短距离无线通讯在汽车RFID系统设计中的应用

本系统是基于数字通信原理、利用集成单芯片窄带超高频收发器构建的无线识别系统。阐述了该无线射频识别系统基本工作原理和硬件设计思路，并给出了程序设计方案的流程图。从低功耗、高效识别和实用角度设计适用于车载的射频识别标签。测试结果表明，本系统在复杂路面状况（繁忙路面）的条件下可实现 300m范围内有效识别，视距条件下可达到500 m范围有效识别。

　　物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、电、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。本项目针对车载物联网中的数据采集、传输与应用的关键问题，展开研究，设计基于短距离无线射频通信技术的新一代车载射频识别系统。系统由短距离无线通讯车载单元（On-Board Unit，OBU）和基站系统（Base Station System，BSS）组成一个点对多点无线识别系统（Wireless identification system，WIS），可用于在基站覆盖范围内车辆识别和智能导引。

　　1 系统硬件设计

　　系统硬件主要由控制部分、射频部分和外部扩展应用部分组成。以低功耗MCU为控制单元，集成单芯片窄带超高频收发器，内置优化设计天线．采用先进的光伏电池供电，实理高集成度短距离无线识别射频终端（OBU）。本终端体积小、功耗低、适甩范围广，并且建立开放的协议和标准接口，便于与已有系统或其他系统对接。

　　系统工作示意如图1所示。

　　1．1 控制电路设计

　　控制单元采用业界低功耗应用比较成熟的TI公司生产的MSP430系列，该系列是TI1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器（Mired Signal Proessor），其针对实际应用需求把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，提供“单片”解决方案。在WIS系统中OBU和BSS中工作原理相同，所以重点介绍OBU部分设计，其控制部分原理图如图2所示。

　　MSP430F2274的输入电压为1．8～3．6V电压．在1 MHz的时钟条件下运行时，芯片的耗电在200～400μA左右，时钟关断模式的最低功耗只有0．1μA。由于系统运行时打开的功能模块不同，采用了待机、运行和休眠3种不同的工作模式，有效地降低了系统功耗。

　　系 统使用两种时钟系统；基本时钟系统和数字振荡器时钟系统（Digitally Controlled Oscillator，DCO），使用一个外部晶体振荡器（32 768Hz）。在上电复位后，首先由DCOCLK启动MCU（Microprogrammed Control Unit微程序控制器），以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设量适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用作MCU时钟MCLK时发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。本设计使用到了片上外围模块看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A（Timer_A）、定时器B（Timer_B）、串口USART、硬件乘法器、10位／12位 ADC、SPI总线等。

　　1．2 射频电路

　　射频部分采用TI公司CC1020作为射频控制单元，该芯片为业界首例真正的单芯片窄带超高频收发器，有FSK／GFSK／OOK 3种调制方式，最小通道间隔为50 kHz，可满足多通道窄带应用（402～470 MHz以及804～94O MHz频带）的严格要求，多个工作频段可自由切换，工作电压2．3～3．6 V，非常适合集成扩展到移动设备作为无线数传或电子标签使用。该芯片遵从EN300 220．ARIB STD-T67以及FCC CFR47 part15规范。

　　选择载频频率430 MHz为工作频段，此频段为ISM频段，符合国家无线管理委员会标准，无需申请频点。采用FSK的调制方式，拥有较高的抗干扰能力和低误码率，采用前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力，在信道误码率为10-2时，