Yeni bir RFID şarj sistemi tasarım şeması

1 Giriş

RFID (Radyo Frekansı Tanımlama) teknolojisi, yani radyo frekansı tanımlama teknolojisi, şu anda toplu taşıma şarj sistemleri, otopark şarj sistemleri vb. gibi çeşitli şarj durumlarında yaygın olarak kullanılan bir iletişim teknolojisidir. RFID teknolojisini kullanan mevcut sistemler genellikle veri alışverişi için RS-485 ve PC kullanır. Ancak, RS-485 tek bir ana düğüm kullanır ve yoklama modunu benimser, bu nedenle düşük gerçek zamanlı performans ve düşük iletişim verimliliği sorunları vardır.

Bilgisayar bilimi düzeyindeki sürekli sıçrama ve endüstriyel gelişimin ihtiyaçları ile endüstriyel kontrol sistemleri, temel enstrüman kontrol sistemlerinden, merkezi dijital kontrol sistemlerinden, dağıtılmış kontrol sistemlerinden artık yaygın olarak kullanılan saha veri yolu kontrol sistemlerine dönüşüm yaşadı. CAN (Denetleyici Alan Ağı) veri yolu, seri iletişim ağına dayalı bir saha veri yoludur. CAN veri yolu çoklu ana çalışma modunu benimser ve ağdaki herhangi bir düğüm, ağdaki diğer düğümlere istediği zaman bilgi gönderebilir. Aynı zamanda, CAN veri yolu tahribatsız tahkim teknolojisini kullanır. İki veya daha fazla düğüm aynı anda ağa veri ilettiğinde, daha düşük önceliğe sahip düğüm, daha yüksek önceliğe sahip düğüm veri göndermeyi bitirene kadar göndermeyi durdurur. Bu, veri yolu çekişmesini önlemek için etkilidir. CAN iletişim mesafesi 10 km/5 kbps'ye kadar ulaşabilir ve iletişim hızı 1 Mbps'ye kadar ulaşabilir. CAN verilerinin her bir karesinde, veri iletişiminin güvenilirliğini sağlamak için CRC kontrolü veya diğer algılama yöntemleri bulunur.

Bir CAN düğümünde ciddi bir hata oluştuğunda, düğüm otomatik olarak kapanır ve böylece diğer düğümlerin normal çalışması etkilenmez. Bu nedenle, CAN veri yolu güçlü güvenilirlik, yüksek gerçek zamanlı performans ve yüksek verimlilik avantajlarına sahiptir ve RS 485 veri yolunu tamamen değiştirebilir.

Gerçek uygulama ortamlarında, büyük miktarda kablolama işini azaltmak için, 2.4G kablosuz ağının RFID'den CAN veri yoluna veri iletimi için bir aktarma istasyonu olarak kullanıldığı düşünüldüğünde. Kablosuz teknoloji düşük maliyet, esneklik, güvenilirlik ve kısa kurulum süresi sunar. Bu tasarım, kablosuz bir iletişim ağı oluşturmak için nRF24L01 kullanır. Bu çip çok noktalı iletişimi destekler ve alma modunda 6 farklı kanaldan veri alabilir.

Yani, kablosuz ağın alıcı ucu 6 farklı gönderme ucundan veri alabilir. Gönderme ucundan gelen veriler RFID Modülü aracılığıyla elde edilir.

Yukarıdaki tartışmaya dayanarak, bu makale CAN veri yolu ve 2,4G kablosuz ağa dayalı yeni bir RFID şarj sistemini sunacaktır.

2 Donanım sistemi tasarımı

2.1 Sistem topolojisi ve sistem bileşimi

2.1.1 Sistem topolojisi

Şekil 1'de gösterildiği gibi, RFID cihazının ilgili verileri kablosuz ağ üzerinden CAN alıcı-vericisine iletilecek ve ikincisi daha sonra verileri CAN veri yolu üzerinden PC'ye iletecektir. PC, CAN arayüzüne sahip bir PCI-E genişletme kartı kullanır. Ek olarak, kablosuz iletişim çipi nRF24L01, alıcı modunda 6 farklı kanaldan veri alabilir ve böylece 6'ya kadar RFID Terminal cihazının veri iletimini kontrol eden bir CAN düğümü gerçekleştirir. Altı RFID şarj terminali talebi karşılayamadığında, daha fazla düğüm eklenebilir. Tüm düğümler CAN veri yoluna monte edilir. CAN veri yolu aracılığıyla, her düğüm verileri PC'ye iletir.

2.1.2 Sistem bileşimi

Bu sistem (CAN düğümü) iki alt sistemden oluşur. Alt sistem B, mikrodenetleyici, RFID modülü, kablosuz modül, bekçi köpeği, LCD ekran, saat modülü, düğmeler ve EEPROM'dan oluşur. Mikrodenetleyici (MCU), RFID modülünü Mifare 1 kartını okumak ve yazmak için kontrol eder ve kablosuz modül ilgili verileri A alt sistemine gönderir. Alt sistem A, mikrodenetleyici, kablosuz modül, watchdog ve CAN modülünden oluşur. MCU, kablosuz modül üzerinden alınan verileri CAN modülü üzerinden PC'ye gönderir. Bir düğüm 6'ya kadar RFID cihaz terminalini kontrol edebildiğinden, tam bir sistemde yalnızca 1 alt sistem A bulunurken, 6'ya kadar alt sistem B olabilir.

2.2 Mikrodenetleyici

Mikrodenetleyici, dört adet 8 bitlik paralel G/Ç portu P0~P3, bir adet 4 bitlik paralel port P4, 32KB FLASHROM, 1280 bayt RAM, 3 zamanlayıcı, 8 kesme kaynağı ve 4 kesme Öncelikli kesme sistemine sahip STC89LE58RD+'dır. Performansı tasarım gereksinimlerini tamamen karşılar.

2.3 CAN modülü

CAN veri yolunun donanım uygulaması Philips'in SJA10'unu kullanır00 ve PCA82C250.

2.3.1 SJA1000 çip tanıtımı

SJA1000 bağımsız bir CAN denetleyicisidir. PeliCAN modu uzatma işlevini destekler (CAN2.0B protokolünü kullanır), 11 bit veya 29 bit tanımlayıcılara, 64 baytlık alıcı FIFO'ya, tahkim mekanizmasına ve güçlü hata algılama yeteneklerine sahiptir, vb.

2.3.2 PCA82C250 çip tanıtımı

PCA82C250, esas olarak otomobillerde orta ila yüksek hızlı iletişim (1 Mbps'ye kadar) uygulamaları için tasarlanmış bir CAN veri yolu alıcı-vericisidir. Çok çeşitli çalışma modu parazitlerine ve elektromanyetik parazitlere (EMI) karşı koyabilir, radyo frekansı parazitlerini (RFI) azaltabilir ve termal koruma işlevlerine sahiptir. 110 adede kadar düğüm bağlanabilir.

2.3.3 Donanım arayüzü bağlantısı

Şekil 4'te gösterildiği gibi, P1 portu SJA1000'in AD portuna bağlanmak için çoklanmış adres/veri yolu olarak kullanılır ve P2.0, SJA1000'in çip seçme bölümü CS'ye bağlanır ve bu da SJA1000'i mikrodenetleyicinin çevresel bellek eşlemesi için bir G/Ç aygıtı haline getirir. Ek olarak, SJA1000'in RX0 ve TX0'ı PCA82C250'nin RXD ve TXD'sine bağlanır.

2.4 Kablosuz modül

2.4.1 nRF24L01 çip tanıtımı

Kablosuz çip nRF24L01'dir. 2Mbps'ye kadar iletim hızına sahip 2,4GHz kablosuz radyo frekanslı alıcı-verici çiptir, 125 isteğe bağlı çalışma frekansını destekler, adres ve CRC kontrol işlevlerine sahiptir ve bir SPI arayüzü sağlar.

Özel bir kesme pini vardır, 3 kesme kaynağını destekler ve MCU'ya kesme sinyalleri gönderebilir. Otomatik yanıt işlevi vardır, veri alındığını onayladıktan sonra adresi kaydeder ve bu adresi hedef adres olarak kullanarak bir yanıt sinyali gönderir. ShockBurstTM modunu destekler, bu modda nRF24L01 düşük hızlı MCU'ya bağlanabilir. nRF24L01, alma modunda 6 farklı kanaldan veri alabilir.

2.4.2 nRF24L01 donanım arayüzü bağlantısı

Şekil 5'te gösterildiği gibi, mikrodenetleyici SPI veri yolu zamanlamasını simüle ederek nRF24L01 ile iletişim kurar. Harici kesme pimi IRQ, mikrodenetleyicinin P3.2'sine (harici kesme 0) bağlanır.

2.5 RFID modülü

2.5.1 MF RC500 çip tanıtımı

RFID modülü, şu anda yaygın olarak kullanılan RFID çiplerinden biri olan Philips'in MF RC500'ünü kullanır. MF RC500, ISO14443A protokolünü ve MIFARE çift arayüz kartını destekler. Yanıt kartının demodülasyonu ve kod çözümü için içinde oldukça entegre bir analog devre bulunur ve 64 baytlık bir alıcı-verici FIFO tamponu ve uçucu olmayan anahtar belleği vardır. Ayrıca, 6 kesme kaynağını destekleyen ve kesme sinyallerini MCU'ya gönderebilen özel bir kesme pimi vardır.

2.5.2 MF RC500 donanım arayüzü bağlantısı

Şekil 6'da gösterildiği gibi, MCU MF RC500'deki kayıtlara harici RAM olarak erişir. INT pimi yüzer durumdadır ve kesme işlevi kullanılmaz.

3 Yazılım sistemi tasarımı

Başlatma mikrodenetleyici programında, alt sistem A'nın harici kesmesi düşük seviye tetikleyiciye ayarlanır. Alt sistem A'nın kesme sinyali kaynağı nRF24L01 tarafından sağlanır. nRF24L01 verileri aldığında, MCU'ya verileri okuması için bildirimde bulunmak üzere bir kesme sinyali üretir. Alt sistem B kesme işlevini kullanmaz.

Başlatma nRF24L01 programında, alt sistem B iletim modunda yapılandırılmıştır ve 16 bitlik CRC kontrolü kullanır. Otomatik yanıt işlevini kullanmak için, veri kanalı 0 yanıt sinyalini alacak şekilde ayarlanır ve veri kanalı 0'ın alıcı adresi, yanıt sinyalinin doğru şekilde alınabilmesini sağlamak için göndericinin adresine eşit olmalıdır. Bir sistem, altı alt sisteme kadar A'dan oluşabilir ve bu altı alt sistemin gönderme adresleri tekrarlanamaz. Alt sistem A, alma modunda yapılandırılmıştır, 16 bitlik CRC kontrolü kullanır ve 6 kanala kadar veri alabilir. Bu 6 alıcı adres, her alt sistem B'deki gönderme adreslerine eşittir. SJA1000'in ilk testinde, PliCAN modu kullanılır, baud hızı 125 Kbps'dir ve alma ve gönderme kesintileri yasaktır; çıkış kontrol kayıt yapılandırması şu şekildedir: normal mod, TX çekme aşağı ve çıkış kontrol polaritesi. Ek olarak, kabul kodu kaydı ve kabul maskesi kaydı doğru şekilde yapılandırılmalıdır. Bu yapılandırma, CAN veri yolu tahkim işlevini uygulamak için kullanılır.

MF RC500'ü başlatırken, ana ayarları aşağıdaki gibidir: TX1 ve TX2'nin çıkışları 13 olarak yapılandırılır.56MHz enerji taşıyıcıları; kod çözücünün giriş kaynağı dahili demodülatördür; alıcı saat olarak Q saatini kullanın; iletim ve alım kesintilerini devre dışı bırakın; RxThreshold'u ayarlayın Kayıt değeri 0xFF, BitPhase kayıt değeri 0xAD'dir, vb.

Sıfırlama isteği işlevi, antenin etkili menzili içinde Mifare1 kartını arayacaktır. Bir kart varsa, bir iletişim bağlantısı kurulacak ve kart üzerindeki TAGTYPE kart tipi numarası okunacaktır. Çarpışma önleme işlevi, MF RC500'ün birden fazla Mifare 1 kartından birini seçmesini sağlar. açık. Kart seçme işlevi, bilinen seri numaralarına sahip kartlarla iletişim kurabilir. Kimlik doğrulama işlevi, Mifare 1 kartındaki parolayı MF RC500'ün EEPROM'undaki anahtarla eşleştirir.

Ancak eşleşme doğru olduktan sonra okuma ve yazma işlemleri gerçekleştirilebilir. Mifare 1 kartını HALT MODE'a ayarlamak için bir kapatma komutu gönderin.

CAN işlevi, ilgili verileri PC'ye göndermek için kullanılır. Bu tasarım, verilerin gönderildiğinden emin olmak için sorgu modunu kullanır. Durum kaydındaki TBS, TCS ve TS bayrak bitlerini sorgulayarak veri iletimi tamamlanıp tamamlanmadığını doğrulayabilirsiniz. Benzer şekilde, kablosuz işlevinde, verilerin gönderildiğinden emin olmak için durum kaydındaki TX_DS'yi sorgulamanız yeterlidir.

4 Sistem testi

İlk olarak, RFID modülü test edildi. MIFARE 1 kartını antenin etkin menziline yerleştirin, kartta okuma ve yazma işlemleri gerçekleştirin ve ilgili verileri LCD ekranda görüntüleyin. Bu testten sonra RFID modülü normal şekilde okur ve yazar. Daha sonra sistemin iletim ağının gerçek zamanlı performansı test edilir. Bu makale, test için sıcaklık verilerinin kablosuz iletimini kullanır. Sıcaklığı ölçmek için kullanılan cihaz DS18B20 tek telli sıcaklık sensörüdür. Sıcaklık sensörünü alt sistem B'ye bağlayın. Sıcaklık sensörü her saniye iç mekan sıcaklığını örnekler. Mikrodenetleyici sıcaklık verilerini okur ve kablosuz ağ üzerinden alt sistem A'ya gönderir. Alt sistem A verileri alır ve CAN veri yolu üzerinden PC'ye gönderir.

PC tarafında, ana bilgisayar programını yazmak için Visual Basic 6.0 kullanılır. Ana bilgisayar sıcaklık verilerini bir eğriye çizer ve metne yazar. Sıcaklık eğrisi, sıcaklık değerlerinin doğruluğunun 1 santigrat derece olduğu Şekil 8'de gösterilmiştir. Sıcaklık eğrisi grafiği ve metin verilerinin karşılaştırmalı gözlemi yoluyla, sıcaklık verilerinde herhangi bir anormallik olmadığı ve veri kaybı olmadığı bulundu.

  5 Sonuç

Bu makale, RS-485 veri yolunun eksikliklerini gidererek CAN veri yolunu kullanıyor. Kablosuz teknoloji, çok sayıda kablolama işini azaltırken nRF24L01'in çok noktalı iletişim işlevini tam olarak kullanmak için de kullanılıyor. Sistem kurulduktan sonra, yazar sistemi uzun süre test etti. Test sonuçları, veri iletiminin kararlı, güvenilir olduğunu ve yüksek gerçek zamanlı performansa sahip olduğunu gösteriyor. RS485 veri yolu tasarımına dayanan geleneksel RFID ücret toplama sisteminin eksikliklerini gideriyor ve güçlü bir kullanım değerine sahip.