Qisqa masofali simsiz aloqa texnologiyasiga ega avtomobil RFID tizimi

Ushbu tizim raqamli aloqa printsipiga asoslangan va o'rnatilgan bir chipli tor polosali ultra yuqori chastotali qabul qiluvchidan foydalangan holda simsiz identifikatsiya qilish tizimidir. Radiochastotani identifikatsiya qilish tizimining asosiy ish printsipi va apparat dizayni g'oyalari tushuntiriladi va dasturni loyihalash sxemasining oqim sxemasi berilgan. Kam quvvat iste'moli, samarali identifikatsiya va amaliylik nuqtai nazaridan tranSport vositalariga mos keladigan radiochastota identifikatsiya teglarini loyihalash. Sinov natijalari shuni ko'rsatadiki, bu tizim murakkab yo'l sharoitida (band yo'l sharoitlarida) 300 m masofada samarali tanib olishga erisha oladi va ko'rish chizig'i sharoitida 500 m masofada samarali tanib olishga erisha oladi.

Narsalar interneti sensorlar, radiochastotani identifikatsiyalash (RFID) texnologiyasi, global joylashishni aniqlash tizimlari, infraqizil sensorlar, lazerli skanerlar, gaz sensorlari kabi turli xil ma'lumotlarni sezish uskunalari orqali kuzatilishi kerak bo'lgan har qanday ma'lumotni real vaqt rejimida to'plashni anglatadi. va boshqa qurilmalar va texnologiyalar. Ob'ektlar yoki jarayonlarni ulash va o'zaro ta'sir qilish tovush, yorug'lik, elektr energiyasi, biologiya, joylashuv va boshqalar kabi turli xil kerakli ma'lumotlarni to'playdi va ularni Internet bilan birlashtiradi va ulkan tarmoqni tashkil qiladi. Uning maqsadi identifikatsiyalash, boshqarish va nazorat qilishni osonlashtirish uchun narsalar va narsalar, narsalar va odamlar, hamma narsa va tarmoq o'rtasidagi aloqani amalga oshirishdir. Ushbu loyiha ma'lumotlarni yig'ish, uzatish va avtotransport vositalarida qo'llashning asosiy masalalariga qaratilgan bo'lib, qisqa masofali simsiz radiochastota aloqa texnologiyasiga asoslangan yangi avlod avtomobil radiochastotasini identifikatsiya qilish tizimini loyihalashtiradi. Tizim qisqa masofali simsiz aloqa bort blokidan (On-Board Unit, OBU) va tayanch stansiya tizimidan (Base Station System, BSS) nuqtadan ko'p nuqtaga simsiz identifikatsiya tizimini (Simsiz identifikatsiya tizimi, WIS), undan tayanch stansiyaning qamrov zonasida foydalanish mumkin. Avtomobilni identifikatsiyalash va aqlli yo'l-yo'riq.

1. Tizimning texnik vositalarini loyihalash

Tizim apparati asosan boshqaruv qismi, radiochastota qismi va tashqi kengaytirish ilova qismidan iborat. U boshqaruv bloki sifatida kam quvvatli MCU dan foydalanadi, bitta chipli tor diapazonli ultra yuqori chastotali qabul qiluvchini birlashtiradi va o'rnatilgan optimallashtirilgan dizayn antennasiga ega. U ilg'or fotovoltaik xujayralar tomonidan quvvatlanadi va yuqori darajada integratsiyalangan qisqa masofali simsiz identifikatsiya radiochastota terminali (OBU) hisoblanadi. Ushbu terminal kichik o'lchamlarga, kam quvvat iste'moliga, keng moslashuvchanlikka ega va mavjud tizimlar yoki boshqa tizimlar bilan o'rnatishni osonlashtiradigan ochiq protokollar va standart interfeyslarga ega.

1.1 Boshqaruv sxemasini loyihalash

Tekshirish bloki sanoatda kam quvvatli ilovalarda nisbatan etuk bo'lgan TI tomonidan ishlab chiqarilgan MSP430 seriyasini qabul qiladi. Bu seriya 1996 yilda TI tomonidan bozorga chiqarilgan 16 bitli ultra past quvvatli aralash signalli protsessor (Mired Signal Processor). U amaliy dasturlarga qaratilgan. Ilova talablari "monolitik" yechim. WIS tizimida OBU va BSS ning ishlash tamoyillari bir xil, shuning uchun biz OBU qismini loyihalashga e'tibor qaratamiz.

MSP430F2274 ning kirish kuchlanishi 1,8 ~ 3,6 V ni tashkil qiladi. 1 mGts soat rejimida ishlayotganda, chipning quvvat sarfi taxminan 200 ~ 400 mkA ni tashkil qiladi va soatni o'chirish rejimida eng kam quvvat iste'moli atigi 0,1 mkA ni tashkil qiladi. Tizim ishlayotgan vaqtda ochilgan funktsional modullar har xil bo'lgani uchun kutish, ishga tushirish va kutish rejimining uch xil ish rejimi qabul qilinadi, bu tizim quvvat sarfini samarali kamaytiradi.

Tizim ikkita soat tizimidan foydalanadi; asosiy soat tizimi va tashqi kristall osilatordan (32 768Hz) foydalanadigan Raqamli Boshqariladigan Osilator (DCO) soat tizimi. Quvvat yoqilgandan so'ng, DCOCLK birinchi navbatda MCU (Mikroprogrammlangan boshqaruv bloki) ni ishga tushiradi va dastur to'g'ri joydan ishlay boshlaydi va kristall osilator yetarlicha ishga tushirish va stabilizatsiya vaqtiga ega bo'ladi. Keyinchalik dasturiy ta'minot tizimning oxirgi chastotasini aniqlash uchun tegishli registr boshqaruv bitlarini o'rnatishi mumkin. MCU soati MCLK sifatida foydalanilganda kristall osilator ishlamay qolsa, DCO tizimning normal ishlashini ta'minlash uchun avtomatik ravishda ishga tushadi; agar dastur qochib ketsa, uni qayta o'rnatish uchun qo'riqchidan foydalanish mumkin. Ushbu dizayn chipdagi periferik modul nazoratchisi (WDT), analog taqqoslagich A, taymer A (Timer_A), taymer B (Timer_B), USART seriyali porti, apparat multiplikatori, 10-bit/12-bit ADC, SPI shinasi va boshqalardan foydalanadi. .

1.2 RF zanjiri

Radio chastotasiqismi radiochastotani boshqarish bloki sifatida TI's CC1020 dan foydalanadi. Ushbu chip sanoatdagi birinchi haqiqiy bitta chipli tor polosali ultra yuqori chastotali qabul qiluvchidir. U uchta modulyatsiya rejimiga ega: FSK/GFSK/OOK. Minimal kanal oralig'i 50 kHz bo'lib, u ko'p kanalli ehtiyojlarni qondira oladi tor polosali ilovalar uchun qat'iy talablar (402 ~ 470 mGts va 804 ~ 94 OmHz chastota diapazonlari), bir nechta ishlaydigan chastota diapazonlari erkin almashtirilishi mumkin va ish kuchlanishi 2,3 ~ ni tashkil qiladi. 3.6 V. Simsiz ma'lumotlarni uzatish yoki elektron teglar sifatida foydalanish uchun mobil qurilmalarga integratsiya va kengaytirish uchun juda mos keladi. Chip EN300 220.ARIB STD-T67 va FCC CFR47 part15 spetsifikatsiyalariga mos keladi.

Ishchi chastota diapazoni sifatida tashuvchining chastotasi 430 mGts ni tanlang. Ushbu chastota diapazoni ISM diapazoni bo'lib, Simsiz aloqalarni boshqarish milliy qo'mitasi standartlariga mos keladi. Chastota nuqtasi uchun ariza berishning hojati yo'q. FSK modulyatsiya usulidan foydalangan holda, u yuqori shovqinga qarshi qobiliyatga va past bit xato tezligiga ega. U ma'lumotlarning portlash shovqinlari va tasodifiy shovqinlarga qarshi turish qobiliyatini yaxshilash uchun oldinga xatolarni tuzatish kanalini kodlash texnologiyasini qo'llaydi. Kanal bit xatosi darajasi 10-2 Qachon, haqiqiy bit xato tezligi 10-5 dan 10-6 gacha olinishi mumkin. Ma'lumot uzatish masofasi ochiq maydonda ko'rish chizig'i sharoitida 800 m ga yetishi mumkin, uzatish tezligi 2 A Kbs va katta so'rg'ich antennasi (uzunligi 2 m, daromad 7,8 dB, erdan balandligi 2 m). Ushbu RF chipining standart konfiguratsiyasi turli xil aloqa kombinatsiyalash usullarini qondirish uchun 8 ta kanalni ta'minlashi mumkin. Tor polosali aloqa texnologiyasidan foydalanish tuFayli aloqa barqarorligi va shovqinlarga qarshi kurash kuchayadi. Radiochastotali qismning sxematik diagrammasi 3-rasmda ko'rsatilgan.

1.3 Tizimning quvvat manbai

Tizimning elektr ta'minoti qismi kunlik quvvat manbai sifatida fotovoltaik hujayralar va zaxira batareya sifatida lityum-batareya bilan quvvatlanadi. Yaxshi yorug'lik sharoitida quyosh energiyasi orqali energiya akkumulyatorini zaryad qilish, har kuni ma'lum bir yorug'lik vaqtini ta'minlash, asosan, OBU ning kundalik ish ehtiyojlarini qondirishi mumkin, zaxira batareyaning ishlash muddatini sezilarli darajada uzaytiradi va shu bilan birga ishlash muddatini uzaytiradi. OBU. Ko'pincha ochiq havoda ishlaydigan transport vositalari uchun javob beradi va fotovoltaik hujayralar ishlashi uchun etarli quyosh nurini to'plashi mumkin.

1.4 Tizimni ishlab chiqish muhiti

Tizimni ishlab chiqish muhiti quyidagicha:

1) IAR Embedded Workbench formSP430 kompilyatori;

2) PADS PCB Design Solutions 2007 Bisi elektron platani loyihalash vositasi.

2. Tizimli dasturlash

Dastur modulli dizaynni qabul qiladi va C tilida yozilgan. U asosan 4 qismdan iborat: asosiy dastur moduli, aloqa dasturi moduli, periferik sxemani qayta ishlash moduli, uzilish va saqlash moduli. Asosiy dastur asosan boshqaruv blokini ishga tushirishni, turli parametrlarni sozlashni, har bir periferik modulni sozlash va ishga tushirishni va hokazolarni yakunlaydi; aloqa dasturi moduli asosan RF chipining konfiguratsiyasi va 433 mGts transmitterni qayta ishlash bilan shug'ullanadi; periferik elektron ishlov berish moduli asosan tizimning tashqi LED ko'rsatkichi va kuchlanishini boshqaradi. Aniqlash, ovozli so'rovlar tugmachalarni bosish va boshqa ishlov berish orqali amalga oshiriladi; uzilish va saqlash moduli asosan tizim uzilishlari va yozuvlarni saqlash bilan shug'ullanadi. Asosiy dastur oqimi 4-rasmda ko'rsatilgan.

3 RF aloqa jarayoni

OBU va BSS o'rtasidagi aloqa jarayoni uch bosqichga bo'linadi: 5-rasmda ko'rsatilganidek, aloqa o'rnatish, ma'lumot almashish va havolani chiqarish.

Qisqa masofali simsiz aloqa texnologiyasiga ega avtomobil RFID tizimi

1-qadam: ulanishni o'rnating. OBU joylashuvi haqidagi koordinata ma'lumotlari va uning ID kodi MCU boshqaruv blokining Flash-da oldindan o'rnatilgan parametrlar orqali saqlanadi va uzoq vaqt davomida saqlanadi. BSS (Baza stansiyasi tizimi) OBUga joylashishni aniqlash (tayanch stantsiyani identifikatsiya qilish kadrini boshqarish) ma'lumotlarini tsiklik ravishda uzatish va yuborish, kadrlar tuzilishini sinxronlashtirish ma'lumotlarini va ma'lumotlar havolasini boshqarish ma'lumotlarini aniqlash va OBU dan keyin ulanishni o'rnatishni so'rash uchun pastga havoladan foydalanadi. samarali aloqa sohasida faollashtirilgan. To'g'riligini tasdiqlang va javob ma'lumotlarini tegishli OBUga yuboring, aks holda u javob bermaydi;

2-qadam: Axborot almashinuvi. Ushbu dizayn OBUning xizmat ko'rsatish maydoniga kirganligini aniqlash uchun radiochastota signalining kuchini aniqlash usulidan foydalanadi. Aniqlangan signal kuchi katta bo'lgandar maksimal signalning 1/2 qismidan ko'p bo'lsa, jo'natuvchi va qabul qiluvchi tomonlar simsiz qo'l siqishni amalga oshiradilar. Bu vaqtda OBU xizmat ko'rsatish hududiga kirgan deb hisoblanadi. tuman. Ushbu bosqichda barcha freymlar OBUning shaxsiy havola identifikatsiyasiga ega bo'lishi va xato nazoratini amalga oshirishi kerak. Yuqori va quyi oqimdagi OBUni baholash uchun siz ID raqamidan uning bir xil tizimga tegishliligini aniqlashingiz mumkin. Bir xil tizim bo'lmagan ID raqamlariga ega OBUlar avtomatik ravishda yozuvdan o'chiriladi. OBU ma'lumotni xabar qilishda chastota o'tish mexanizmidan foydalanadi va kanal tiqilib qolishining oldini olish uchun qo'l siqish aloqasi uchun xizmat ko'rsatish hududida sobit kanalni tasodifiy tanlaydi.

3-qadam: ulanishni o'chiring. Aniqlash signalining kuchi maksimal quvvatning 1/2 qismidan kam bo'lsa, avtomobil stantsiyani tark etgan deb hisoblanadi. RSU va OBU barcha ilovalarni tugatgandan so'ng, ular havola identifikatorini o'chiradi va maxsus aloqa havolasini chiqarish buyrug'ini chiqaradi. Ulanishni chiqarish taymeri ilova xizmatining tasdiqlanishiga muvofiq ulanishni chiqaradi.

4. OBU va BSS o'rtasidagi aloqa jarayonini rivojlantirish

Aloqa protokoli ochiq tizim o'zaro bog'lanish arxitekturasining etti qatlamli protokol modeliga asoslangan uch qatlamli oddiy protokol tuzilmasini o'rnatadi, ya'ni jismoniy qatlam, ma'lumotlar havolasi qatlami va amaliy qatlam.

1) Fizik qatlam Jismoniy qatlam asosan aloqa signali standartidir. Hozirgi vaqtda dunyoda 433 mGts qisqa masofali simsiz aloqa uchun yagona standart mavjud emasligi sababli, 1-jadvalda ko'rsatilganidek, turli standartlar bilan aniqlangan jismoniy qatlam ham farq qiladi. 6-rasmda Manchester kodlash usuli ko'rsatilgan.

2) Ma'lumotlar havolasi qatlami Ma'lumotlar havolasi qatlami OBU va BSS o'rtasida ma'lumot almashish jarayonini, ma'lumotlar havolasi ulanishlarini o'rnatish va chiqarishni, ma'lumotlar freymlarini belgilash va sinxronlashtirishni, kadrlar ma'lumotlarini uzatishni boshqarishni, xatolarga chidamlilikni nazorat qilishni va ma'lumotlarni boshqaradi. yuqish. Bog'lanish qatlamini boshqarish va havola ulanishlarining parametr almashinuvi ko'rsatilgan. Ma'lumotlarni uzatish 7-rasmda ko'rsatilganidek, ma'lumotlar ramkasini uzatish orqali amalga oshiriladi.

3) Amaliy qatlam Amaliy qatlam foydalanuvchining standart funksiya dasturlarini shakllantiradi, turli ilovalar orasidagi aloqa xabarlari formatini belgilaydi va boshqa maʼlumotlar bazalari yoki ilovalar tomonidan qoʻngʻiroq qilish uchun ochiq xabarlar interfeysini taʼminlaydi.

5 Xulosa

Ushbu maqolada ishlab chiqilgan radiochastotani identifikatsiya qilish tizimi TI tomonidan akkumulyator bilan ishlaydigan uskunaning kam quvvat iste'moli uchun maxsus ishlab chiqilgan TIning kam quvvatli seriyali MSP430 mikrokontrolleridan foydalanadi. Radiochastota chipi ham TI's CC1020 hisoblanadi. U yuqori integratsiyaga ega, kichik o'lchamlarga, kam quvvat iste'moliga erisha oladi va o'rnatish oson. Bu avtoulovlarni to'xtash joyidan xoli monitoring va kuzatuv tizimlarini qurish uchun javob beradi. Sinov natijalari shuni ko'rsatadiki, murakkab yo'l sharoitida (band yo'llar) samarali tanib olish 300 m masofada, ko'rish chizig'i sharoitida esa tanib olish 500 m masofada amalga oshirilishi mumkin.