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。
圖3 電子關(guān)鎖主程序流程圖
分時(shí)應(yīng)答
手持讀寫(xiě)器的應(yīng)用環(huán)境同道口讀寫(xiě)器不同，它采用廣向天線，有效通信范圍內(nèi)可能存在多把關(guān)鎖。由于頻率相同，廣播呼叫時(shí)電子關(guān)鎖同步應(yīng)答會(huì)造成信號(hào)沖突。為避免沖突，在軟件設(shè)計(jì)中采用分時(shí)應(yīng)答，關(guān)鎖在收到廣播呼叫指令后，先隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間再返回應(yīng)答指令。需要注意的是隨機(jī)延時(shí)不是任意的，而是分段的，以保證主機(jī)在時(shí)間間隙內(nèi)處理不同的應(yīng)答信號(hào)。
這里對(duì)分時(shí)應(yīng)答設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，設(shè)讀寫(xiě)器發(fā)送廣播指令后的通信時(shí)間為T(mén)c，將Tc分為n個(gè)時(shí)間間隙，每個(gè)間隙足夠完成對(duì)某一把關(guān)鎖的標(biāo)識(shí)讀取和存儲(chǔ)。關(guān)鎖收到廣播呼叫后隨機(jī)分配應(yīng)答時(shí)間點(diǎn)至某個(gè)時(shí)間間隙內(nèi)，并返回應(yīng)答指令。設(shè)有x個(gè)關(guān)鎖在通信范圍內(nèi)，則當(dāng)n>>x時(shí)，返回信號(hào)的沖突概率會(huì)非常低。實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鎖數(shù)量一般不會(huì)超過(guò)10個(gè)，通常情況為3~4個(gè)，所以，n設(shè)置為100時(shí)就可保證較低的沖突概率。同時(shí)，由于應(yīng)答時(shí)間非常短(大批量數(shù)據(jù)交互在連接確認(rèn)以后發(fā)生)，n設(shè)置的較大也不會(huì)明顯降低響應(yīng)時(shí)間。
結(jié)語(yǔ)
實(shí)際測(cè)試表明，該電子關(guān)鎖系統(tǒng)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性好。本系統(tǒng)是主動(dòng)式RFID技術(shù)在物流監(jiān)控領(lǐng)域的一個(gè)新應(yīng)用，它顯著提高了海關(guān)轉(zhuǎn)關(guān)業(yè)務(wù)的運(yùn)行效率。