Sistemi RFID i automobilave me teknologji komunikimi pa tela me rreze të shkurtër

Ky sistem është një sistem identifikimi me valë i bazuar në parimin e komunikimit dixhital dhe duke përdorur një marrës të integruar me një çip me brez të ngushtë me frekuencë ultra të lartë. Shpjegohen parimi bazë i punës dhe idetë e dizajnit të harduerit të sistemit të identifikimit të radiofrekuencave dhe jepet grafiku i rrjedhës së skemës së projektimit të programit. Dizenjoni etiketat e identifikimit të frekuencave radio të përshtatshme për autoMjetet nga këndvështrimi i konsumit të ulët të energjisë, identifikimit efikas dhe praktike. Rezultatet e provës tregojnë se ky sistem mund të arrijë njohje efektive brenda një rrezeje prej 300 m në kushte komplekse rrugore (kushtet e rrugës së ngarkuar) dhe mund të arrijë njohje efektive brenda një rrezeje prej 500 m në kushtet e shikimit.

Interneti i Gjërave i referohet mbledhjes identifikuese në kohë reale të çdo informacioni të ndryshëm që duhet të monitorohet si sensori i frekuencës, radio, monitorimi i frekuencave. Teknologji (RFID), sisteme të pozicionimit global, sensorë infra të kuqe, skanerë lazer, sensorë gazi dhe pajisje dhe teknologji të tjera. Lidhja dhe ndërveprimi i objekteve ose proceseve mbledh informacione të ndryshme të kërkuara si zëri, drita, energjia elektrike, biologjia, vendndodhja etj., dhe e kombinon atë me internetin për të formuar një rrjet të madh. Qëllimi i tij është të realizojë lidhjen midis gjërave dhe sendeve, gjërave dhe njerëzve, dhe të gjitha gjërave dhe rrjetit, në mënyrë që të lehtësojë identifikimin, menaxhimin dhe kontrollin. Ky projekt fokusohet në çështjet kyçe të mbledhjes, transmetimit dhe aplikimit të të dhënave në Internetin e Gjërave të automjeteve dhe harton një gjeneratë të re të sistemit të identifikimit të radiofrekuencave të automjeteve bazuar në teknologjinë e komunikimit të frekuencave radio pa tela me rreze të shkurtër. Sistemi përbëhet nga një njësi komunikimi me valë në distanca të shkurtra në bord (Njësia në bord, OBU) dhe një sistem stacioni bazë (Sistemi i stacionit bazë, BSS) për të formuar një sistem identifikimi me valë pikë-në-shumë pikë (Sistemi i identifikimit me valë, WIS), i cili mund të përdoret brenda zonës së mbulimit të stacionit bazë. Identifikimi i automjetit dhe drejtimi inteligjent.

1. Dizajni i harduerit të sistemit

Pajisja e sistemit përbëhet kryesisht nga pjesa e kontrollit, pjesa e radiofrekuencës dhe pjesa e aplikimit të zgjerimit të jashtëm. Ai përdor një MCU me fuqi të ulët si njësi kontrolli, integron një transmetues të vetëm me brez të ngushtë me frekuencë ultra të lartë dhe ka një antenë të dizajnuar të optimizuar të integruar. Fuqizohet nga qeliza fotovoltaike të avancuara dhe është një terminal shumë i integruar i frekuencave radio identifikuese pa tela me rreze të shkurtër (OBU). Ky terminal ka përmasa të vogla, konsum të ulët energjie, përshtatshmëri të gjerë dhe protokolle të hapura dhe ndërfaqe standarde të vendosura për të lehtësuar lidhjen me sistemet ekzistuese ose sisteme të tjera.

1.1 Dizajni i qarkut të kontrollit

Njësia e kontrollit miraton serinë MSP430 të prodhuar nga TI, e cila është relativisht e pjekur në aplikacionet e industrisë me fuqi të ulët. Kjo seri është një procesor 16-bitësh me sinjal të përzier me fuqi ultra të ulët (Mired Signal Processor) i lançuar nga TI në treg në vitin 1996. Ajo synon aplikime praktike. Kërkesat e aplikimit integrojnë shumë qarqe analoge, qarqe dixhitale dhe mikroprocesorë në një çip për të siguruar një "monolitik" zgjidhje. Në sistemin WIS, parimet e punës së OBU dhe BSS janë të njëjta, kështu që ne fokusohemi në projektimin e pjesës OBU.

Tensioni në hyrje i MSP430F2274 është 1.8~3.6V. Kur punon në kushtet e orës prej 1mHz, konsumi i energjisë i çipit është rreth 200~400μA, dhe konsumi më i ulët i energjisë në modalitetin e mbylljes së orës është vetëm 0,1μA. Meqenëse modulet funksionale të hapura kur sistemi është në punë janë të ndryshme, janë miratuar tre mënyra të ndryshme pune të gatishmërisë, funksionimit dhe hibernimit, gjë që redukton në mënyrë efektive konsumin e energjisë së sistemit.

Sistemi përdor dy sisteme orë; sistemin bazë të orës dhe sistemin e orës të kontrolluar dixhitalisht (DCO), i cili përdor një oshilator të jashtëm kristal (32 768 Hz). Pas rivendosjes së ndezjes, DCOCLK fillimisht nis MCU (njësia e kontrollit të mikroprogramuar) për të siguruar që programi të fillojë të ekzekutohet nga pozicioni i duhur dhe që oshilatori kristal të ketë kohë të mjaftueshme për fillimin dhe stabilizimin. Softueri më pas mund të vendosë bitet e duhura të kontrollit të regjistrit për të përcaktuar frekuencën përfundimtare të orës së sistemit. Nëse oshilatori kristal dështon kur përdoret si orë MCU MCLK, DCO do të fillojë automatikisht për të siguruar funksionimin normal të sistemit; nëse programi ik, mund të përdoret një roje për ta rivendosur atë. Ky dizajn përdor monitorin e modulit periferik në çip (WDT), krahasuesin analog A, kohëmatësin A (Timer_A), kohëmatësin B (Timer_B), portën serike USART, shumëzuesin e harduerit, ADC 10-bit/12-bit, autobusin SPI, etj. Pjesa e frekuencës përdor TI's CC1020 si njësinë e kontrollit të radiofrekuencës. Ky çip është i pari i vërtetë i industrisë me një çip me brez të ngushtëTransmetues ltra me frekuencë të lartë. Ka tre mënyra modulimi: FSK/GFSK/OOK. Hapësira minimale e kanaleve është 50 kHz, e cila mund të plotësojë nevojat e shumëkanaleve. Kërkesa strikte për aplikacionet me brez të ngushtë (402~470mHz dhe brezat e frekuencës 804~94OmHz), brezat e shumëfishtë të frekuencës së funksionimit mund të ndërrohen lirshëm dhe tensioni i funksionimit është 2,3~3,6 për transmetim të dhënash me valë ose për përdorim në pajisje celulare. Është shumë i përshtatshëm për përdorim në pajisje celulare. etiketat elektronike. Çipi përputhet me specifikimet EN300 220.ARIB STD-T67 dhe FCC CFR47 part15.

Zgjidhni frekuencën e bartësit 430 mHz si brezin e frekuencës së punës. Ky brez frekuencash është brezi ISM dhe përputhet me standardet e Komitetit Kombëtar të Menaxhimit të Wireless. Nuk ka nevojë të aplikoni për një pikë frekuence. Duke përdorur metodën e modulimit FSK, ai ka aftësi të lartë kundër ndërhyrjeve dhe shkallë të ulët të gabimit në bit. Ai miraton teknologjinë e kodimit të kanalit të korrigjimit të gabimit përpara për të përmirësuar aftësinë e të dhënave për t'i rezistuar ndërhyrjeve të shpërthimit dhe ndërhyrjeve të rastësishme. Shkalla e gabimit të bitit të kanalit është 10-2 Kur, shkalla aktuale e gabimit të bitit mund të merret nga 10-5 në 10-6. Distanca e transmetimit të të dhënave mund të arrijë 800 m në kushtet e shikimit në një fushë të hapur, një shpejtësi baud prej 2A Kbs dhe një antenë të madhe thithëse (gjatësia 2 m, fitimi 7,8 dB, lartësia 2 m mbi tokë). Konfigurimi standard i këtij çipi RF mund të sigurojë 8 kanale për të përmbushur metoda të ndryshme të kombinimit të komunikimit. Për shkak të përdorimit të teknologjisë së komunikimit me brez të ngushtë, stabiliteti i komunikimit dhe anti-ndërhyrja janë përmirësuar. Diagrami skematik i pjesës së radiofrekuencës është paraqitur në figurën 3.

1.3 Furnizimi me energji i sistemit

Pjesa e furnizimit me energji elektrike të sistemit mundësohet nga një kombinim i qelizave fotovoltaike si furnizim ditor me energji dhe nën-bateri litium si bateri rezervë. Ngarkimi i baterisë së ruajtjes së energjisë përmes energjisë diellore në kushte të mira ndriçimi, sigurimi i një kohe të caktuar ndriçimi çdo ditë mund të plotësojë në thelb nevojat e punës ditore të OBU, duke zgjatur shumë jetëgjatësinë e baterisë rezervë dhe në të njëjtën kohë duke zgjatur jetën e punës së OBU. Ai është i përshtatshëm për automjetet që shpesh operojnë jashtë dhe mund të mbledhin rrezet e diellit të mjaftueshme që qelizat fotovoltaike të funksionojnë.

1.4 Mjedisi i zhvillimit të sistemit

Mjedisi i zhvillimit të sistemit është si më poshtë:

1) IAR Embedded

SP4; PADS PCB Design Solutions 2007 Mjet i projektimit të tabelës së qarkut Bisi.

2. Programimi i sistemit

Programi miraton dizajn modular dhe është shkruar në gjuhën C. Ai përbëhet kryesisht nga 4 pjesë: moduli i programit kryesor, moduli i programit të komunikimit, moduli i përpunimit të qarkut periferik, moduli i ndërprerjes dhe i ruajtjes. Programi kryesor përfundon kryesisht inicializimin e njësisë së kontrollit, konfigurimin e parametrave të ndryshëm, konfigurimin dhe inicializimin e çdo moduli periferik, etj.; moduli i programit të komunikimit kryesisht trajton konfigurimin e çipit RF dhe përpunimin e transmetuesit 433 mHz; moduli i përpunimit të qarkut periferik kryesisht trajton treguesin e jashtëm LED dhe tensionin e sistemit. Zbulimi, kërkesat e zërit trajtohen me shtypje të tasteve dhe përpunime të tjera; moduli i ndërprerjes dhe ruajtjes kryesisht trajton ndërprerjet e sistemit dhe ruajtjen e regjistrimeve. Rrjedha kryesore e programit është paraqitur në Figurën 4.

3 Procesi i komunikimit RF

Procesi i komunikimit ndërmjet OBU dhe BSS ndahet në tre hapa: vendosja e lidhjes, shkëmbimi i informacionit dhe lëshimi i lidhjes, siç tregohet në Figurën 5.

Sistemi RFS me valë të shkurtër

Sistemi i komunikimit me valë të shkurtër me motor të shkurtër. 1: Krijoni një lidhje. Informacioni i koordinatave të vendndodhjes OBU dhe kodi i tij ID ruhen në Flash të njësisë së kontrollit MCU përmes parametrave të paracaktuar dhe ruhen për një kohë të gjatë. BSS (Sistemi i stacionit bazë) përdor lidhjen zbritëse për të transmetuar dhe dërguar në mënyrë ciklike informacionin e pozicionimit (kontrolli i kornizës së identifikimit të stacionit bazë) në OBU, të përcaktojë informacionin e sinkronizimit të strukturës së kornizës dhe informacionin e kontrollit të lidhjes së të dhënave dhe të kërkojë vendosjen e një lidhjeje pasi të aktivizohet OBU në zonën efektive të komunikimit. Konfirmoni vlefshmërinë dhe dërgoni informacionin e përgjigjes në OBU-në përkatëse, përndryshe ai nuk do të përgjigjet;

Hapi 2: Shkëmbimi i informacionit. Ky dizajn përdor metodën e zbulimit të fuqisë së sinjalit të radiofrekuencës për të përcaktuar nëse OBU ka hyrë në zonën e shërbimit. Kur fuqia e sinjalit të zbuluar është më e madhe se 1/2 e sinjalit maksimal, palët dërguese dhe marrëse zbatojnë një shtrëngim duarsh me valë. Në këtë kohë, OBU konsiderohet se ka hyrë në zonën e shërbimit. rrethi. Në këtë fazë, të gjitha kornizat duhet të kenë identifikimin e lidhjes private të OBU dhe të zbatojnë kontrollin e gabimeve. Për gjykimin e OBU në rrjedhën e sipërmedhe në rrjedhën e poshtme, mund të përdorni numrin ID për të përcaktuar nëse i përket të njëjtit sistem. OBU me numra ID që nuk janë i njëjti sistem do të fshihen automatikisht nga rekordi. OBU përdor një mekanizëm kërcimi të frekuencës kur raporton informacion dhe zgjedh rastësisht një kanal fiks në zonën e shërbimit për komunikimin e shtrëngimit të duarve për të parandaluar bllokimin e kanalit.

Hapi 3: Lësho lidhjen. Kur fuqia e sinjalit të zbulimit është më e vogël se 1/2 e fuqisë maksimale, makina konsiderohet se është larguar nga stacioni. Pasi RSU dhe OBU të përfundojnë të gjitha aplikacionet, ata fshijnë identifikuesin e lidhjes dhe lëshojnë një komandë të dedikuar për lëshimin e lidhjes së komunikimit. Kohëmatësi i lëshimit të lidhjes e lëshon lidhjen sipas konfirmimit të shërbimit të aplikacionit.

4. Zhvillimi i procesit të komunikimit ndërmjet OBU dhe BSS

Protokolli i komunikimit vendos një strukturë të thjeshtë protokolli me tre shtresa të bazuar në modelin e protokollit shtatë-shtresor të arkitekturës së ndërlidhjes së sistemit të hapur, përkatësisht shtresën fizike, shtresën e lidhjes së të dhënave dhe shtresën e aplikacionit.

1) Shtresa fizike Shtresa fizike. Standardi fizik është kryesisht një shenjë komunikimi. Meqenëse aktualisht nuk ka një standard të unifikuar për komunikimin pa tel me distanca të shkurtra 433 mHz në botë, shtresa fizike e përcaktuar nga standarde të ndryshme është gjithashtu e ndryshme, siç tregohet në tabelën 1. Figura 6 tregon metodën e kodimit të Mançesterit.

2) Shtresa e lidhjes së të dhënave Shtresa e lidhjes së të dhënave kontrollon procesin e shkëmbimit të informacionit midis lidhjes OBU dhe lidhjes së lidhjes së të dhënave BSS kornizat e të dhënave, kontrolli i transmetimit të të dhënave të kornizës, kontrolli i tolerancës së gabimeve dhe transmetimi i të dhënave. Kontrolli i shtresës së lidhjes dhe shkëmbimi i parametrave të lidhjeve të lidhjeve janë specifikuar. Transmetimi i të dhënave kryhet nga transmetimi i kornizës së të dhënave, siç tregohet në figurën 7.

3) Shtresa e aplikacionit Shtresa e aplikacionit formulon programet standarde të funksionit të përdoruesit, përcakton formatin e mesazheve të komunikimit ndërmjet aplikacioneve të ndryshme dhe ofron një ndërfaqe të hapur mesazhesh për thirrjet nga bazat e të dhënave ose aplikacionet e tjera.

5. sistemi i projektuar në këtë artikull përdor mikrokontrolluesin MSP430 të serisë TI me fuqi të ulët, i cili është projektuar posaçërisht nga TI për konsum të ulët të energjisë të pajisjeve me bateri. Çipi i radiofrekuencës është gjithashtu TI's CC1020. Ka integrim të lartë, mund të arrijë madhësi të vogël, konsum të ulët të energjisë dhe është i lehtë për t'u instaluar. Është i përshtatshëm për ndërtimin e sistemeve të monitorimit dhe mbikëqyrjes pa parkim të automjeteve. Rezultatet e provës tregojnë se në kushte komplekse rrugore (rrugë të ngarkuara), njohja efektive mund të arrihet brenda një rrezeje prej 300 m, dhe në kushtet e shikimit, njohja mund të arrihet brenda një rrezeje prej 500 m.