一种应用于车载的无线射频识别系统

2019-11-29 16:20   15次浏览

物联网是指通过各种信息传感设备,如传感器、射频识别(RFID)技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程,采集其声、光、电、生物、位置等各种需要的信息,与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人,所有的物品与网络的连接,方便识别、管理和控制。本项目针对车载物联网中的数据采集、传输与应用的关键问题,展开研究,设计基于短距离无线射频通信技术的新一代车载射频识别系统。系统由短距离无线通讯车载单元(On-Board Unit,OBU)和基站系统(Base Station System,BSS)组成一个点对多点无线识别系统(Wireless identification system,WIS),可用于在基站覆盖范围内车辆识别和智能导引。

1 系统硬件设计

系统硬件主要由控制部分、射频部分和外部扩展应用部分组成。以低功耗MCU为控制单元,集成单芯片窄带超高频收发器,内置优化设计天线。采用先进的光伏电池供电,实理高集成度短距离无线识别射频终端(OBU)。本终端体积小、功耗低、适甩范围广,并且建立开放的协议和标准接口,便于与已有系统或其他系统对接。

1.1 控制电路设计

控制单元采用业界低功耗应用比较成熟的TI公司生产的MSP430系列,该系列是TI1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器(Mired Signal Proessor),其针对实际应用需求把许多模拟电路、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系统中OBU和BSS中工作原理相同,所以重点介绍OBU部分设计。

MSP430F2274的输入电压为1.8~3.6V电压。在1 MHz的时钟条件下运行时,芯片的耗电在200~400μA左右,时钟关断模式的功耗只有0.1μA.由于系统运行时打开的功能模块不同,采用了待机、运行和休眠3种不同的工作模式,有效地降低了系统功耗。

系统使用两种时钟系统;基本时钟系统和数字振荡器时钟系统(Digitally Controlled Oscillator,DCO),使用一个外部晶体振荡器(32 768Hz)。在上电复位后,首先由DCOCLK启动MCU(Microprogrammed Control Unit微程序控制器),以保证程序从正确的位置开始执行,保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设量适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用作MCU时钟MCLK时发生故障,DCO会自动启动,以保证系统正常工作;如果程序跑飞,可用看门狗将其复位。本设计使用到了片上外围模块看门狗(WDT)、模拟比较器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

射频部分采用TI公司CC1020作为射频控制单元,该芯片为业界首例真正的单芯片窄带超高频收发器,有FSK/GFSK/OOK 3种调制方式,最小通道间隔为50 kHz,可满足多通道窄带应用(402~470 MHz以及804~94O MHz频带)的严格要求,多个工作频段可自由切换,工作电压2.3~3.6 V,非常适合集成扩展到移动设备作为无线数传或电子标签使用。该芯片遵从EN300 220.ARIB STD-T67以及FCC CFR47 part15规范。

选择载频频率430 MHz为工作频段,此频段为ISM频段,符合国家无线管理委员会标准,无需申请频点。采用FSK的调制方式,拥有较高的抗干扰能力和低误码率,采用前向纠错信道编码技术,提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力,在信道误码率为10-2时,可得到实际误码率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距离地面高度2m)时数据传输距离可达800 m.该RF芯片标准配置可提供8个信道能够满足多种通信组合方式。由于采用窄带通讯技术,增强了通讯稳定性和抗干扰性。射频部分原理图如图3所示。

1.3 系统供电

系统供电部分由光伏电池作为日常工作供电和锂亚电池作为备用电池相结合供电方式。在光照较好的条件下通过太阳能给蓄能电池充电,每天保证一定的光照时间可基本满足OBU日常工作需要,极大地延长了备用电池的使用寿命,同时延长了OBU的工作寿命。适合经常在室外运行的车辆使用,可采集到充足的阳光供光伏电池工作。

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