RFID-system för fordon med trådlös kommunikationsteknik med kort räckvidd

Detta system är ett trådlöst identifieringssystem baserat på principen om digital kommunikation och som använder en integrerad enchips smalbandig ultrahögfrekvent transceiver. Den grundläggande arbetsprincipen och idéerna för hårdvarudesign för radiofrekvensidentifieringssystemet förklaras och flödesschemat för programdesignschemat ges. Designa radiofrekvensidentifieringsetiketter som är lämpliga för fordon utifrån perspektivet låg strömförbrukning, effektiv identifiering och praktiska egenskaper. Testresultaten visar att detta system kan uppnå effektiv igenkänning inom en räckvidd av 300m under komplexa vägförhållanden (trafikerade vägförhållanden), och kan uppnå effektiv igenkänning inom en räckvidd av 500m under siktlinjeförhållanden.

Internet of Things hänvisar till realtidsinsamling av all information som behöver övervakas, genom olika informationsavkänningsutrustning, såsom sensorer, radiofrekvensidentifieringsTeknik (RFID), globala positioneringssystem, infraröda sensorer, laserskannrar, gassensorer och andra enheter och tekniker. Förbindande och interagerande objekt eller processer samlar in olika nödvändig information såsom ljud, ljus, elektricitet, biologi, plats, etc., och kombinerar den med Internet för att bilda ett enormt nätverk. Dess syfte är att inse sambandet mellan saker och ting, saker och människor, och alla ting och nätverket, för att underlätta identifiering, förvaltning och kontroll. Detta projekt fokuserar på nyckelfrågorna datainsamling, överföring och tillämpning i fordonets Internet of Things, och designar en ny generation av fordonsradiofrekvensidentifieringssystem baserat på trådlös radiofrekvenskommunikationsteknologi med kort räckvidd. Systemet består av en kortdistans trådlös kommunikationsenhet (On-Board Unit, OBU) och ett basstationssystem (Base Station System, BSS) för att bilda ett punkt-till-multipunkt trådlöst identifieringssystem (trådlöst identifieringssystem, WIS), som kan användas inom basstationens täckningsområde. Fordonsidentifiering och intelligent vägledning.

1. Design av systemhårdvara

Systemets hårdvara består huvudsakligen av kontrolldelen, radiofrekvensdelen och den externa expansionsapplikationsdelen. Den använder en lågeffekts MCU som styrenhet, integrerar en enkelchips smalbandig ultrahögfrekvent transceiver och har en inbyggd optimerad designantenn. Den drivs av avancerade fotovoltaiska celler och är en högintegrerad trådlös radiofrekvensterminal för kort räckvidd (OBU). Denna terminal har liten storlek, låg strömförbrukning, bred anpassningsförmåga och etablerade öppna protokoll och standardgränssnitt för att underlätta dockning med befintliga system eller andra system.

1.1 Styrkretsdesign

Styrenheten använder MSP430-serien som produceras av TI, som är relativt mogen i lågeffektapplikationer i industrin. Denna serie är en 16-bitars mixed-signalprocessor (Mired Signal Processor) med ultralåg effekt som lanserades av TI på marknaden 1996. Den är inriktad på praktiska tillämpningar. Applikationskraven integrerar många analoga kretsar, digitala kretsar och mikroprocessorer på ett chip för att tillhandahålla en "monolitisk" lösning. I WIS-systemet är arbetsprinciperna för OBU och BSS desamma, så vi fokuserar på designen av OBU-delen.

Ingångsspänningen för MSP430F2274 är 1,8~3,6V. När du kör under klocktillståndet 1mHz är strömförbrukningen för chippet cirka 200~400μA, och den lägsta strömförbrukningen i klockavstängningsläge är endast 0,1μA. Eftersom funktionsmodulerna som öppnas när systemet är igång är olika, används tre olika arbetslägen standby, drift och viloläge, vilket effektivt minskar systemets strömförbrukning.

Systemet använder två klocksystem; det grundläggande klocksystemet och klocksystemet Digitally Controlled Oscillator (DCO), som använder en extern kristalloscillator (32 768 Hz). Efter startåterställning startar DCOCLK först MCU (Microprogrammed Control Unit) för att säkerställa att programmet börjar köras från rätt position och att kristalloscillatorn har tillräcklig start- och stabiliseringstid. Programvara kan sedan ställa in lämpliga registerkontrollbitar för att bestämma den slutliga systemets klockfrekvens. Om kristalloscillatorn misslyckas när den används som MCU-klockan MCLK, kommer DCO automatiskt att starta för att säkerställa normal drift av systemet; om programmet rinner iväg kan en vakthund användas för att återställa det. Denna design använder on-chip perifer modul watchdog (WDT), analog komparator A, timer A (Timer_A), timer B (Timer_B), seriell port USART, hårdvarumultiplikator, 10-bitar/12-bitars ADC, SPI-buss, etc. .

1.2 RF-krets

Radiofrekvensendel använder TI's CC1020 som radiofrekvensstyrenhet. Detta chip är branschens första riktiga enchips smalbandiga ultrahögfrekventa transceiver. Den har tre moduleringslägen: FSK/GFSK/OOK. Minsta kanalavstånd är 50 kHz, vilket kan möta behoven hos flerkanaliga Strikta krav för smalbandstillämpningar (402~470mHz och 804~94OmHz frekvensband), flera driftsfrekvensband kan växlas fritt och driftspänningen är 2,3~ 3,6 V. Den är mycket lämplig för integration och expansion i mobila enheter för användning som trådlös dataöverföring eller elektroniska taggar. Chipet överensstämmer med EN300 220.ARIB STD-T67 och FCC CFR47 part15 specifikationer.

Välj bärvågsfrekvensen 430mHz som arbetsfrekvensband. Detta frekvensband är ISM-bandet och följer standarderna för National Wireless Management Committee. Det finns ingen anledning att ansöka om en frekvenspunkt. Genom att använda FSK-moduleringsmetoden har den hög anti-interferensförmåga och låg bitfelsfrekvens. Den använder kanalkodningsteknik för framåtriktad felkorrigering för att förbättra datas förmåga att motstå burst-interferens och slumpmässig störning. Kanalbitfelsfrekvensen är 10-2. När den faktiska bitfelsfrekvensen kan erhållas från 10-5 till 10-6. Dataöverföringsavståndet kan nå 800m under siktlinjer i ett öppet fält, en baudhastighet på 2A Kbs och en stor sugkoppsantenn (längd 2m, förstärkning 7,8 dB, höjd 2m över marken). Standardkonfigurationen för detta RF-chip kan tillhandahålla 8 kanaler för att möta olika kommunikationskombinationsmetoder. Tack vare användningen av smalbandskommunikationsteknik förbättras kommunikationsstabiliteten och anti-interferensen. Det schematiska diagrammet över radiofrekvensdelen visas i figur 3.

1.3 Systemströmförsörjning

Strömförsörjningsdelen av systemet drivs av en kombination av fotovoltaiska celler som daglig strömförsörjning och litiumsubbatteri som reservbatteri. Att ladda energilagringsbatteriet genom solenergi under goda ljusförhållanden, säkerställa en viss belysningstid varje dag kan i princip uppfylla OBU:s dagliga arbetsbehov, avsevärt förlänga livslängden för reservbatteriet och samtidigt förlänga livslängden av OBU. Den är lämplig för fordon som ofta kör utomhus och kan samla tillräckligt med solljus för att solceller ska fungera.

1.4 Systemutvecklingsmiljö

Systemutvecklingsmiljön är som följer:

1) IAR Embedded Workbench formSP430 kompilator;

2) PADS PCB Design Solutions 2007 Bisi kretskortsdesignVerktyg.

2. Systemprogrammering

Programmet antar modulär design och är skrivet på C-språk. Den består huvudsakligen av 4 delar: huvudprogrammodul, kommunikationsprogrammodul, perifer kretsbehandlingsmodul, avbrotts- och lagringsmodul. Huvudprogrammet slutför huvudsakligen initieringen av styrenheten, konfigurationen av olika parametrar, konfigurationen och initieringen av varje perifer modul, etc.; kommunikationsprogrammodulen hanterar huvudsakligen konfigurationen av RF-chippet och 433mHz transceiverbehandling; bearbetningsmodulen för perifera kretsar hanterar huvudsakligen den externa LED-indikeringen och spänningen i systemet. Detektering, ljudmeddelanden hanteras av tangenttryckningar och annan bearbetning; avbrotts- och lagringsmodulen hanterar huvudsakligen systemavbrott och lagring av inspelningar. Huvudprogramflödet visas i figur 4.

3 RF-kommunikationsprocess

Kommunikationsprocessen mellan OBU och BSS är uppdelad i tre steg: länketablering, informationsutbyte och länksläpp, som visas i figur 5.

RFID-system för fordon med trådlös kommunikationsteknik med kort räckvidd

Steg 1: Upprätta en anslutning. Koordinatinformationen för OBU-platsen och dess ID-kod Lagras i Flash på styrenheten MCU genom förinställda parametrar och sparas under lång tid. BSS (basstationssystem) använder nedlänken för att cykliskt sända och sända positioneringsinformation (basstationsidentifieringsramstyrning) till OBU, bestämma ramstrukturens synkroniseringsinformation och datalänkstyrinformation och begära upprättandet av en anslutning efter OBU:n i det effektiva kommunikationsområdet aktiveras. Bekräfta giltigheten och skicka svarsinformation till motsvarande OBU, annars kommer den inte att svara;

Steg 2: Informationsutbyte. Denna design använder metoden för att detektera styrkan hos radiofrekvenssignalen för att bestämma om OBU har kommit in i serviceområdet. När den detekterade signalstyrkan är högr än 1/2 av den maximala signalen implementerar de sändande och mottagande parterna ett trådlöst handslag. Vid denna tidpunkt anses OBU:n ha kommit in på serviceområdet. distrikt. I denna fas måste alla ramar bära OBU:s privata länkidentifiering och implementera felkontroll. För bedömning av OBU uppströms och nedströms kan du använda ID-numret för att avgöra om det tillhör samma system. OBU:er med ID-nummer som inte är samma system kommer automatiskt att raderas från posten. OBU:n använder en frekvenshoppningsmekanism vid rapportering av information och väljer slumpmässigt en fast kanal i serviceområdet för handskakningskommunikation för att förhindra kanalöverbelastning.

Steg 3: Lossa anslutningen. När detekteringssignalstyrkan är mindre än 1/2 av den maximala styrkan anses bilen ha lämnat stationen. Efter att RSU och OBU har slutfört alla applikationer, tar de bort länkidentifieraren och utfärdar ett dedikerat kommando för att frigöra kommunikationslänken. Anslutningsfrigöringstimern släpper anslutningen i enlighet med applikationstjänstens bekräftelse.

4. Utveckling av kommunikationsprocess mellan OBU och BSS

Kommunikationsprotokollet etablerar en enkel protokollstruktur med tre lager baserat på sjulagers protokollmodellen för den öppna systemets sammankopplingsarkitektur, nämligen det fysiska lagret, datalänkslagret och applikationslagret.

1) Fysiskt lager Det fysiska lagret är huvudsakligen en kommunikationssignalstandard. Eftersom det för närvarande inte finns någon enhetlig standard för 433mHz trådlös kommunikation på kort avstånd i världen, är det fysiska lagret som definieras av olika standarder också annorlunda, som visas i tabell 1. Figur 6 visar Manchester-kodningsmetoden.

2) Datalänkslager Datalänklagret styr informationsutbytesprocessen mellan OBU och BSS, upprättandet och frisläppandet av datalänksanslutningar, definitionen och ramsynkroniseringen av dataramar, styrningen av ramdataöverföringen, feltoleranskontroll och data överföring. Länklagerkontroll och parameterutbyte av länkanslutningar specificeras. Dataöverföring utförs genom dataramöverföring, som visas i figur 7.

3) Applikationsskikt Applikationsskiktet formulerar standardanvändarfunktionsprogram, definierar formatet för kommunikationsmeddelanden mellan olika applikationer och tillhandahåller ett öppet meddelandegränssnitt för samtal från andra databaser eller applikationer.

5. Sammanfattning

Radiofrekvensidentifieringssystemet som designats i den här artikeln använder TI:s lågeffektserie MSP430 mikrokontroller, som är speciellt designad av TI för låg strömförbrukning av batteridriven utrustning. Radiofrekvenschippet är också TI's CC1020. Den har hög integration, kan uppnå liten storlek, låg strömförbrukning och är lätt att installera. Den är lämplig för att bygga fordonsparkeringsfria övervaknings- och övervakningssystem. Testresultaten visar att i komplexa vägförhållanden (trafikerade vägar) kan effektiv igenkänning uppnås inom en räckvidd av 300m, och i siktlinjeförhållanden kan igenkänning uppnås inom en räckvidd av 500m.