Automotive RFID-system med kortrækkende trådløs kommunikationsteknologi

Dette system er et trådløst identifikationssystem baseret på princippet om digital kommunikation og ved hjælp af en integreret enkelt-chip smalbånds ultra-højfrekvent transceiver. Det grundlæggende arbejdsprincip og hardwaredesignideer for radiofrekvensidentifikationssystemet er forklaret, og flowdiagrammet for programdesignskemaet er givet. Design radiofrekvensidentifikationsmærker, der er egnede til køretøjer ud fra perspektiverne lavt strømforbrug, effektiv identifikation og praktisk anvendelighed. Testresultaterne viser, at dette system kan opnå effektiv genkendelse inden for en rækkevidde på 300m under komplekse vejforhold (travle vejforhold), og kan opnå effektiv genkendelse inden for en rækkevidde på 500m under synslinjeforhold.

Internet of Things refererer til realtidsindsamling af enhver information, der skal overvåges, gennem forskelligt informationssensorudstyr, såsom sensorer, radiofrekvensidentifikation (RFID) teknologi, globale positioneringssystemer, infrarøde sensorer, laserscannere, gassensorer og andre enheder og teknologier. Forbindende og interagerende objekter eller processer indsamler forskellige nødvendige oplysninger såsom lyd, lys, elektricitet, biologi, placering osv., og kombinerer det med internettet for at danne et enormt netværk. Dens formål er at realisere sammenhængen mellem ting og ting, ting og mennesker, og alle ting og netværket, for at lette identifikation, styring og kontrol. Dette projekt fokuserer på nøglespørgsmålene om dataindsamling, transmission og anvendelse i køretøjets Internet of Things og designer en ny generation af køretøjsradiofrekvensidentifikationssystem baseret på trådløs radiofrekvenskommunikationsteknologi med kort rækkevidde. Systemet består af en indbygget kortdistance trådløs kommunikationsenhed (On-Board Unit, OBU) og et basestationssystem (Base Station System, BSS) for at danne et punkt-til-multipunkt trådløst identifikationssystem (Trådløst identifikationssystem, WIS), som kan bruges inden for basestationens dækningsområde. Køretøjsidentifikation og intelligent vejledning.

1. System hardware design

Systemhardwaren består hovedsageligt af kontroldelen, radiofrekvensdelen og den eksterne udvidelsesapplikationsdel. Den bruger en lav-effekt MCU som kontrolenhed, integrerer en enkelt-chip smalbåndet ultrahøj frekvens transceiver og har en indbygget optimeret designantenne. Den er drevet af avancerede fotovoltaiske celler og er en højt integreret kortrækkende trådløs identifikation radiofrekvensterminal (OBU). Denne terminal har lille størrelse, lavt strømforbrug, bred tilpasningsevne og etablerede åbne protokoller og standardgrænseflader for at lette docking med eksisterende systemer eller andre systemer.

1.1 Styrekredsløbsdesign

Styreenheden anvender MSP430-serien produceret af TI, som er relativt moden til laveffektapplikationer i industrien. Denne serie er en 16-bit ultra-low-power mixed-signal processor (Mired Signal Processor) lanceret af TI på markedet i 1996. Den er rettet mod praktiske anvendelser. Applikationskrav integrerer mange analoge kredsløb, digitale kredsløb og mikroprocessorer på én chip for at tilvejebringe en "monolitisk" løsning. I WIS systemet er arbejdsprincipperne for OBU og BSS de samme, så vi fokuserer på design af OBU del.

Indgangsspændingen på MSP430F2274 er 1,8~3,6V. Når du kører under urtilstanden på 1mHz, er chippens strømforbrug omkring 200~400μA, og det laveste strømforbrug i urnedlukningstilstand er kun 0,1μA. Da de funktionelle moduler, der åbnes, når systemet kører, er forskellige, anvendes tre forskellige arbejdstilstande standby, drift og dvale, hvilket effektivt reducerer systemets strømforbrug.

Systemet bruger to ursystemer; det grundlæggende ursystem og det Digitally Controlled Oscillator (DCO) ursystem, som bruger en ekstern krystaloscillator (32 768Hz). Efter start nulstilling starter DCOCLK først MCU (Microprogrammed Control Unit) for at sikre, at programmet begynder at køre fra den korrekte position, og at krystaloscillatoren har tilstrækkelig opstarts- og stabiliseringstid. Software kan derefter indstille de passende registerkontrolbits for at bestemme den endelige systemklokfrekvens. Hvis krystaloscillatoren svigter, når den bruges som MCU-uret MCLK, vil DCO automatisk starte for at sikre normal drift af systemet; hvis programmet løber væk, kan en vagthund bruges til at nulstille det. Dette design bruger on-chip perifer modul watchdog (WDT), analog komparator A, timer A (Timer_A), timer B (Timer_B), seriel port USART, hardware multiplikator, 10-bit/12-bit ADC, SPI-bus osv. .

1.2 RF kredsløb

Radiofrekvensendel bruger TI's CC1020 som radiofrekvenskontrolenhed. Denne chip er branchens første ægte single-chip smalbånds ultrahøj frekvens transceiver. Den har tre modulationstilstande: FSK/GFSK/OOK. Den mindste kanalafstand er 50 kHz, hvilket kan opfylde behovene for flerkanals Strenge krav til smalbåndsapplikationer (402~470mHz og 804~94OmHz frekvensbånd), flere driftsfrekvensbånd kan frit skiftes, og driftsspændingen er 2,3~ 3,6 V. Den er meget velegnet til integration og udvidelse til mobile enheder til brug som trådløs datatransmission eller elektroniske tags. Chippen overholder EN300 220.ARIB STD-T67 og FCC CFR47 part15 specifikationer.

Vælg bærefrekvensen 430mHz som arbejdsfrekvensbånd. Dette frekvensbånd er ISM-båndet og overholder standarderne fra National Wireless Management Committee. Det er ikke nødvendigt at ansøge om et frekvenspunkt. Ved at bruge FSK-modulationsmetoden har den høj anti-interferensevne og lav bitfejlrate. Den anvender fremadrettet fejlkorrektionskanalkodningsteknologi for at forbedre dataens evne til at modstå burst-interferens og tilfældig interferens. Kanalbitfejlfrekvensen er 10-2. Når den faktiske bitfejlrate kan opnås fra 10-5 til 10-6. Datatransmissionsafstanden kan nå op på 800m under sigtelinieforhold i et åbent felt, en baudrate på 2A Kbs og en stor sugekopantenne (længde 2m, forstærkning 7,8 dB, højde 2m over jorden). Standardkonfigurationen af denne RF-chip kan give 8 kanaler til at opfylde forskellige kommunikationskombinationsmetoder. På grund af brugen af smalbåndskommunikationsteknologi er kommunikationsstabilitet og anti-interferens forbedret. Det skematiske diagram af radiofrekvensdelen er vist i figur 3.

1.3 System strømforsyning

Strømforsyningsdelen af systemet drives af en kombination af fotovoltaiske celler som daglig strømforsyning og lithium sub-batteri som backup batteri. Opladning af energilagerbatteriet gennem solenergi under gode lysforhold, sikring af en bestemt belysningstid hver dag, kan stort set opfylde OBU'ens daglige arbejdsbehov, forlænge levetiden for backupbatteriet betydeligt og samtidig forlænge levetiden af OBU. Den er velegnet til køretøjer, der ofte kører udendørs og kan opsamle tilstrækkeligt sollys til, at fotovoltaiske celler kan fungere.

1.4 Systemudviklingsmiljø

Systemudviklingsmiljøet er som følger:

1) IAR Embedded Workbench formSP430 compiler;

2) PADS PCB Design Solutions 2007 Bisi printkort designVærktøj.

2. Systemprogrammering

Programmet vedtager modulært design og er skrevet i C-sprog. Det er hovedsageligt sammensat af 4 dele: hovedprogrammodul, kommunikationsprogrammodul, perifert kredsløbsbehandlingsmodul, interrupt- og lagermodul. Hovedprogrammet afslutter hovedsageligt initialiseringen af kontrolenheden, konfigurationen af forskellige parametre, konfigurationen og initialiseringen af hvert perifert modul osv.; kommunikationsprogrammodulet håndterer hovedsageligt konfigurationen af RF-chippen og 433mHz transceiverbehandling; det perifere kredsløbsbehandlingsmodul håndterer hovedsageligt den eksterne LED-indikation og spænding af systemet. Registrering, lydmeddelelser håndteres af tastetryk og anden behandling; afbrydelses- og lagringsmodulet håndterer hovedsageligt systemafbrydelser og registreringslagring. Hovedprogramforløbet er vist i figur 4.

3 RF kommunikationsproces

Kommunikationsprocessen mellem OBU og BSS er opdelt i tre trin: linketablering, informationsudveksling og linkfrigivelse, som vist i figur 5.

Automotive RFID-system med kortrækkende trådløs kommunikationsteknologi

Trin 1: Opret en forbindelse. Koordinatinformationen for OBU-placeringen og dens ID-kode gemmes i flashen på styreenheden MCU gennem forudindstillede parametre og gemmes i lang tid. BSS'en (Base Station System) bruger downlinket til cyklisk at udsende og sende positioneringsoplysninger (basestationsidentifikationsrammestyring) til OBU'en, bestemme rammestrukturens synkroniseringsinformation og datalinkkontrolinformation og anmode om etablering af en forbindelse efter OBU'en. i det effektive kommunikationsområde er Aktiveret. Bekræft gyldigheden og send svaroplysninger til den tilsvarende OBU, ellers vil den ikke svare;

Trin 2: Informationsudveksling. Dette design bruger metoden til at detektere styrken af radiofrekvenssignalet til at bestemme, om OBU'en er kommet ind i serviceområdet. Når den registrerede signalstyrke er højr end 1/2 af det maksimale signal implementerer de afsendende og modtagende parter et trådløst håndtryk. På dette tidspunkt anses OBU'en for at være kommet ind i serviceområdet. distrikt. I denne fase skal alle frames bære OBU'ens private link-identifikation og implementere fejlkontrol. Til bedømmelse af OBU opstrøms og nedstrøms kan du bruge ID-nummeret til at afgøre, om det tilhører samme system. OBU'er med ID-numre, der ikke er det samme system, slettes automatisk fra journalen. OBU'en bruger en frekvenshop-mekanisme, når den rapporterer information og vælger tilfældigt en fast kanal i serviceområdet til håndtrykskommunikation for at forhindre kanaloverbelastning.

Trin 3: Frigør forbindelsen. Når detekteringssignalstyrken er mindre end 1/2 af den maksimale styrke, anses bilen for at have forladt stationen. Når RSU'en og OBU'en har fuldført alle applikationer, sletter de linkidentifikatoren og udsteder en dedikeret kommunikationslinkudgivelseskommando. Timeren for frigivelse af forbindelse frigiver forbindelsen i henhold til bekræftelsen af applikationstjenesten.

4. Udvikling af kommunikationsproces mellem OBU og BSS

Kommunikationsprotokollen etablerer en tre-lags enkel protokolstruktur baseret på syv-lags protokolmodel af det åbne system sammenkoblingsarkitektur, nemlig det fysiske lag, datalinklag og applikationslag.

1) Fysisk lag Det fysiske lag er hovedsageligt en kommunikationssignalstandard. Da der i øjeblikket ikke er nogen samlet standard for 433mHz trådløs kortdistancekommunikation i verden, er det fysiske lag defineret af forskellige standarder også anderledes, som vist i tabel 1. Figur 6 viser Manchester-indkodningsmetoden.

2) Datalinklag Datalinklaget styrer informationsudvekslingsprocessen mellem OBU og BSS, etablering og frigivelse af datalinkforbindelser, definition og rammesynkronisering af datarammer, styring af framedatatransmission, fejltolerancekontrol og data smitte. Linklagskontrol og parameterudveksling af linkforbindelser er specificeret. Datatransmission udføres ved datarammetransmission, som vist i figur 7.

3) Applikationslag Applikationslaget formulerer standardbrugerfunktionsprogrammer, definerer formatet for kommunikationsmeddelelser mellem forskellige applikationer og giver en åben meddelelsesgrænseflade til opkald fra andre databaser eller applikationer.

5 Konklusion

Det radiofrekvensidentifikationssystem, der er designet i denne artikel, bruger TI's MSP430-mikrocontroller i laveffektserien, som er specielt designet af TI til lavt strømforbrug af batteridrevet udstyr. Radiofrekvenschippen er også TI's CC1020. Den har høj integration, kan opnå lille størrelse, lavt strømforbrug og er nem at installere. Den er velegnet til at bygge bilparkeringsfri overvågnings- og overvågningssystemer. Testresultaterne viser, at under komplekse vejforhold (travle veje) kan der opnås effektiv genkendelse inden for en rækkevidde på 300m, og i synslinjeforhold kan genkendelse opnås inden for en rækkevidde på 500m.