Qısa məsafəli simsiz rabitə texnologiyası ilə avtomobil RFID sistemi

Bu sistem rəqəmsal rabitə prinsipinə əsaslanan və inteqrasiya olunmuş tək çipli dar zolaqlı ultra yüksək tezlikli qəbuledicidən istifadə edən simsiz identifikasiya sistemidir. Radiotezlik identifikasiyası sisteminin əsas iş prinsipi və aparat dizaynı ideyaları izah edilir və proqramın dizayn sxeminin hərəkət sxemi verilir. Aşağı enerji istehlakı, səmərəli identifikasiya və praktiklik baxımından avtomobillər üçün uyğun olan radiotezlik identifikasiya etiketlərini dizayn edin. Sınaq nəticələri göstərir ki, bu sistem mürəkkəb yol şəraitində (məşğul yol şəraiti) 300 m məsafədə effektiv tanınmağa nail ola bilər və görmə xətti şəraitində 500 m məsafədə effektiv tanınmağa nail ola bilər.

Əşyaların İnterneti sensorlar, radiotezliklərin identifikasiyası (RFID) texnologiyası, qlobal yerləşdirmə sistemləri, infraqırmızı sensorlar, lazer skanerləri, qaz sensorları və digər cihaz və texnologiyalar kimi müxtəlif informasiya zondlama Avadanlıqları vasitəsilə monitorinq edilməli olan istənilən məlumatın real vaxt rejimində toplanmasına aiddir. Obyektlərin və ya proseslərin birləşdirilməsi və qarşılıqlı əlaqəsi səs, işıq, elektrik, biologiya, yer və s. kimi müxtəlif tələb olunan məlumatları toplayır və onları İnternetlə birləşdirərək nəhəng bir şəbəkə yaradır. Onun məqsədi identifikasiya, idarəetmə və nəzarəti asanlaşdırmaq üçün əşyalar və əşyalar, əşyalar və insanlar, hər şey və şəbəkə arasındakı əlaqəni həyata keçirməkdir. Bu layihə məlumatların toplanması, ötürülməsi və nəqliyyat vasitələrinin İnternetində tətbiqinin əsas məsələlərinə diqqət yetirir və qısa mənzilli simsiz radiotezlik rabitəsi texnologiyasına əsaslanan yeni nəsil nəqliyyat vasitəsinin radiotezlik identifikasiyası sistemini layihələndirir. Sistem, baza stansiyasının əhatə dairəsi daxilində istifadə oluna bilən nöqtədən çox nöqtəyə simsiz identifikasiya sistemini (Simsiz identifikasiya sistemi, WIS) formalaşdırmaq üçün qısa məsafəli simsiz rabitə bort blokundan (On-Board Unit, OBU) və baza stansiyası sistemindən (Base Station System, BSS) ibarətdir. Avtomobilin identifikasiyası və ağıllı bələdçi.

1. Sistem avadanlıqlarının dizaynı

Sistem avadanlığı əsasən idarəetmə hissəsindən, radiotezlik hissəsindən və xarici genişləndirmə tətbiqi hissəsindən ibarətdir. O, idarəetmə bloku kimi aşağı güclü MCU-dan istifadə edir, tək çipli dar diapazonlu ultra yüksək tezlikli qəbuledicini birləşdirir və daxili optimallaşdırılmış dizayn anteninə malikdir. O, qabaqcıl fotovoltaik elementlərlə təchiz edilir və yüksək inteqrasiya olunmuş qısa mənzilli simsiz identifikasiya radiotezliyi terminalıdır (OBU). Bu terminal kiçik ölçülərə, aşağı enerji sərfiyyatına, geniş uyğunlaşma qabiliyyətinə və mövcud sistemlərlə və ya digər sistemlərlə dockingi asanlaşdırmaq üçün müəyyən edilmiş açıq protokollara və standart interfeyslərə malikdir.

1.1 İdarəetmə sxeminin dizaynı

İdarəetmə bloku sənayedə aşağı güc tətbiqlərində nisbətən yetkin olan TI tərəfindən istehsal olunan MSP430 seriyasını qəbul edir. Bu seriya 1996-cı ildə TI tərəfindən bazara çıxarılan 16 bitlik ultra aşağı güclü qarışıq siqnal prosessorudur (Mired Signal Processor). O, praktik tətbiqlərə yönəlib. Tətbiq tələbləri bir çox analoq sxemləri, rəqəmsal sxemləri və mikroprosessorları bir çipdə birləşdirir və "monolit" həll. WIS sistemində OBU və BSS-nin iş prinsipləri eynidir, ona görə də biz OBU hissəsinin dizaynına diqqət yetiririk.

MSP430F2274 giriş gərginliyi 1,8~3,6V-dir. 1mHz saat şəraitində işləyərkən çipin enerji istehlakı təxminən 200~400μA təşkil edir və saatın bağlanması rejimində ən aşağı enerji istehlakı yalnız 0,1μA-dır. Sistem işləyərkən açılan funksional modullar fərqli olduğundan, sistemin enerji sərfiyyatını effektiv şəkildə azaldan gözləmə, işləmə və qışlama rejiminin üç müxtəlif iş rejimi qəbul edilir.

Sistem iki saat sistemindən istifadə edir; əsas saat sistemi və xarici kristal osilatordan (32 768Hz) istifadə edən Rəqəmsal İdarə olunan Osilator (DCO) saat sistemi. Güc işə salındıqdan sonra, DCOCLK əvvəlcə MCU-nu (Mikroproqramlaşdırılmış İdarəetmə Vahidi) işə salır ki, proqram düzgün mövqedən icra olunmağa başlayır və kristal osilatorun kifayət qədər işə düşmə və sabitləşmə vaxtı var. Proqram daha sonra son sistem takt tezliyini müəyyən etmək üçün müvafiq registr idarəetmə bitlərini təyin edə bilər. MCU saatı MCLK kimi istifadə edildikdə kristal osilator uğursuz olarsa, DCO avtomatik olaraq sistemin normal işləməsini təmin etməyə başlayacaq; proqram qaçarsa, onu sıfırlamaq üçün bir gözətçi istifadə edilə bilər. Bu dizayn çip üzərindəki periferik modul nəzarətçisi (WDT), analoq müqayisə cihazı A, taymer A (Timer_A), taymer B (Timer_B), serial port USART, aparat multiplikatoru, 10-bit/12-bit ADC, SPI avtobusu və s. istifadə edir.

1.2 RF dövrəsi

Radio tezliyihissə radiotezliyə nəzarət vahidi kimi TI-nin CC1020-dən istifadə edir. Bu çip sənayenin ilk əsl tək çipli dar zolaqlı ultra yüksək tezlikli ötürücüdür. Üç modulyasiya rejimi var: FSK/GFSK/OOK. Minimum kanal aralığı 50 kHz-dir ki, bu da çox kanallı tələblərə cavab verə bilər, dar zolaqlı tətbiqlər üçün ciddi tələblər (402 ~ 470 mHz və 804 ~ 94 OmHz tezlik diapazonları), birdən çox əməliyyat tezlik diapazonları sərbəst şəkildə dəyişdirilə bilər və işləmə gərginliyi 2.3 ~ 3.6 V-dir. Mobil məlumat ötürülməsi və ya elektron cihazlarına inteqrasiya və ya genişləndirilməsi üçün çox uyğundur. Çip EN300 220.ARIB STD-T67 və FCC CFR47 part15 spesifikasiyalarına uyğundur.

İşçi tezlik diapazonu olaraq 430 mHz daşıyıcı tezliyini seçin. Bu tezlik diapazonu ISM diapazonudur və Milli Simsiz İdarəetmə Komitəsinin standartlarına uyğundur. Tezlik nöqtəsi üçün müraciət etməyə ehtiyac yoxdur. FSK modulyasiya metodundan istifadə edərək, yüksək anti-müdaxilə qabiliyyətinə və aşağı bit səhv dərəcəsinə malikdir. O, məlumatların partlayış müdaxiləsinə və təsadüfi müdaxiləyə müqavimət göstərmək qabiliyyətini yaxşılaşdırmaq üçün irəli xətaların düzəldilməsi kanalının kodlaşdırma texnologiyasını qəbul edir. Kanal bit xətası dərəcəsi 10-2-dir, o zaman faktiki bit xəta dərəcəsi 10-5 ilə 10-6 arasında əldə edilə bilər. Məlumat ötürülməsi məsafəsi açıq sahədə, 2A Kbs ötürmə sürəti və böyük emiş kuboku antenası (uzunluq 2m, qazanc 7.8 dB, yerdən 2m hündürlük) şəraitində görmə xətti şəraitində 800m-ə çata bilər. Bu RF çipinin standart konfiqurasiyası müxtəlif rabitə birləşmə üsullarına cavab vermək üçün 8 kanal təmin edə bilər. Dar zolaqlı rabitə texnologiyasının istifadəsi sayəsində rabitə sabitliyi və anti-müdaxilə gücləndirilir. Radiotezlik hissəsinin sxematik diaqramı Şəkil 3-də göstərilmişdir.

1.3 Sistemin enerji təchizatı

Sistemin enerji təchizatı hissəsi gündəlik enerji təchizatı kimi fotovoltaik elementlərin və ehtiyat batareya kimi litium alt-batareyasının kombinasiyası ilə təchiz edilir. Yaxşı işıqlandırma şəraitində günəş enerjisi ilə enerji saxlama batareyasını doldurmaq, hər gün müəyyən bir işıqlandırma vaxtını təmin etmək, əsasən OBU-nun gündəlik iş ehtiyaclarını ödəyə bilər, ehtiyat batareyanın xidmət müddətini əhəmiyyətli dərəcədə uzada bilər və eyni zamanda OBU-nun işləmə müddətini uzadır. Tez-tez açıq havada işləyən və fotovoltaik hüceyrələrin işləməsi üçün kifayət qədər günəş işığı toplaya bilən nəqliyyat vasitələri üçün uyğundur.

1.4 Sistemin inkişaf mühiti

Sistemin inkişaf mühiti aşağıdakı kimidir:

1) IAR Embedded Workbench formSP430 kompilyatoru;

2) PADS PCB Design Solutions 2007 Bisi circuit board dizayn Aləti.

2. Sistem proqramlaşdırması

Proqram modul dizaynı qəbul edir və C dilində yazılmışdır. O, əsasən 4 hissədən ibarətdir: əsas proqram modulu, rabitə proqram modulu, periferik dövrə emal modulu, kəsmə və saxlama modulu. Əsas proqram əsasən idarəetmə blokunun işə salınmasını, müxtəlif parametrlərin konfiqurasiyasını, hər bir periferik modulun konfiqurasiyasını və işə salınmasını və s. tamamlanır; rabitə proqram modulu əsasən RF çipinin konfiqurasiyası və 433 mHz ötürücü emalı ilə məşğul olur; periferik dövrə emal modulu əsasən sistemin xarici LED göstəricisini və gərginliyini idarə edir. Aşkarlama, səsli göstərişlər düymə vuruşları və digər emallarla idarə olunur; kəsmə və saxlama modulu əsasən sistem kəsilmələrini və qeyd yaddaşını idarə edir. Əsas proqram axını Şəkil 4-də göstərilmişdir.

3 RF rabitə prosesi

OBU və BSS arasında kommunikasiya prosesi üç mərhələyə bölünür: Şəkil 5-də göstərildiyi kimi linkin yaradılması, məlumat mübadiləsi və linkin buraxılması.

Qısa məsafəli simsiz rabitə texnologiyası ilə avtomobil RFID sistemi

Addım 1: Bağlantı qurun. OBU yerinin koordinat məlumatları və onun ID kodu əvvəlcədən təyin edilmiş parametrlər vasitəsilə MCU idarəetmə blokunun Flaşında saxlanılır və uzun müddət saxlanılır. BSS (Baza Stansiyası Sistemi) yerləşdirmə (baza stansiyasının identifikasiyası çərçivəsinin idarə edilməsi) məlumatını OBU-ya dövri olaraq yayımlamaq və göndərmək, çərçivə strukturunun sinxronizasiya məlumatını və məlumat bağlantısına nəzarət məlumatını müəyyən etmək və effektiv rabitə sahəsində OBU Aktivləşdirildikdən sonra əlaqənin qurulmasını tələb etmək üçün aşağı keçiddən istifadə edir. Etibarlılığı təsdiqləyin və cavab məlumatını müvafiq OBU-ya göndərin, əks halda cavab verməyəcək;

Addım 2: Məlumat mübadiləsi. Bu dizayn OBU-nun xidmət sahəsinə daxil olub-olmadığını müəyyən etmək üçün radiotezlik siqnalının gücünün aşkarlanması metodundan istifadə edir. Aşkar edilmiş siqnal gücü böyük olduqdar maksimum siqnalın 1/2-dən çox olduqda, göndərən və qəbul edən tərəflər simsiz əl sıxma həyata keçirirlər. Bu zaman OBU xidmət sahəsinə daxil olmuş hesab olunur. rayon. Bu mərhələdə bütün çərçivələr OBU-nun şəxsi link identifikasiyasını daşımalı və səhv nəzarətini həyata keçirməlidir. OBU-nun yuxarı və aşağı axını haqqında mühakimə etmək üçün onun eyni sistemə aid olub-olmadığını müəyyən etmək üçün ID nömrəsindən istifadə edə bilərsiniz. Eyni sistem olmayan ID nömrələri olan OBU-lar avtomatik olaraq qeyddən silinəcək. OBU məlumatı təqdim edərkən tezliklərin hoppanma mexanizmindən istifadə edir və kanal tıxanmasının qarşısını almaq üçün əl sıxma əlaqəsi üçün xidmət zonasında təsadüfi olaraq sabit bir kanal seçir.

Addım 3: Bağlantını buraxın. Aşkarlama siqnalının gücü maksimum gücün 1/2-dən az olduqda, avtomobil stansiyanı tərk etmiş sayılır. RSU və OBU bütün proqramları tamamladıqdan sonra onlar link identifikatorunu silir və xüsusi rabitə keçidinin buraxılması əmrini verir. Bağlantı buraxılış taymeri proqram xidmətinin təsdiqinə uyğun olaraq əlaqəni buraxır.

4. OBU və BSS arasında kommunikasiya prosesinin inkişafı

Rabitə protokolu açıq sistem qarşılıqlı əlaqə arxitekturasının yeddi qatlı protokol modelinə, yəni fiziki səviyyəyə, məlumat bağlantısı səviyyəsinə və tətbiq səviyyəsinə əsaslanan üç qatlı sadə protokol strukturunu yaradır.

1) Fiziki təbəqə Fiziki təbəqə əsasən rabitə siqnalı standartıdır. Hazırda dünyada 433 mHz qısa məsafəli simsiz rabitə üçün vahid standart olmadığından, müxtəlif standartlarla müəyyən edilən fiziki təbəqə də Cədvəl 1-də göstərildiyi kimi fərqlidir. Şəkil 6-da Mançester kodlaşdırma metodu göstərilir.

2) Məlumat əlaqəsi səviyyəsi Məlumat keçid səviyyəsi OBU və BSS arasında məlumat mübadiləsi prosesinə, məlumat bağlantısı əlaqələrinin qurulmasına və buraxılmasına, məlumat çərçivələrinin təyin edilməsinə və çərçivə sinxronizasiyasına, çərçivə məlumatlarının ötürülməsinə nəzarət, nasazlığa dözümlülüyünə nəzarət və məlumatların ötürülməsinə nəzarət edir. Link qatına nəzarət və keçid əlaqələrinin parametr mübadiləsi müəyyən edilmişdir. Məlumat ötürülməsi Şəkil 7-də göstərildiyi kimi verilənlər çərçivəsinin ötürülməsi ilə həyata keçirilir.

3) Tətbiq səviyyəsi Tətbiq səviyyəsi standart istifadəçi funksiya proqramlarını formalaşdırır, müxtəlif proqramlar arasında əlaqə mesajlarının formatını müəyyən edir və digər verilənlər bazaları və ya proqramlar tərəfindən edilən zənglər üçün açıq mesaj interfeysini təmin edir.

5 Nəticə

Bu məqalədə nəzərdə tutulmuş radiotezlik identifikasiyası sistemi TI-nin akkumulyatorla işləyən avadanlığın az enerji sərfiyyatı üçün xüsusi olaraq TI tərəfindən hazırlanmış aşağı güclü seriyalı MSP430 mikrokontrolöründən istifadə edir. Radiotezlik çipi də TI's CC1020-dir. Yüksək inteqrasiyaya malikdir, kiçik ölçülərə, aşağı enerji istehlakına nail ola bilir və quraşdırmaq asandır. Avtomobilin dayanacağı olmayan monitorinq və müşahidə sistemlərinin qurulması üçün uyğundur. Test nəticələri göstərir ki, mürəkkəb yol şəraitində (məşğul yollar) effektiv tanınma 300 m məsafədə, görmə xətti şəraitində isə tanınma 500 m məsafədə əldə edilə bilər.