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基于短距离无线通讯技术的汽车RFID系统设计

本系统是基于数字通信原理、利用集成单芯片窄带超高频收发器构建的无线识别系统。阐述了该无线射频识别系统基本工作原理和硬件设计思路,并给出了 程序设计方案的流程图。从低功耗、高效识别和实用角度设计适用于车载的射频识别标签。测试结果表明,本系统在复杂路面状况(繁忙路面)的条件下可实现 300m范围内有效识别,视距条件下可达到500 m范围有效识别。

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。

系统工作示意如图1所示

基于短距离无线通讯技术的汽车RFID系统设计

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,其控制部分原理图如图2所示

基于短距离无线通讯技术的汽车RFID系统设计

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,时钟关断模式的最低功耗只有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

基于短距离无线通讯技术的汽车RFID系统设计

1.3 系统供电

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