短距離無(wú)線通訊在汽車(chē)RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

本系統(tǒng)是基于數(shù)字通信原理、利用集成單芯片窄帶超高頻收發(fā)器構(gòu)建的無(wú)線識(shí)別系統(tǒng)。闡述了該無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)基本工作原理和硬件設(shè)計(jì)思路，并給出了程序設(shè)計(jì)方案的流程圖。從低功耗、高效識(shí)別和實(shí)用角度設(shè)計(jì)適用于車(chē)載的射頻識(shí)別標(biāo)簽。測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)在復(fù)雜路面狀況（繁忙路面）的條件下可實(shí)現(xiàn) 300m范圍內(nèi)有效識(shí)別，視距條件下可達(dá)到500 m范圍有效識(shí)別。

　　物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程，采集其聲、光、電、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。本項(xiàng)目針對(duì)車(chē)載物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)采集、傳輸與應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題，展開(kāi)研究，設(shè)計(jì)基于短距離無(wú)線射頻通信技術(shù)的新一代車(chē)載射頻識(shí)別系統(tǒng)。系統(tǒng)由短距離無(wú)線通訊車(chē)載單元（On-Board Unit，OBU）和基站系統(tǒng)（Base Station System，BSS）組成一個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無(wú)線識(shí)別系統(tǒng)（Wireless identification system，WIS），可用于在基站覆蓋范圍內(nèi)車(chē)輛識(shí)別和智能導(dǎo)引。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件主要由控制部分、射頻部分和外部擴(kuò)展應(yīng)用部分組成。以低功耗MCU為控制單元，集成單芯片窄帶超高頻收發(fā)器，內(nèi)置優(yōu)化設(shè)計(jì)天線．采用先進(jìn)的光伏電池供電，實(shí)理高集成度短距離無(wú)線識(shí)別射頻終端（OBU）。本終端體積小、功耗低、適甩范圍廣，并且建立開(kāi)放的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)接口，便于與已有系統(tǒng)或其他系統(tǒng)對(duì)接。

　　系統(tǒng)工作示意如圖1所示。

　　1．1 控制電路設(shè)計(jì)

　　控制單元采用業(yè)界低功耗應(yīng)用比較成熟的TI公司生產(chǎn)的MSP430系列，該系列是TI1996年開(kāi)始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗的混合信號(hào)處理器（Mired Signal Proessor），其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個(gè)芯片上，提供“單片”解決方案。在WIS系統(tǒng)中OBU和BSS中工作原理相同，所以重點(diǎn)介紹OBU部分設(shè)計(jì)，其控制部分原理圖如圖2所示。

　　MSP430F2274的輸入電壓為1．8～3．6V電壓．在1 MHz的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的耗電在200～400μA左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有0．1μA。由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開(kāi)的功能模塊不同，采用了待機(jī)、運(yùn)行和休眠3種不同的工作模式，有效地降低了系統(tǒng)功耗。

　　系 統(tǒng)使用兩種時(shí)鐘系統(tǒng)；基本時(shí)鐘系統(tǒng)和數(shù)字振蕩器時(shí)鐘系統(tǒng)（Digitally Controlled Oscillator，DCO），使用一個(gè)外部晶體振蕩器（32 768Hz）。在上電復(fù)位后，首先由DCOCLK啟動(dòng)MCU（Microprogrammed Control Unit微程序控制器），以保證程序從正確的位置開(kāi)始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時(shí)間。然后軟件可設(shè)量適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊?lái)確定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作MCU時(shí)鐘MCLK時(shí)發(fā)生故障，DCO會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門(mén)狗將其復(fù)位。本設(shè)計(jì)使用到了片上外圍模塊看門(mén)狗（WDT）、模擬比較器A、定時(shí)器A（Timer_A）、定時(shí)器B（Timer_B）、串口USART、硬件乘法器、10位／12位 ADC、SPI總線等。

　　1．2 射頻電路

　　射頻部分采用TI公司CC1020作為射頻控制單元，該芯片為業(yè)界首例真正的單芯片窄帶超高頻收發(fā)器，有FSK／GFSK／OOK 3種調(diào)制方式，最小通道間隔為50 kHz，可滿(mǎn)足多通道窄帶應(yīng)用（402～470 MHz以及804～94O MHz頻帶）的嚴(yán)格要求，多個(gè)工作頻段可自由切換，工作電壓2．3～3．6 V，非常適合集成擴(kuò)展到移動(dòng)設(shè)備作為無(wú)線數(shù)傳或電子標(biāo)簽使用。該芯片遵從EN300 220．ARIB STD-T67以及FCC CFR47 part15規(guī)范。

　　選擇載頻頻率430 MHz為工作頻段，此頻段為ISM頻段，符合國(guó)家無(wú)線管理委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)需申請(qǐng)頻點(diǎn)。采用FSK的調(diào)制方式，擁有較高的抗干擾能力和低誤碼率，采用前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾的能力，在信道誤碼率為10-2時(shí)，