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)場存在多個讀寫器和多個關(guān)鎖分別通信的情況，所以制訂的無線通信協(xié)議必須是針對多點對多點的。在每次通信開始時，主叫方需要同應(yīng)答方建立連接，下面是連接的建立過程：

1、讀寫器發(fā)出廣播呼叫(簡稱全呼)指令，這是一個單包指令，需在應(yīng)答方標(biāo)識填0xFFFFFF，命令碼為‘S’。此時，有效通信距離內(nèi)的電子鎖都會被喚醒，它們會在應(yīng)答方標(biāo)識中填入自己的ID并返回給讀寫器。

2、讀寫器會從返回的關(guān)鎖標(biāo)識中選擇一個目標(biāo)鎖對其發(fā)出單點呼叫指令(簡稱點呼)。對于道口讀寫器，采用定向天線保證每次全呼僅呼叫到一把鎖，則直接點呼該鎖；對于手持讀寫器，有可能得到多把鎖應(yīng)答，可通過鍵盤進(jìn)行選擇后點呼。點呼時需在應(yīng)答方標(biāo)識中填入目標(biāo)鎖的ID。

3、電子鎖在收到該指令后會解析數(shù)據(jù)包，在認(rèn)證主機身份并確認(rèn)應(yīng)答方標(biāo)識為己方ID后，向主機返回應(yīng)答確認(rèn)指令。主機收到確認(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

一般情況下，電子關(guān)鎖處于休眠監(jiān)聽狀態(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)檢測采用定時中斷處理。電子關(guān)鎖主程序流程如圖3所示。

關(guān)鍵問題分析

低功耗設(shè)計

電子關(guān)鎖采用電池供電，因此低功耗是設(shè)計重點，軟件設(shè)計中合理設(shè)置工作方式可以大大降低功耗。電子關(guān)鎖在大部分時間里是無需進(jìn)行通信的，但是它必須保持無線監(jiān)聽狀態(tài)，以保證隨時應(yīng)答主機的呼叫。2401處于接收模式時的消耗電流為18mA，這種消耗相對較大，不滿足系統(tǒng)需求。設(shè)計中采用時間窗監(jiān)聽方式，電子關(guān)鎖每秒鐘僅開啟2401無線監(jiān)聽1ms，在接收到喚醒指令后，才進(jìn)入長時間監(jiān)聽模式。實際測試時間窗監(jiān)聽狀態(tài)時的功耗僅為0.68mA，功耗顯著降低。對于主機即讀寫器，每次連接關(guān)鎖前需要增加一個喚醒過程，在1秒鐘內(nèi)持續(xù)發(fā)送喚醒指令，保證其時長覆蓋關(guān)鎖監(jiān)聽時間窗。

避免鄰道干擾

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