RFID在電子關(guān)鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用

分析系統(tǒng)的應(yīng)用需求，由于現(xiàn)場(chǎng)存在多個(gè)讀寫(xiě)器和多個(gè)關(guān)鎖分別通信的情況，所以制訂的無(wú)線通信協(xié)議必須是針對(duì)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的。在每次通信開(kāi)始時(shí)，主叫方需要同應(yīng)答方建立連接，下面是連接的建立過(guò)程：

1、讀寫(xiě)器發(fā)出廣播呼叫(簡(jiǎn)稱(chēng)全呼)指令，這是一個(gè)單包指令，需在應(yīng)答方標(biāo)識(shí)填0xFFFFFF，命令碼為‘S’。此時(shí)，有效通信距離內(nèi)的電子鎖都會(huì)被喚醒，它們會(huì)在應(yīng)答方標(biāo)識(shí)中填入自己的ID并返回給讀寫(xiě)器。

2、讀寫(xiě)器會(huì)從返回的關(guān)鎖標(biāo)識(shí)中選擇一個(gè)目標(biāo)鎖對(duì)其發(fā)出單點(diǎn)呼叫指令(簡(jiǎn)稱(chēng)點(diǎn)呼)。對(duì)于道口讀寫(xiě)器，采用定向天線保證每次全呼僅呼叫到一把鎖，則直接點(diǎn)呼該鎖；對(duì)于手持讀寫(xiě)器，有可能得到多把鎖應(yīng)答，可通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行選擇后點(diǎn)呼。點(diǎn)呼時(shí)需在應(yīng)答方標(biāo)識(shí)中填入目標(biāo)鎖的ID。

3、電子鎖在收到該指令后會(huì)解析數(shù)據(jù)包，在認(rèn)證主機(jī)身份并確認(rèn)應(yīng)答方標(biāo)識(shí)為己方ID后，向主機(jī)返回應(yīng)答確認(rèn)指令。主機(jī)收到確認(rèn)指令后認(rèn)為該連接已確立。

圖2　射頻收發(fā)電路

電子關(guān)鎖主程序設(shè)計(jì)

一般情況下，電子關(guān)鎖處于休眠監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，2401收到RF數(shù)據(jù)幀后，產(chǎn)生DR1中斷喚醒MCU，MCU根據(jù)RF協(xié)議數(shù)據(jù)包格式進(jìn)行數(shù)據(jù)解析和身份認(rèn)證后，根據(jù)命令碼進(jìn)行處理，最后對(duì)應(yīng)答數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送。電子施封后的異常狀態(tài)檢測(cè)采用定時(shí)中斷處理。電子關(guān)鎖主程序流程如圖3所示。

關(guān)鍵問(wèn)題分析

低功耗設(shè)計(jì)

電子關(guān)鎖采用電池供電，因此低功耗是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，軟件設(shè)計(jì)中合理設(shè)置工作方式可以大大降低功耗。電子關(guān)鎖在大部分時(shí)間里是無(wú)需進(jìn)行通信的，但是它必須保持無(wú)線監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，以保證隨時(shí)應(yīng)答主機(jī)的呼叫。2401處于接收模式時(shí)的消耗電流為18mA，這種消耗相對(duì)較大，不滿足系統(tǒng)需求。設(shè)計(jì)中采用時(shí)間窗監(jiān)聽(tīng)方式，電子關(guān)鎖每秒鐘僅開(kāi)啟2401無(wú)線監(jiān)聽(tīng)1ms，在接收到喚醒指令后，才進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)聽(tīng)模式。實(shí)際測(cè)試時(shí)間窗監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)時(shí)的功耗僅為0.68mA，功耗顯著降低。對(duì)于主機(jī)即讀寫(xiě)器，每次連接關(guān)鎖前需要增加一個(gè)喚醒過(guò)程，在1秒鐘內(nèi)持續(xù)發(fā)送喚醒指令，保證其時(shí)長(zhǎng)覆蓋關(guān)鎖監(jiān)聽(tīng)時(shí)間窗。

避免鄰道干擾

在海關(guān)卡口一般存在多條車(chē)道，相鄰幾條車(chē)道可能存在同頻干擾，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中結(jié)合兩種方式避免此干擾：一種是道口讀寫(xiě)器采用定向天線，這樣讀寫(xiě)器發(fā)射的射頻信號(hào)定向于單一車(chē)道，可避免讀寫(xiě)器射頻信號(hào)對(duì)相鄰車(chē)道的影響。但是電子關(guān)鎖不可能采用定向天線，所以再附加一種跳頻通信工作方式，各車(chē)道工作基頻設(shè)置相同，但是，一旦讀寫(xiě)器與電子關(guān)鎖建立通信連接后，雙方便跳到由主機(jī)即讀寫(xiě)器指定的固定頻率上工作，這樣，不同車(chē)道由于跳頻設(shè)置不同，可有效避免鄰道干擾。對(duì)2401進(jìn)行跳頻設(shè)置十分方便，只需在配置模式下對(duì)頻道狀態(tài)字進(jìn)行設(shè)定即可。