短距離無線通訊在汽車RFID系統(tǒng)設(shè)計中的應用

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)建的無線識別系統(tǒng)。闡述了該無線射頻識別系統(tǒng)基本工作原理和硬件設(shè)計思路，并給出了程序設(shè)計方案的流程圖。從低功耗、高效識別和實用角度設(shè)計適用于車載的射頻識別標簽。測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)在復雜路面狀況（繁忙路面）的條件下可實現(xiàn) 300m范圍內(nèi)有效識別，視距條件下可達到500 m范圍有效識別。

　　物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、射頻識別（RFID）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應器、激光掃描器、氣體感應器等各種裝置與技術(shù)，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，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)合形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制。本項目針對車載物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)采集、傳輸與應用的關(guān)鍵問題，展開研究，設(shè)計基于短距離無線射頻通信技術(shù)的新一代車載射頻識別系統(tǒng)。系統(tǒng)由短距離無線通訊車載單元（On-Board Unit，OBU）和基站系統(tǒng)（Base Station System，BSS）組成一個點對多點無線識別系統(tǒng)（Wireless identification system，WIS），可用于在基站覆蓋范圍內(nèi)車輛識別和智能導引。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)硬件主要由控制部分、射頻部分和外部擴展應用部分組成。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)計天線．采用先進的光伏電池供電，實理高集成度短距離無線識別射頻終端（OBU）。本終端體積小、功耗低、適甩范圍廣，并且建立開放的協(xié)議和標準接口，便于與已有系統(tǒng)或其他系統(tǒng)對接。

　　系統(tǒng)工作示意如圖1所示。

　　1．1 控制電路設(shè)計

　　控制單元采用業(yè)界低功耗應用比較成熟的TI公司生產(chǎn)的MSP430系列，該系列是TI1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器（Mired Signal Proessor），其針對實際應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，所以重點介紹OBU部分設(shè)計，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的時鐘條件下運行時，芯片的耗電在200～400μA左右，時鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有0．1μA。由于系統(tǒng)運行時打開的功能模塊不同，采用了待機、運行和休眠3種不同的工作模式，有效地降低了系統(tǒng)功耗。

　　系 統(tǒng)使用兩種時鐘系統(tǒng)；基本時鐘系統(tǒng)和數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)（Digitally Controlled Oscillator，DCO），使用一個外部晶體振蕩器（32 768Hz）。在上電復位后，首先由DCOCLK啟動MCU（Microprogrammed Control Unit微程序控制器），以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時間。然后軟件可設(shè)量適當?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作MCU時鐘MCLK時發(fā)生故障，DCO會自動啟動，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復位。本設(shè)計使用到了片上外圍模塊看門狗（WDT）、模擬比較器A、定時器A（Timer_A）、定時器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，可滿足多通道窄帶應用（402～470 MHz以及804～94O MHz頻帶）的嚴格要求，多個工作頻段可自由切換，工作電壓2．3～3．6 V，非常適合集成擴展到移動設(shè)備作為無線數(shù)傳或電子標簽使用。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，符合國家無線管理委員會標準，無需申請頻點。采用FSK的調(diào)制方式，擁有較高的抗干擾能力和低誤碼率，采用前向糾錯信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機干擾的能力，在信道誤碼率為10-2時，