Yangi RFID zaryadlash tizimini loyihalash sxemasi

1 Kirish

RFID (Radio Frequency Identification) texnologiyasi, ya'ni radiochastotani identifikatsiya qilish texnologiyasi hozirda turli xil zaryadlash holatlarida keng qo'llaniladigan aloqa texnologiyasidir, masalan, jamoat tranSportida zaryadlash tizimlari, to'xtash joylarida zaryadlash tizimlari va boshqalar. RFID texnologiyasidan foydalanadigan joriy tizimlar odatda ma'lumotlar almashinuvi uchun RS-485 va kompyuterdan foydalaning. Biroq, RS-485 bitta asosiy tugunni ishlatadi va so'rov rejimini qabul qiladi, shuning uchun real vaqtda past ishlash va past aloqa samaradorligi muammolari mavjud.

Informatika darajasidagi doimiy sakrash va sanoat rivojlanishining ehtiyojlari bilan sanoat boshqaruv tizimlari asosiy Asboblarni boshqarish tizimlari, markazlashtirilgan raqamli boshqaruv tizimlari, taqsimlangan boshqaruv tizimlaridan hozirda keng qo'llaniladigan fieldbus boshqaruv tizimlariga o'tishni boshdan kechirdi. CAN (Controller Area Net) shinasi ketma-ket aloqa tarmog'iga asoslangan maydon shinasidir. CAN shinasi multi-master ish rejimini qabul qiladi va tarmoqdagi har qanday tugun istalgan vaqtda tarmoqdagi boshqa tugunlarga ma'lumot yuborishi mumkin. Shu bilan birga, CAN avtobusi buzilmaydigan arbitraj texnologiyasidan foydalanadi. Ikki yoki undan ortiq tugunlar bir vaqtning o'zida tarmoqqa ma'lumotlarni uzatganda, ustuvorligi pastroq bo'lgan tugun ma'lumotlarni yuborishni tugatmaguncha, uni yuborishni to'xtatadi. Bu samarali. avtobus mojarosidan qochish uchun. CAN aloqa masofasi 10km/5kbps gacha, aloqa tezligi esa 1Mbps gacha yetishi mumkin. JON ma'lumotlarining har bir ramkasida ma'lumotlar almashinuvining ishonchliligini ta'minlash uchun CRC tekshiruvi yoki boshqa aniqlash usullari mavjud.

CAN tugunida jiddiy xatolik yuzaga kelganda, tugun avtomatik ravishda o'chadi va shu bilan boshqa tugunlarning normal ishlashiga ta'sir qilmaydi. Shu sababli, CAN avtobusi kuchli ishonchlilik, yuqori real vaqtda ishlash va yuqori samaradorlik afzalliklariga ega va RS 485 avtobusini to'liq almashtirishi mumkin.

Haqiqiy dastur muhitida katta hajmdagi simlarni ulash ishlarini kamaytirish uchun 2.4G simsiz tarmoq RFID dan CAN avtobusiga ma'lumotlarni uzatish uchun uzatish stantsiyasi sifatida foydalanilishini hisobga olsak. Simsiz texnologiya past narx, moslashuvchanlik, ishonchlilik va qisqa o'rnatish vaqtini taklif etadi. Ushbu dizayn simsiz aloqa tarmog'ini qurish uchun nRF24L01 dan foydalanadi. Ushbu chip ko'p nuqtali aloqani qo'llab-quvvatlaydi va qabul qilish rejimida 6 xil kanaldan ma'lumotlarni qabul qila oladi.

Ya'ni, simsiz tarmoqning qabul qiluvchi uchi 6 xil jo'natish uchidan ma'lumotlarni qabul qilishi mumkin. Yuborilgan uchidan ma'lumotlar RFID moduli orqali olinadi.

Yuqoridagi muhokamaga asoslanib, ushbu maqola CAN avtobusi va 2.4G simsiz tarmog'iga asoslangan yangi RFID zaryadlash tizimini taqdim etadi.

2 Uskuna tizimini loyihalash

2.1 Tizim topologiyasi va tizim tarkibi

2.1.1 Tizim topologiyasi

1-rasmda ko'rsatilganidek, RFID qurilmasining tegishli ma'lumotlari simsiz tarmoq orqali CAN qabul qiluvchiga uzatiladi, ikkinchisi esa CAN shinasi orqali ma'lumotlarni shaxsiy kompyuterga uzatadi. Kompyuter CAN interfeysiga ega PCI-E kengaytirish kartasidan foydalanadi. Bundan tashqari, nRF24L01 simsiz aloqa chipi qabul qilish rejimida 6 xil kanaldan ma'lumotlarni qabul qilishi mumkin va shu bilan 6 tagacha RFID terminal qurilmalarining ma'lumotlar uzatilishini boshqarish uchun CAN tugunini amalga oshiradi. Oltita RFID zaryadlovchi terminali talabni qondira olmasa, ko'proq tugunlarni qo'shish mumkin. Barcha tugunlar CAN avtobusiga o'rnatiladi. CAN shinasi orqali har bir tugun ma'lumotlarni shaxsiy kompyuterga uzatadi.

2.1.2 Tizim tarkibi

Ushbu tizim (CAN tugun) ikkita kichik tizimdan iborat. B quyi tizimi mikrokontroller, RFID moduli, simsiz modul, kuzatuvchi, LCD displey, soat moduli, tugmalar va EEPROM dan iborat. Mikrokontroller (MCU) Mifare 1 kartasini o'qish va yozish uchun RFID modulini boshqaradi va simsiz modul tegishli ma'lumotlarni A quyi tizimiga yuboradi. A quyi tizimi mikrokontroller, simsiz modul, kuzatuvchi va CAN modulidan iborat. MCU simsiz modul orqali olingan ma'lumotlarni CAN moduli orqali shaxsiy kompyuterga yuboradi. Bitta tugun 6 tagacha RFID qurilma terminalini boshqarishi mumkinligi sababli, to'liq tizimda faqat 1 ta quyi tizim A, 6 tagacha B kichik tizim bo'lishi mumkin.

2.2 Mikrokontroller

Mikrokontroller STC89LE58RD+ bo‘lib, to‘rtta 8-bitli parallel kiritish-chiqarish portlari P0~P3, bitta 4-bitli parallel port P4, 32KB FLASHROM, 1280 bayt operativ xotira, 3 taymer, 8 ta uzilish manbalari va 4 ta uzilish Priority uzilish tizimiga ega. Uning ishlashi dizayn talablariga to'liq javob beradi.

2.3 CAN moduli

JON avtobusining apparat tatbiqi Philips' SJA1000 va PCA82C250.

2.3.1 SJA1000 chipini joriy etish

SJA1000 mustaqil CAN kontrolleridir. U PeliCAN rejimini kengaytirish funktsiyasini qo'llab-quvvatlaydi (CAN2.0B protokoli yordamida), 11-bit yoki 29-bit identifikatorlari, FIFO-ni qabul qiluvchi 64-bayt, arbitraj mexanizmi va kuchli xatolarni aniqlash qobiliyatlari va boshqalar.

2.3.2 PCA82C250 chipini joriy etish

PCA82C250 - bu CAN avtobus qabul qiluvchisi bo'lib, u asosan avtomobillarda o'rta va yuqori tezlikdagi aloqa (1 Mbit / s gacha) ilovalari uchun mo'ljallangan. U keng ko'lamli ish rejimi shovqinlari va elektromagnit parazitlarga (EMI) qarshi tura oladi, radiochastota shovqinlarini (RFI) kamaytiradi va termal himoya funktsiyalariga ega. 110 tagacha tugunni ulash mumkin.

2.3.3 Uskuna interfeysi ulanishi

4-rasmda ko'rsatilganidek, P1 porti SJA1000 ning AD portiga ulanish uchun multiplekslangan manzil/ma'lumotlar shinasi sifatida ishlatiladi va P2.0 SJA1000 ning CS chip tanlash bo'limiga ulanadi, bu esa SJA1000ni kirish/chiqarish qurilmasiga aylantiradi. mikrokontrollerning periferik xotira xaritasi. Bundan tashqari, SJA1000 ning RX0 va TX0 lari PCA82C250 ning RXD va TXD lariga ulangan.

2.4 Simsiz modul

2.4.1 nRF24L01 chipini joriy etish

Simsiz chip nRF24L01. Bu 2 Mbit / s gacha uzatish tezligiga ega 2,4 gigagertsli simsiz radio chastotali qabul qiluvchi chip bo'lib, 125 ta ixtiyoriy ish chastotasini qo'llab-quvvatlaydi, manzil va CRC tekshirish funktsiyalariga ega va SPI interfeysini ta'minlaydi.

U maxsus uzilish piniga ega, 3 ta uzilish manbasini qo'llab-quvvatlaydi va MCU ga uzilish signallarini yuborishi mumkin. U avtomatik javob berish funktsiyasiga ega, ma'lumotlar olinganligini tasdiqlaganidan so'ng manzilni yozib oladi va ushbu manzildan maqsadli manzil sifatida javob signalini yuboradi. ShockBurstTM rejimini qo'llab-quvvatlaydi, bu rejimda nRF24L01 past tezlikli MCUga ulanishi mumkin. nRF24L01 qabul qilish rejimida 6 xil kanaldan ma'lumotlarni qabul qilishi mumkin.

2.4.2 nRF24L01 apparat interfeysi ulanishi

5-rasmda ko'rsatilganidek, mikrokontroller SPI avtobus vaqtini simulyatsiya qilish orqali nRF24L01 bilan aloqa qiladi. Uning tashqi uzilish pin IRQ mikrokontrollerning P3.2 (tashqi uzilish 0) ga ulangan.

2.5 RFID moduli

2.5.1 MF RC500 chipini joriy etish

RFID moduli Philips' MF RC500, hozirda keng qo'llaniladigan RFID chiplaridan biri. MF RC500 ISO14443A protokoli va MIFARE dual interfeys kartasini qo'llab-quvvatlaydi. U javob kartasini demodulyatsiya qilish va dekodlash uchun yuqori darajada integratsiyalangan analog sxemaga ega va 64 baytli qabul qiluvchi FIFO buferi va doimiy kalit xotirasiga ega. Bundan tashqari, 6 ta uzilish manbasini qo'llab-quvvatlaydigan va MCU ga uzilish signallarini yuborishi mumkin bo'lgan maxsus uzilish pin mavjud.

2.5.2 MF RC500 apparat interfeysi ulanishi

6-rasmda ko'rsatilganidek, MCU MF RC500 dagi registrlarga tashqi operativ xotira sifatida kiradi. INT pin suzuvchi holatda qoldiriladi va uzilish funksiyasidan foydalanilmaydi.

3 Dasturiy ta'minot tizimini loyihalash

Mikrokontrollerni ishga tushirish dasturida A quyi tizimining tashqi uzilishi past darajadagi triggerga o'rnatiladi. A quyi tizimining uzilish signali manbai nRF24L01 tomonidan ta'minlanadi. nRF24L01 ma'lumotni qabul qilganda, MCUni ma'lumotlarni o'qish uchun xabardor qilish uchun uzilish signalini ishlab chiqaradi. B quyi tizimi uzilish funksiyasidan foydalanmaydi.

nRF24L01 ishga tushirish dasturida B quyi tizimi uzatish rejimida sozlangan va 16 bitli CRC tekshiruvidan foydalanadi. Avtomatik javob berish funktsiyasidan foydalanish uchun ma'lumotlar kanali 0 javob signalini qabul qilish uchun o'rnatiladi va javob signalining to'g'ri qabul qilinishini ta'minlash uchun ma'lumotlar kanali 0 ning qabul qiluvchi manzili jo'natuvchining manziliga teng bo'lishi kerak. Tizim oltitagacha A kichik tizimdan iborat bo'lishi mumkin va bu oltita quyi tizimning jo'natish manzillarini takrorlab bo'lmaydi. A quyi tizimi qabul qilish rejimida sozlangan, 16 bitli CRC tekshiruvidan foydalanadi va 6 tagacha ma'lumot kanalini qabul qilishi mumkin. Bu 6 ta qabul qiluvchi manzil har bir B quyi tizimidagi jo‘natuvchi manzillarga teng. SJA1000 ning dastlabki sinovida PliCAN rejimi qo‘llaniladi, uzatish tezligi 125 Kbit/s, qabul qilish va jo‘natishda uzilishlar taqiqlanadi; chiqish boshqaruvi registrining konfiguratsiyasi quyidagicha: normal rejim, TX pastga tortilishi va chiqish boshqaruvining polaritesi. Bundan tashqari, qabul qilish kodi registrini va qabul qilish maskasi registrini to'g'ri sozlash kerak. Ushbu konfiguratsiya CAN avtobus arbitraj funksiyasini amalga oshirish uchun ishlatiladi.

MF RC500 ni ishga tushirishda uning asosiy sozlamalari quyidagilardan iborat: TX1 va TX2 chiqishlari 13 sifatida tuzilgan.56 MGts energiya tashuvchilar; dekoderning kirish manbai ichki demodulyator; Q soatini qabul qiluvchi soat sifatida ishlating; uzatish va qabul qilish uzilishlarini o'chirish; RxThreshold o'rnating Registr qiymati 0xFF, BitPhase registr qiymati 0xAD va hokazo.

Qayta tiklash so'rovi funktsiyasi antennaning samarali diapazonida Mifare1 kartasini qidiradi. Agar karta mavjud bo'lsa, aloqa aloqasi o'rnatiladi va kartadagi TAGTYPE karta turi raqami o'qiladi. To'qnashuvga qarshi funksiya MF RC500 ga bir nechta Mifare 1 kartalaridan birini tanlash imkonini beradi. ochiq. Kartani tanlash funktsiyasi ma'lum seriya raqamlari bo'lgan kartalar bilan bog'lanishi mumkin. Autentifikatsiya funktsiyasi Mifare 1 kartasidagi parol bilan MF RC500 EEPROM-dagi kalit bilan mos keladi.

Moslik to'g'ri bo'lgandan keyingina o'qish va yozish operatsiyalarini bajarish mumkin. Mifare 1 kartasini TO'XT REJIMGA o'rnatish uchun o'chirish buyrug'ini yuboring.

CAN funksiyasi tegishli ma'lumotlarni shaxsiy kompyuterga yuborish uchun ishlatiladi. Ushbu dizayn ma'lumotlar yuborilganligini ta'minlash uchun so'rov rejimidan foydalanadi. Holat registridagi TBS, TCS va TS bayroq bitlarini so'rash orqali ma'lumotlarni uzatish tugallanganligini tasdiqlashingiz mumkin. Xuddi shunday, simsiz funksiyada ma'lumotlar yuborilganligiga ishonch hosil qilish uchun holat registridagi TX_DS ni so'rash kifoya.

4 Tizim sinovi

Birinchidan, RFID moduli sinovdan o'tkazildi. MIFARE 1 kartasini antennaning samarali diapazoniga qo'ying, kartada o'qish va yozish operatsiyalarini bajaring va LCD displeyda tegishli ma'lumotlarni ko'rsating. Ushbu testdan so'ng RFID moduli an'anaviy tarzda o'qiydi va yozadi. Keyinchalik, tizimning uzatish tarmog'ining real vaqt rejimida ishlashi sinovdan o'tkaziladi. Ushbu maqola sinov uchun harorat ma'lumotlarini simsiz uzatishdan foydalanadi. Haroratni o'lchash uchun qurilma DS18B20 bitta simli harorat sensori. Harorat sensorini B quyi tizimiga ulang. Harorat sensori har soniyada xona ichidagi haroratni namuna oladi. Mikrokontroller harorat ma'lumotlarini o'qiydi va uni simsiz tarmoq orqali A quyi tizimiga yuboradi. A quyi tizimi ma'lumotlarni qabul qiladi va uni CAN shinasi orqali yuboradi. kompyuterga.

Kompyuter tomonida Visual Basic 6.0 asosiy kompyuter dasturini yozish uchun ishlatiladi. Asosiy kompyuter harorat ma'lumotlarini egri chiziqqa tortadi va matnga yozadi. Harorat egri chizig'i 8-rasmda ko'rsatilgan, bu erda harorat qiymatlarining aniqligi 1 daraja Selsiyga teng. Harorat egri chizig'i grafigini va matn ma'lumotlarini qiyosiy kuzatish orqali harorat ma'lumotlarida hech qanday anormallik yo'qligi va ma'lumotlar yo'qolishi aniqlandi.

  5 Xulosa

Ushbu maqola RS-485 avtobusini almashtirish uchun CAN avtobusidan foydalanadi, ikkinchisining kamchiliklarini bartaraf etadi. Simsiz texnologiya nRF24L01 ning ko'p nuqtali aloqa funktsiyasidan to'liq foydalanish uchun ko'plab simlarni ulash ishlarini qisqartirish uchun ham qo'llaniladi. Tizim qurilgandan so'ng, muallif tizimni uzoq vaqt sinovdan o'tkazdi. Sinov natijalari shuni ko'rsatadiki, ma'lumotlar uzatish barqaror, ishonchli va real vaqt rejimida yuqori ko'rsatkichlarga ega. U RS485 avtobus dizayniga asoslangan an'anaviy RFID to'lovlarini yig'ish tizimining kamchiliklarini bartaraf qiladi va kuchli foydalanish qiymatiga ega.