Un nouveau schéma de conception du système de recharge RFID

1 Introduction

La technologie RFID (Radio Frequency IDentification), c'est-à-dire la technologie d'identification par radiofréquence, est une technologie de communication qui est actuellement largement utilisée dans diverses situations de charge, telles que les systèmes de charge des transports publics, les systèmes de charge des parkings, etc. Les systèmes actuels utilisant la technologie RFID utilisent généralement RS-485 et PC pour l'échange de données. Cependant, RS-485 utilise un seul nœud maître et adopte le mode d'interrogation, il existe donc des problèmes de faibles performances en temps réel et de faible efficacité de communication.

Avec le bond continu du niveau de la science informatique et les besoins du développement industriel, les systèmes de contrôle industriel ont connu la transformation des systèmes de contrôle d'instruments de base, des systèmes de contrôle numérique centralisés, des systèmes de contrôle distribués aux systèmes de contrôle de bus de terrain désormais largement utilisés. Le bus CAN (Controller Area Net) est un bus de terrain basé sur un réseau de communication série. Le bus CAN adopte un mode de fonctionnement multi-maître et n'importe quel nœud du réseau peut envoyer des informations à d'autres nœuds du réseau à tout moment. En même temps, le bus CAN utilise une technologie d'arbitrage non destructive. Lorsque deux ou plusieurs nœuds transmettent des données au réseau en même temps, le nœud avec une priorité inférieure arrêtera l'envoi jusqu'à ce que le nœud avec une priorité supérieure ait fini d'envoyer les données. Ceci est efficace pour éviter les conflits de bus. La distance de communication CAN peut atteindre jusqu'à 10 km/5 kbps et le débit de communication peut atteindre jusqu'à 1 Mbps. Chaque trame de données CAN dispose d'un contrôle CRC ou d'autres méthodes de détection pour garantir la fiabilité de la communication de données.

Lorsqu'une erreur grave se produit dans un nœud CAN, le nœud s'arrête automatiquement, n'affectant ainsi pas le travail normal des autres nœuds. Par conséquent, le bus CAN présente les avantages d'une grande fiabilité, de performances en temps réel élevées et d'une grande efficacité, et peut remplacer complètement le bus RS 485.

Étant donné que dans les environnements d'application réels, afin de réduire une grande quantité de travail de câblage, le réseau sans fil 2,4G est utilisé comme station de transfert pour la transmission de données de la RFID au bus CAN. La technologie sans fil offre un faible coût, une flexibilité, une fiabilité et un temps d'installation court. Cette conception utilise nRF24L01 pour construire un réseau de communication sans fil. Cette puce prend en charge la communication multipoint et peut recevoir des données de 6 canaux différents en mode réception.

C'est-à-dire que l'extrémité réceptrice du réseau sans fil peut recevoir des données de 6 extrémités d'envoi différentes. Les données de l'extrémité d'envoi sont obtenues via le Module RFID.

Sur la base de la discussion ci-dessus, cet article présentera un nouveau système de charge RFID basé sur le bus CAN et le réseau sans fil 2,4G.

2 Conception du système matériel

2.1 Topologie et composition du système

2.1.1 Topologie du système

Comme le montre la figure 1, les données pertinentes du dispositif RFID seront transmises à l'émetteur-récepteur CAN via le réseau sans fil, et ce dernier transmettra ensuite les données au PC via le bus CAN. Le PC utilise une carte d'extension PCI-E avec une interface CAN. De plus, la puce de communication sans fil nRF24L01 peut recevoir des données de 6 canaux différents en mode réception, réalisant ainsi un nœud CAN pour contrôler la transmission de données de jusqu'à 6 terminaux RFID. Lorsque six terminaux de charge RFID ne peuvent pas répondre à la demande, des nœuds supplémentaires peuvent être ajoutés. Tous les nœuds sont montés sur le bus CAN. Grâce au bus CAN, chaque nœud transmet des données au PC.

2.1.2 Composition du système

Ce système (nœud CAN) se compose de deux sous-systèmes. Le sous-système B se compose d'un microcontrôleur, d'un module RFID, d'un module sans fil, d'un chien de garde, d'un écran LCD, d'un module d'horloge, de boutons et d'une EEPROM. Le microcontrôleur (MCU) contrôle le module RFID pour lire et écrire la carte Mifare 1, et le module sans fil envoie les données pertinentes au sous-système A. Le sous-système A se compose d'un microcontrôleur, d'un module sans fil, d'un chien de garde et d'un module CAN. Le MCU envoie les données reçues via le module sans fil au PC via le module CAN. Étant donné qu'un nœud peut contrôler jusqu'à 6 terminaux de dispositifs RFID, dans un système complet, il n'y a qu'un seul sous-système A, alors qu'il peut y avoir jusqu'à 6 sous-systèmes B.

2.2 Microcontrôleur

Le microcontrôleur est STC89LE58RD+, qui possède quatre ports d'E/S parallèles 8 bits P0~P3, un port parallèle 4 bits P4, une mémoire FLASHROM de 32 Ko, une mémoire RAM de 1280 octets, 3 temporisateurs, 8 sources d'interruption et 4 interruptions du système d'interruption prioritaire. Ses performances répondent pleinement aux exigences de conception.

2.3 Module CAN

L'implémentation matérielle du bus CAN utilise le SJA10 de Philips00 et PCA82C250.

2.3.1 Présentation de la puce SJA1000

Le SJA1000 est un contrôleur CAN indépendant. Il prend en charge la fonction d'extension du mode PeliCAN (en utilisant le protocole CAN2.0B), dispose d'identifiants 11 bits ou 29 bits, d'un FIFO de réception de 64 octets, d'un mécanisme d'arbitrage et de puissantes capacités de détection d'erreurs, etc.

2.3.2 Présentation de la puce PCA82C250

Le PCA82C250 est un émetteur-récepteur de bus CAN, qui est principalement conçu pour les applications de communication à vitesse moyenne à élevée (jusqu'à 1 Mbps) dans les automobiles. Il peut résister à une large gamme d'interférences de mode de travail et d'interférences électromagnétiques (EMI), réduire les interférences de radiofréquence (RFI) et dispose de fonctions de protection thermique. Jusqu'à 110 nœuds peuvent être connectés.

2.3.3 Connexion d'interface matérielle

Comme le montre la figure 4, le port P1 est utilisé comme bus d'adresse/données multiplexé pour se connecter au port AD du SJA1000, et P2.0 est connecté à la section de sélection de puce CS du SJA1000, faisant du SJA1000 un périphérique d'E/S pour le mappage de mémoire périphérique du microcontrôleur. De plus, RX0 et TX0 du SJA1000 sont connectés à RXD et TXD du PCA82C250.

2.4 Module sans fil

2.4.1 Présentation de la puce nRF24L01

La puce sans fil est nRF24L01. Il s'agit d'une puce d'émetteur-récepteur radiofréquence sans fil 2,4 GHz avec un débit de transmission allant jusqu'à 2 Mbps, prend en charge 125 fréquences de fonctionnement optionnelles, dispose de fonctions de contrôle d'adresse et de CRC et fournit une interface SPI.

Il dispose d'une broche d'interruption dédiée, prend en charge 3 sources d'interruption et peut envoyer des signaux d'interruption au MCU. Il dispose d'une fonction de réponse automatique, enregistre l'adresse après confirmation de la réception des données et envoie un signal de réponse en utilisant cette adresse comme adresse cible. Prend en charge le mode ShockBurstTM, dans ce mode, le nRF24L01 peut être connecté à un microcontrôleur à faible vitesse. Le nRF24L01 peut recevoir des données de 6 canaux différents en mode réception.

2.4.2 Connexion de l'interface matérielle du nRF24L01

Comme le montre la figure 5, le microcontrôleur communique avec le nRF24L01 en simulant la synchronisation du bus SPI. Sa broche d'interruption externe IRQ est connectée à P3.2 (interruption externe 0) du microcontrôleur.

2.5 Module RFID

2.5.1 Présentation de la puce MF RC500

Le module RFID utilise la puce MF RC500 de Philips, qui est l'une des puces RFID les plus utilisées actuellement. La MF RC500 prend en charge le protocole ISO14443A et la carte à double interface MIFARE. Il dispose d'un circuit analogique hautement intégré à l'intérieur pour la démodulation et le décodage de la carte de réponse, et dispose d'un tampon FIFO d'émetteur-récepteur de 64 octets et d'une mémoire à clé non volatile. De plus, il existe une broche d'interruption dédiée qui prend en charge 6 sources d'interruption et peut envoyer des signaux d'interruption au MCU.

2.5.2 Connexion de l'interface matérielle MF RC500

Comme le montre la figure 6, le MCU accède aux registres du MF RC500 en tant que RAM externe. La broche INT est laissée flottante et la fonction d'interruption n'est pas utilisée.

3 Conception du système logiciel

Dans le programme d'initialisation du microcontrôleur, l'interruption externe du sous-système A est définie sur un déclencheur de niveau bas. La source du signal d'interruption du sous-système A est fournie par nRF24L01. Lorsque nRF24L01 reçoit les données, il génère un signal d'interruption pour informer le MCU de lire les données. Le sous-système B n'utilise pas la fonctionnalité d'interruption.

Dans le programme d'initialisation nRF24L01, le sous-système B est configuré en mode transmission et utilise un contrôle CRC 16 bits. Pour utiliser la fonction de réponse automatique, le canal de données 0 est configuré pour recevoir le signal de réponse, et l'adresse de réception du canal de données 0 doit être égale à l'adresse de l'expéditeur pour garantir que le signal de réponse peut être reçu correctement. Un système peut être composé de six sous-systèmes A au maximum, et les adresses d'envoi de ces six sous-systèmes ne peuvent pas être répétées. Le sous-système A est configuré en mode réception, utilise un contrôle CRC 16 bits et peut recevoir jusqu'à 6 canaux de données. Ces 6 adresses de réception sont égales aux adresses d'envoi de chaque sous-système B. Dans le test initial du SJA1000, le mode PliCAN est utilisé, le débit en bauds est de 125 Kbps et les interruptions de réception et d'envoi sont interdites ; la configuration du registre de contrôle de sortie est la suivante : mode normal, TX pull-down et polarité de contrôle de sortie. De plus, le registre de code d'acceptation et le registre de masque d'acceptation doivent être configurés correctement. Cette configuration est utilisée pour implémenter la fonction d'arbitrage du bus CAN.

Lors de l'initialisation du MF RC500, ses principaux paramètres sont les suivants : les sorties de TX1 et TX2 sont configurées comme 13.56 MHz porteurs d'énergie ; la source d'entrée du décodeur est le démodulateur interne ; utiliser l'horloge Q comme horloge du récepteur ; désactiver les interruptions de transmission et de réception ; définir RxThreshold La valeur du registre est 0xFF, la valeur du registre BitPhase est 0xAD, etc.

La fonction de demande de réinitialisation recherchera la carte Mifare1 dans la portée effective de l'antenne. Si une carte existe, une connexion de communication sera établie et le numéro de type de carte TAGTYPE sur la carte sera lu. La fonction anti-collision permet au MF RC500 de sélectionner l'une des multiples cartes Mifare 1. ouvert. La fonction de sélection de carte peut communiquer avec des cartes dont les numéros de série sont connus. La fonction d'authentification fait correspondre le mot de passe de la carte Mifare 1 avec la clé dans l'EEPROM du MF RC500.

Ce n'est qu'une fois la correspondance correcte que les opérations de lecture et d'écriture peuvent être effectuées. Envoyez une commande d'arrêt pour mettre la carte Mifare 1 en MODE HALT.

La fonction CAN est utilisée pour envoyer les données pertinentes au PC. Cette conception utilise le mode de requête pour garantir que les données ont été envoyées. Vous pouvez confirmer si la transmission de données est terminée en interrogeant les bits d'indicateur TBS, TCS et TS dans le registre d'état. De même, dans la fonction sans fil, pour garantir que les données ont été envoyées, il suffit d'interroger le TX_DS dans le registre d'état.

4 Test du système

Tout d'abord, le module RFID a été testé. Placez la carte MIFARE 1 dans la portée effective de l'antenne, effectuez des opérations de lecture et d'écriture sur la carte et affichez les données pertinentes sur l'écran LCD. Après ce test, le module RFID lit et écrit normalement. Ensuite, les performances en temps réel du réseau de transmission du système sont testées. Cet article utilise la transmission sans fil des données de température pour les tests. Le dispositif de mesure de la température est un capteur de température monofilaire DS18B20. Connectez le capteur de température au sous-système B. Le capteur de température échantillonne la température intérieure toutes les secondes. Le microcontrôleur lit les données de température et les envoie au sous-système A via le réseau sans fil. Le sous-système A reçoit les données et les envoie via le bus CAN. au PC.

Côté PC, Visual Basic 6.0 est utilisé pour écrire le programme de l'ordinateur hôte. L'ordinateur hôte dessine les données de température dans une courbe et l'écrit dans du texte. La courbe de température est illustrée à la figure 8, où la précision des valeurs de température est de 1 degré Celsius. Grâce à l'observation comparative du graphique de la courbe de température et des données textuelles, il a été constaté qu'il n'y avait aucune anomalie dans les données de température et aucune perte de données.

  5 Conclusion

Cet article utilise le bus CAN pour remplacer le bus RS-485, surmontant ainsi les défauts de ce dernier. La technologie sans fil est également utilisée pour exploiter pleinement la fonction de communication multipoint du nRF24L01 tout en réduisant considérablement le travail de câblage. Après la construction du système, l'auteur a testé le système pendant une longue période. Les résultats des tests montrent que la transmission des données est stable, fiable et offre des performances en temps réel élevées. Il surmonte les défauts du système de péage RFID traditionnel basé sur la conception du bus RS485 et présente une forte valeur d'utilisation.