文设计的系统中采用ISD4004语音芯片作为语音模块的核心。该芯片只需提供3V电压即可正常工作,单片语音录制和播放的每分钟约300字，总共可存储约5000字的语音内容,播放语音清晰,适用于各种便携式的移动产品。该芯片的内部结构如图4.7所示，包含以下几个模块：内部时钟、定时器、采样时钟、模拟收发器、非易失多级存储阵列，平滑滤波器、、自动静噪等基本电路。该芯片的设计理念是由微控制器通过串行通信接口(SPI或Microwire)输入命令，从而控制所有操作。芯片通过采样时钟获得的每个采样值直接存贮于非易失多级存储阵列中，这种模拟量存储技术能够真实再现各种声音,不会因为电路量化和压缩而产生各种量化噪声和”金属声”等。采样频率从4-8KHz分为多个采样等级,采样频率直接影响到录放时间和语音质量，采样频率越高则音质越好，但是录放时间却会变短。该语音芯片可以反复录音多次，且在断电情况下也可以长时间存储语音内容。

4.5显示电路

本设计中的液晶显示电路是为了实现在播放指定音频时，能够根据收到的指令显示相应音频的文字信息。由于要实现文字字符的显示功能，因此，必须选用点阵液晶EDM12864P液晶足够满足这一要求，价格也适中，并且一般的液晶屏显示器的屏幕越大则体积越大且功率消耗也越大。该型号液晶只需5V电源即可驱动，外部引脚功能如表4.2所示：控制电路单片机访问液晶的方式有直接访问和间接访问两种。直接访问方式是指：单片机以访问存储器或I/O设备的方式访问直接接在单片机总线上的液晶显示模块。间接访问方式是指：单片机通过P0口上连接的数据总线间接访问液晶显示器的数据存储单元，另外再通过单片机的P2口中未被使用的I/O口来控制液晶显示的三根时序信号线。间接访问与直接访问相比优势在于，间接访问期间不占用存储器空间，且时序完全靠软件编程实现与硬件接口电路无关。通过以上比较可知间接访问更适合本文设计的要求。

4.6电源模块

本文设计的系统采用两种电源供电分别为5V和3.3V两组电源，5V电源由电池提供，通过相应的变压和稳幅电路又可将5V电源转换成3.3V的电源。电源转换方案有两种分别是线性电源和开关电源。通过比较两种方案发现：线性电源具有输出纹波小，稳定度高，结构简单等优点，但由于线性电源的结构中变压器的体积较笨重，滤波器的体积也较大，且功率管需要较大的散热片，所以整体结构体积庞大，且功率管的工作效率非常低，不适合作为计算机和单片机等要求便携式和低功耗等设备的电源模块。而相比之下开关电源的整体体积较小，且开关管总是工作在饱和与截止状态，所以功率管损耗极低，工作效率非常高。考虑到本文设计的系统需要一个体积小且功耗低的电源模块，所以本文采用开关电源来提统所需要的3.3V，具体电路如下图4.10所示，D1的作用是防电源接反保护，AMS1117-3.3是一款正向低压降稳压器，可输出可调或固定的3.3V电压，最大电流为1A，管脚4是反馈输入端，C8，C10的作用是去除交流噪声，以提高环路的稳定性，最后使用的一个LC滤波器进一步滤除纹波，减小3.3V输出的交流分量，L2的作用是将模拟地和数字地进行隔开，以减小数字噪声对模拟部分的影响。

第五章 系统软件设计

5.1软件设计思路

软件设计必须建立在硬件电路的基础上，因此在设计软件程序时必须充分考虑硬件电路的特点，实现软件和硬件的协调工作，保证系统的整体工作效率。首先，在设计软件程序时必须充分考虑到硬件电路的程序存储和数据存储的空间，既不能浪费也不能透支。其次，整个硬件电路都是按照功能模块划分成不同的电路模块，因此在设计软件时也要运用模块化的思路，程序设计也要针对不同功能模块的硬件设计，将程序进行分解归类，使得每一段程序具有独立性。比如本文在除了设计了无线射频室内智能讲解系统的主程序控制流程，还针对各个功能模块都设计了相应的子程序，无线射频收发模块的子程序，语音播放的子程序等。再次，为了保证系统工作的稳定性，软件系统也要设计相应的抗干扰措施。比如在程序启动时要进行开机检测，在程序故障时启动看门狗定时器，对输入信号进行多次采样，对输出端口进行循环检测等。

5.2系统软件开发环境

无线射频室内智能讲解系统采用的软件开发平台是IARSystem该系统提供了软件设计、开发和调试等每一个环节，包含c语言编辑器和调试器、硬件仿真器、实时操作系统、开发套件、状态建模工具等，支持众多半导体公司研发的微处理器。

5.2.1IAR 开发环境

该开发软件可以为单片机生成极为高效和可靠的代码。除此之外，IARSystems还提供专业化的技术支持。以下针对IAR430的特点作简要介绍：
（1）该系统具有功能强大的管理器，可同时构建和调试多个程序，完成多个工程的层次化管理。

（2）该系统具有多种智能浏览器，可同时浏览固定窗口和浮动窗口。
（3）该系统具有功能强大的编辑器，编辑器自带代码模板，且支持多字节编辑，可配置多种文件格式。
（4）该系统具有灵活的工程编译，可实现批量编译，前后编译和定制编译等多种编译方式。
（5）该系统具有C/C++编译器，该编辑器不仅支持C，EC++和扩展EC++，并且包含有标准模板库（STL）和名字空间等。
（6）该系统具有针对特定目标的语言扩展功能，比如要实现MSP430省电模式，可以通过直接访问本征函数，从而执行低级处理器操作。

5.3系统相关程序设计

本文设计的基于无线射频室内智能讲解系统的软件程序设计包括：系统主程序，电子标签工作流程，无线收发子程序，语音播放子程序等。以下是关于各个模块程序设计的介绍以及程序流程图。

5.3.1系统主程序设计

智能讲解系统的主程序流程图如图5.2所示，当启动电源之后，首先控制设备进入初始化，然后进入模式选择状态，判断是否需要更新语音文件。如果选择更新语音文件则将系统通过数据线USB接口连接至PC机，则自动进入语音文件更新；相反，则自动进入智能讲解状态。当智能讲解系统与PC机相连时，无线收发模块和语音播放模块自动关闭。计算机自动识别USB接口，当计算机发现移动存储设备时就可以将语音文件存储入智能讲解系统的语音存储器中，从而进行语音文件的更新。当智能讲解系统工作于讲解状态时，首先对CC1101射频识别模块进行设备初始化。紧接着无线射频接收模块进入循环检测状态，一旦游客进入景区，如果有电子标签发射的地址信号被手持终端接收，无线射频接收模块将自动识别射频信号，辨别信号的有效性，并将自动解调出有效地址信息。紧接着将解调后的地址信息传输给控制模块。然后控制模块按照预先设定的对应列表查找出该地址编码所对应的语音文件存储地址，在语音数据存储模块中读出相应的语音数据，并传输给音频功率放大器，最终游客通过耳机收听到相应的展品解说词。如果游客的手持终端没有收到射频信号或者接收到的判定为无效信号则返回到循环检测状态。而当游客对这段展品解说词不感兴趣时可按下暂停键，则手持终端停止这段语音的播放，自动进入下一段语音的搜索；相反如果游客对这段语音很感兴趣则可以选择重复收听。当语音播放结束后程序自动返回循环搜索状态。

5.3.2无线接收程序设计

为保证无线通信模块的正常工作，首先应该通过SPI接口对CC1101的关键参数（工作模式，信道选择，传输速率，调制格式，输出功率等）进行优化配置。首先单片机可以通过SPI总线（CSn、SI、SO、SCLK）读取CC1101的状态信息。通过使用Smart RF Studio软件用以得到CC1101芯片最优寄存器设定和评测性能及功能。

5.3.3语音播放子程序设计

首先对ISD4004进行初始化，等待单片机发出的播放地址指令，如果接收到指令，则通过查询预先设置好的地址编码表找到相应语音内容，最后通过音频放大播放相应的解说词。