基于RFID車輛信息交換系統(tǒng)的射頻模塊設計

時間：2021-09-19 10:39:36

關鍵字： RFID 射頻模塊車輛信息交換系統(tǒng)

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[導讀]摘要：基于RFID車輛信息交換系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)中射頻模塊的參數(shù)選擇、節(jié)點設置和軟硬件設計方法，同時給出了硬件各模塊的選擇、上位機工作方式以及下位機控制程序的設計方法。為了保證對系統(tǒng)的精準性數(shù)據(jù)保護，設計中采取了CRC方法和LRC方法，并確定了傳輸協(xié)議。

引言

基于無線射頻識別技術(RFID)的車路信息交換系統(tǒng)可利用射頻識別技術對車輛的位置信息進行采集和相關電子收費等操作。該系統(tǒng)可分為前端信息采集、數(shù)據(jù)處理中心、終端服務等幾個模塊。其中RFID是一種非接觸的自動識別技術，其原理是利用射頻信號和空間(電感或電磁耦合)傳輸特性來實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。本文通過對射頻信號網絡傳輸進行精確設計，可以提高系統(tǒng)的精準率和效率。

1射頻模塊的系統(tǒng)設計

目前，超高頻段的典型應用頻率為433MHz、869MHz和915MHz(902~928MHz)，微波段的典型應用頻率為2.45GHz和5.8GHz。目前的主流系統(tǒng)一般都采取915MHz、2.45GHz和5.8GHz，因此，本文在頻率的選擇上，綜合考慮到系統(tǒng)實現(xiàn)的難易程度和系統(tǒng)對通信質量的要求，并根據(jù)具體應用，選用915MHz和5.8GHz作為閱讀工作頻率。工作時序方式采用RTF方式，供電方式采用無源電子標簽。事實上，實際應用中的讀寫器大多只適合單機工作，不適合組網，不便于集中控制，因而不能應用到多點高密度數(shù)據(jù)采集場合。而基于RS485標準并利用超高頻RFID讀寫器構建的數(shù)據(jù)采集網絡,由于其遵循IS018000—6B協(xié)議的電子標簽數(shù)據(jù)，因而可以很好地解決多點高密度數(shù)據(jù)采集的難題。

本設計的網絡節(jié)點數(shù)目可以根據(jù)具體應用場合靈活設置,最多可以拓展至256個數(shù)據(jù)采集節(jié)點。節(jié)點終端設備還配置有USB接口、LCD顯示、聲光提示、時鐘模塊等，也可以脫機使用；而作為通用的RFID讀寫器，可完成讀、寫標簽、記錄操作時間等功能。該系統(tǒng)選用的RS485器件MAX1483可以使網絡節(jié)點數(shù)最大達到256個。其系統(tǒng)方案框圖如圖1所示。

基于RFID車輛信息交換系統(tǒng)的射頻模塊設計

1.1讀寫器硬件設計

本系統(tǒng)設計的重點在于節(jié)點終端設備的設計，即超高頻RFID讀寫器的設計。讀寫器的主要功能是發(fā)出詢問信號，選擇能量場內的應答器，建立數(shù)據(jù)通信鏈路并對應答器進行讀寫操作。超高頻RFID讀寫器的數(shù)據(jù)采集距離較遠，可達到1~30m,通過軟件設置射頻收發(fā)模塊增益大小可以控制讀寫距離，以便靈活地滿足實際要求。讀寫器硬件按照不同的功能可劃分為主控模塊、射頻收發(fā)模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、接口部分、時鐘模塊、LCD顯示模塊、聲光提示模塊及調試電路等，其具體的讀寫器硬件模塊框圖如圖2所示。

基于RFID車輛信息交換系統(tǒng)的射頻模塊設計

圖2讀寫器硬件模塊框圖

1.2軟件設計

本系統(tǒng)的軟件設計包括上位機軟件和下位機軟件兩部分。上位機軟件主要針對計算機平臺，可采用C++語言編寫，主要用于控制節(jié)點終端設備和接收節(jié)點終端設備發(fā)送數(shù)據(jù)，以及進一步的處理?？紤]到網絡的規(guī)模最大為256節(jié)點，上位機采用輪詢方式控制各個節(jié)點終端設備，以維持整個網絡的正常運行。

控制節(jié)點終端設備的命令主要有：

（1）發(fā)送數(shù)據(jù)命令：下位機接收到該命令的響應是發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)，即緩存在數(shù)據(jù)存儲模塊中的數(shù)據(jù)；

（2）寫標簽命令:下位機接收到該命令的響應是向感應區(qū)內的標簽寫入新的數(shù)據(jù)；

（3）時間設置命令：該命令可在下位機中根據(jù)參數(shù)更新DS1302的數(shù)據(jù)；

（4）設置功率命令：用于設置射頻收發(fā)模塊的發(fā)射功率,以調節(jié)讀寫標簽的距離；

（5）寫分機號命令：該命令為單機命令，可為每個節(jié)點終端設備寫入一個唯一的分機號，以便區(qū)別不同的終端設備。

下位機軟件設計主要針對單片機平臺,可采用C語言編寫,主要是各功能模塊的驅動程序，如射頻模塊的控制、數(shù)據(jù)存儲模塊的數(shù)據(jù)讀寫、時鐘模塊的輸出、LCD顯示模塊的數(shù)據(jù)顯示程序、USB接口驅動程序等。圖3所示是下位機軟件流程圖。

2通信協(xié)議設計

通信協(xié)議是網絡正常工作必不可少的，主要是對計算機和節(jié)點終端設備間通信幀格式進行具體的規(guī)范與統(tǒng)一，例如確定幀長度、命令字意義、參數(shù)長度、幀起始標志、結束標志等。本設計中的具體幀格式規(guī)定為每幀數(shù)據(jù)23字節(jié)，其中起始位1字節(jié)，固定為Oxaa；分機號1字節(jié)，可設置范圍為0?255；命令1字節(jié)，包括5個命令：OxOf、Ox2f、Ox4f、Ox8f、Oxaf，依次為發(fā)送數(shù)據(jù)命令、寫數(shù)據(jù)命令、時間設置命令、功率設置命令、寫分機號；數(shù)據(jù)17字節(jié)，包括標簽數(shù)據(jù)12字節(jié)和時間數(shù)據(jù)5字節(jié)；CRE校驗采用CRC-16,共2字節(jié)，是起始位到數(shù)據(jù)位之間所有數(shù)據(jù)的CRC校驗值；停止位1字節(jié)，固定為Ox55。

基于RFID車輛信息交換系統(tǒng)的射頻模塊設計

圖3下位機軟件流程圖

本系統(tǒng)通過RS485總線實現(xiàn)上位機與下位機之間的通信。計算機根據(jù)分機號選擇不同節(jié)點的終端設備，選擇命令代碼可實現(xiàn)各命令和數(shù)據(jù)部分的操作響應(“0”標識操作失敗，“1”標識操作成功)、相關參數(shù)(如時間設置命令中的時間參數(shù))或返回具體數(shù)據(jù)(如標簽數(shù)據(jù)和時間數(shù)據(jù))。

3數(shù)據(jù)的完整性設計

在數(shù)據(jù)的傳輸中，不管是閱讀器和電子標簽之間的無線通信，還是閱讀器與應用系統(tǒng)之間的通信，都難免會遇到干擾而使數(shù)據(jù)發(fā)生改變，這是在通信中極不愿意但又無法避免的情況，為此，數(shù)據(jù)的接收方都必須對接收的數(shù)據(jù)進行檢驗，以用來識別傳輸錯誤。一般的校驗有奇偶校驗法、縱向冗余校驗(LRC)法和循環(huán)冗余碼校驗(CRC)法。

奇偶校驗法和LRC法由于其算法都比較簡單，所以只能校驗很小的數(shù)據(jù)塊，而且對同一數(shù)據(jù)塊內的字節(jié)順序的互換,它們是無法檢驗出來的，因此，本文對數(shù)據(jù)塊采用的校驗法為CRC法。CRC法原來用于磁盤驅動器中的數(shù)據(jù)校驗，能夠以很大的可靠性識別傳輸錯誤，但不能校正錯誤。CRC法的計算是一種循環(huán)過程。所以，CRC的計算包括了要計算其CRC值的數(shù)據(jù)字節(jié)以及前面數(shù)據(jù)字節(jié)的CRC值，數(shù)據(jù)塊中每一個被校驗過的字節(jié)都用來計算整個數(shù)據(jù)塊的CRC值。

當一數(shù)據(jù)塊被傳輸時，發(fā)送方計算數(shù)據(jù)的CRC值，并將此值附在數(shù)據(jù)塊后一起傳輸，接收方則計算接收數(shù)據(jù)(包括附加的CRC字節(jié))的CRC值，然后判斷結果是否為零。如果為零，說明數(shù)據(jù)無誤，否則，說明數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生錯誤。