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基于短距离无线通讯技术的汽车RFID系统设计

本体系是根据数字通讯原理、运用集成单芯片窄带超高频收发器构建的无线辨认体系。论述了该无线射频辨认体系根本作业原理和硬件规划思路,并给出了 程序规划方案的流程图。从低功耗、高效辨认和有用视点规划适用于车载的射频辨认标签。测验成果表明,本体系在杂乱路面状况(繁忙路面)的条件下可完结 300m规模内有用辨认,视距条件下可到达500 m规模有用辨认。

物联网是指经过各种信息传感设备,如传感器、射频辨认(RFID)技能、全球定位体系、红外感应器、激光扫描器、气体感 应器等各种设备与技能,实时收集任何需求监控、衔接、互动的物体或进程,收集其声、光、电、生物、方位等各种需求的信息,与互联网结合构成的一个巨大网 络。其意图是完结物与物、物与人,一切的物品与网络的衔接,便利辨认、办理和操控。本项目针对车载物联网中的数据收集、传输与运用的关键问题,翻开研讨, 规划根据短间隔无线射频通讯技能的新一代车载射频辨认体系。体系由短间隔无线通讯车载单元(On-Board Unit,OBU)和基站体系(Base Station System,BSS)组成一个点对多点无线辨认体系(Wireless identification system,WIS),可用于在基站掩盖规模内车辆辨认和智能扶引。

1 体系硬件规划

体系硬件首要由操控部分、射频部分和外部扩展运用部分组成。以低功耗MCU为操控单元,集成单芯片窄带超高频收发器,内置优化规划天线.选用先进的光伏电池 供电,实理高集成度短间隔无线辨认射频终端(OBU)。本终端体积小、功耗低、适甩规模广,而且树立敞开的协议和规范接口,便于与已有体系或其他体系对 接。

体系作业暗示如图1所示

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1.1 操控电路规划

操控单元选用业界低功耗运用比较老练的TI公司出产的MSP430系列,该系列是TI1996年开端推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器(Mired Signal Proessor),其针对实践运用需求把许多模仿电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上,提供“单片”解决方案。在WIS体系中OBU和BSS中作业原理相同,所以要点介绍OBU部分规划,其操控部分原理图如图2所示

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MSP430F2274的输入电压为1.8~3.6V电压.在1 MHz的时钟条件下运转时,芯片的耗电在200~400μA左右,时钟关断形式的最低功耗只要0.1μA。因为体系运转时翻开的功用模块不同,选用了待机、运转和休眠3种不同的作业形式,有用地降低了体系功耗。

体系运用两种时钟体系;根本时钟体系和数字振荡器时钟体系(Digitally Controlled Oscillator,DCO),运用一个外部晶体振荡器(32 768Hz)。在上电复位后,首先由DCOCLK发动MCU(Microprogrammed Control Unit微程序操控器),以确保程序从正确的方位开端履行,确保晶体振荡器有满意的起振及安稳时刻。然后软件可设量恰当的寄存器的操控位来承认最终的体系 时钟频率。假如晶体振荡器在用作MCU时钟MCLK时发作毛病,DCO会主动发动,以确保体系正常作业;假如程序跑飞,可用看门狗将其复位。本规划运用到 了片上外围模块看门狗(WDT)、模仿比较器A、定时器A(Timer_A)、定时器B(Timer_B)、串口USART、硬件乘法器、10位/12位 ADC、SPI总线等。

1.2 射频电路

射频部分选用TI公司CC1020作为射频操控单元,该芯片为业界首例真实的单芯片窄带超高频收发器,有FSK/GFSK/OOK 3种调制方法,最小通道间隔为50 kHz,可满意多通道窄带运用(402~470 MHz以及804~94O MHz频带)的严格要求,多个作业频段可自在切换,作业电压2.3~3.6 V,十分合适集成扩展到移动设备作为无线数传或电子标签运用。该芯片遵照EN300 220.ARIB STD-T67以及FCC CFR47 part15规范。

挑选载频频率430 MHz为作业频段,此频段为ISM频段,契合国家无线办理委员会规范,无需恳求频点。选用FSK的调制方法,具有较高的抗搅扰才能和低误码率,选用前向纠 错信道编码技能,提高了数据抗突发搅扰和随机搅扰的才能,在信道误码率为10-2时,可得到实践误码率10-5~10-6。在开阔地视距条件、波特率为 2A Kbs、大吸盘天线(长度2m,增益7.8 dB间隔地上高度2m)时数据传输间隔可达800 m。该RF芯片规范装备可提供8个信道能够满意多种通讯组合方法。因为选用窄带通讯技能,增强了通讯安稳性和抗搅扰性。射频部分原理图如图3所示

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1.3 体系供电

体系供电部分由光伏电池作为日常作业供电和锂亚电池作为备用电池相结合供电方法。在光照较好的条件下经过太阳能给蓄能电池充电,每天确保必定的光照时刻可基 本满意OBU日常作业需求,极大地延长了备用电池的运用寿数,一起延长了OBU的作业寿数。合适经常在室外运转的车辆运用,可收集到足够的阳光供光伏电池作业。

1.4 体系开发环境

体系开发环境如下:1)IAR Embedded Workbench for MSP430编译器;2)PADS PCB Design Solutions 2007比思电路板规划东西。

2 体系程序规划

程序选用模块化规划,用C言语编写。首要由4部分在组成:主程序模块、通讯程序模块、外围电路处理模块、中止和存储模块。主程序首要完结操控单元的初始化、各种参数的装备及各外围模块装备和初始化等;通讯程序模块首要处理对RF芯片的装备以及433 MHz收发处理;外围电路处理模块首要对体系外部LED指示、电压检测、声响提示以按键及其他处理;中止和存储模块首要处理体系中止和记载存储。主程序流程如图4所示

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3 RF通讯流程

OBU与BSS通讯流程分为3步:树立链接、信息交流和开释链接,如图5所示

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第 1步:树立衔接OBU所在方位的坐标信息及其ID码经过预置参数存储在操控单元MCU的Flash中,并被长时间保存。BSS(基站体系)运用下行链路向 OBU循环播送发送定位(基站辨认帧操控)信息,承认帧结构同步信息和数据链路操控等信息,进入有用通讯区域内的OBU被激活后即恳求树立衔接和进行有用 性承认并发送呼应信息给对应的OBU,不然不呼应;

第2步:信息交流本规划选用勘探射频信号强度巨细的方法来承认OBU是否进入服务区,经 勘探信号强度大于最大信号的1/2时,收发两边完结无线握手,此刻以为OBU现已进入服务区。在此阶段中,一切帧有必要带有OBU的私有链路标识,并施行差 错操控。关于OBU上下行的判别能够经过ID号来判别是否归于同一个体系,不是同一个体系的ID号的OBU从记载中主动删去。OBU上报信息时选用跳频机 制,随机挑选所在服务区的某一固定信道进行握手通讯,避免发作信道阻塞。

第3步:开释衔接相同选用勘探信号强度小于最大强度的1/2时,以为车子现已离站。RSU与OBU完结一切运用后,删去和链路标识,宣布专用通讯链路开释指令,由衔接开释计时器根据运用服务承认开释本次衔接。

4 OBU与BSS通讯流程的开发

通讯协议根据敞开体系互联体系结构七层协议模型树立了三层的简略协议结构,即物理层、数据链路层和运用层。

1)物理层 物理层首要是通讯信遭规范,因为现在国际上没有构成关于433 MHz短间隔无线通讯一致的规范,各种规范界说的物理层也不尽相同,如表1所示。图6为曼彻斯特编码方法。

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2)数据链路层 数据链路层操控着OBU与BSS之间的信息交流进程,对数据链路衔接的树立和开释,数据帧的界说与帧同步,帧数据传送的操控、容错操控、数据链路层操控和链路衔接的参数交流等作了规则。数据传输以数据帧传输进行,如图7所示。

3)运用层 运用层拟定规范的用户功用程序,界说各路运用之间通讯音讯的格局,提供敞开的音讯接口,供其他数据库或运用程序调用。

5 结束语

本文所规划的射频辨认体系选用TI低功耗系列的MSP430微操控器,是TI公司专门针对电池供电设备低功耗所规划。射频芯片也为TI公司CC1020,集 成度高,可完结体积小、功耗低、易于装置,适用于建造车辆免泊车监测与监控体系。测验成果显现在杂乱路面状况(繁忙路面)可完结300 m规模内有用果辨认,视距状况可到达500 m规模内辨认。


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