中心議題：

• 基於短距離無線通訊技術的汽車無線射頻識別係統係統設計

解決方案：

• 采用FSK的調製方式
• 采用TI低功耗係列的MSP430微控製器

本係統是基於數字通信原理、利用集成單芯片窄帶超高頻收發器構建的無線識別係統。闡述了該無線射頻識別係統基本工作原理和硬件設計思路
，並給出了 程序設計方案的流程圖。從低功耗、高效識別和實用角度設計適用於車載的射頻識別標簽。測試結果表明
，本係統在複雜路麵狀況(繁忙路麵)的條件下可實現 300m範圍內有效識別，視距條件下可達到500 m範圍有效識別。

物聯網是指通過各種信息傳感設備，如傳感器
、射頻識別(RFID)技術、全球定位係統、紅外感應器、激光掃描器、氣體感 應器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監控

、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

，與互聯網結合形成的一個巨大網 絡。其目的是實現物與物

、物與人，所有的物品與網絡的連接
，方便識別
、管理和控製。本項目針對車載物聯網中的數據采集
、傳輸與應用的關鍵問題
，展開研究， 設計基於短距離無線射頻通信技術的新一代車載射頻識別係統。係統由短距離無線通訊車載單元(On-Board Unit，OBU)和基站係統(Base Station System
，BSS)組成一個點對多點無線識別係統(Wireless identification system，WIS)，可用於在基站覆蓋範圍內車輛識別和智能導引。

1 係統硬件設計

係 統硬件主要由控製部分
、射頻部分和外部擴展應用部分組成。以低功耗MCU為控製單元，集成單芯片窄帶超高頻收發器
，內置優化設計天線．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、適甩範圍廣，並且建立開放的協議和標準接口
，便於與已有係統或其他係統對 接。

係統工作示意如圖1所示。

1．1 控製電路設計

控製單元采用業界低功耗應用比較成熟的TI公司生產的MSP430係列
，該係列是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係統中OBU和BSS中工作原理相同，所以重點介紹OBU部分設計，其控製部分原理圖如圖2所示。

MSP430F2274的輸入電壓為1．8～3．6V電壓．在1 MHz的時鍾條件下運行時，芯片的耗電在200～400μA左右
，時鍾關斷模式的最低功耗隻有0．1μA。由於係統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
，有效地降低了係統功耗。

係 統使用兩種時鍾係統；基本時鍾係統和數字振蕩器時鍾係統(Digitally Controlled Oscillator，DCO)，使用一個外部晶體振蕩器(32 768Hz)。在上電複位後
，首先由DCOCLK啟動MCU(Microprogrammed Control Unit微程序控製器)，yibaozhengchengxucongzhengquedeweizhikaishizhixing，baozhengjingtizhendangqiyouzugoudeqizhenjiwendingshijian。ranhouruanjiankesheliangshidangdejicunqidekongzhiweilaiquedingzuihoudexitong 時鍾頻率。如果晶體振蕩器在用作MCU時鍾MCLK時發生故障，DCO會自動啟動，以保證係統正常工作
；如果程序跑飛，可用看門狗將其複位。本設計使用到 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。
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1．2 射頻電路

射頻部分采用TI公司CC1020作為射頻控製單元，該芯片為業界首例真正的單芯片窄帶超高頻收發器，有FSK／GFSK／OOK 3種調製方式，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備作為無線數傳或電子標簽使用。該芯片遵從EN300 220．ARIB STD-T67以及FCC CFR47 part15規範。

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的調製方式，擁有較高的抗幹擾能力和低誤碼率，采用前向糾 錯信道編碼技術，提高了數據抗突發幹擾和隨機幹擾的能力，在信道誤碼率為10-2時，可得到實際誤碼率10-5～10-6。在開闊地視距條件
、波特率為 2A Kbs
、大吸盤天線(長度2m，增益7．8 dB距離地麵高度2m)時數據傳輸距離可達800 m。該RF芯片標準配置可提供8個信道能夠滿足多種通信組合方式。由於采用窄帶通訊技術，增強了通訊穩定性和抗幹擾性。射頻部分原理圖如圖3所示。

1．3 係統供電

係 tonggongdianbufenyouguangfudianchizuoweirichanggongzuogongdianheliyadianchizuoweibeiyongdianchixiangjiehegongdianfangshi。zaiguangzhaojiaohaodetiaojianxiatongguotaiyangnenggeixunengdianchichongdian，meitianbaozhengyidingdeguangzhaoshijiankeji 本滿足OBU日常工作需要，極大地延長了備用電池的使用壽命，同時延長了OBU的工作壽命。適合經常在室外運行的車輛使用

，可采集到充足的陽光供光伏電池 工作。

1．4 係統開發環境

係統開發環境如下：1)IAR Embedded Workbench for MSP430編譯器；2)PADS PCB Design Solutions 2007比思電路板設計工具。

2 係統程序設計

程序采用模塊化設計，用C語言編寫。主要由4部分在組成：主程序模塊
、通信程序模塊、外圍電路處理模塊
、中斷和存儲模塊。主程序主要完成控製單元的初始化、各種參數的配置及各外圍模塊配置和初始化等；通信程序模塊主要處理對RF芯片的配置以及433 MHz收發處理
；外圍電路處理模塊主要對係統外部LED指示、電壓檢測、聲音提示以按鍵及其他處理
；中斷和存儲模塊主要處理係統中斷和記錄存儲。主程序流程如圖4所示。

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3 RF通信流程

OBU與BSS通信流程分為3步：建立鏈接
、信息交換和釋放鏈接
，如圖5所示。

第 1步：建立連接OBU所在位置的坐標信息及其ID碼通過預置參數存儲在控製單元MCU的Flash中，並被長期保存。BSS(基站係統)利用下行鏈路向 OBU循環廣播發送定位(基站識別幀控製)信息

，確定幀結構同步信息和數據鏈路控製等信息，進入有效通信區域內的OBU被激活後即請求建立連接和進行有效 性確認並發送響應信息給對應的OBU，否則不響應；

第2步：信息交換本設計采用探測射頻信號強度大小的方法來確定OBU是否進入服務區，經 探測信號強度大於最大信號的1／2時，收發雙方實現無線握手，此時認為OBU已經進入服務區。在此階段中，所有幀必須帶有OBU的私有鏈路標識，並實施差 錯控製。對於OBU上下行的判斷可以通過ID號來判斷是否屬於同一個係統
，不是同一個係統的ID號的OBU從記錄中自動刪除。OBU上報信息時采用跳頻機 製，隨機選擇所處服務區的某一固定信道進行握手通信，防止發生信道堵塞。

第3步：釋放連接同樣采用探測信號強度小於最大強度的1／2時，認為車子已經離站。RSU與OBU完成所有應用後，刪除和鏈路標識
，發出專用通信鏈路釋放指令
，由連接釋放計時器根據應用服務確認釋放本次連接。

4 OBU與BSS通訊流程的開發

通訊協議依據開放係統互聯體係結構七層協議模型建立了三層的簡單協議結構，即物理層、數據鏈路層和應用層。

1)物理層 物理層主要是通信信遭標準，由於目前國際上尚未形成關於433 MHz短距離無線通訊統一的標準，各種標準定義的物理層也不盡相同，如表1所示。圖6為曼徹斯特編碼方式。

2)數據鏈路層 數據鏈路層控製著OBU與BSS之間的信息交換過程，對數據鏈路連接的建立和釋放，數據幀的定義與幀同步，幀數據傳送的控製、容錯控製、數據鏈路層控製和鏈路連接的參數交換等作了規定。數據傳輸以數據幀傳輸進行
，如圖7所示。

3)應用層 應用層製定標準的用戶功能程序，定義各路應用之間通信消息的格式，提供開放的消息接口，供其他數據庫或應用程序調用。

5 結束語

本 文所設計的射頻識別係統采用TI低功耗係列的MSP430微控製器，是TI公司專門針對電池供電設備低功耗所設計。射頻芯片也為TI公司CC1020，集 成度高，可實現體積小、功耗低
、易於安裝，適用於建設車輛免停車監測與監控係統。測試結果顯示在複雜路麵狀況(繁忙路麵)可實現300 m範圍內有效果識別，視距情況可達到500 m範圍內識別。