RFID在電子關(guān)鎖系統中的應用

引言

現行海關(guān)轉關(guān)貨物監管主要采用傳統的一次性鉛封方式，以人工操作、肉眼識別等方式對集裝箱進(jìn)行機械施封、驗封、解封，運行成本高、安全性低，更關(guān)鍵的是這種監管方式運行效率低，遠遠不能滿(mǎn)足海關(guān)大密度、高強度業(yè)務(wù)流量的監管要求。RFID(Radio Frequency IdentificatiON，射頻識別)技術(shù)是利用感應、無(wú)線(xiàn)電波或微波能量進(jìn)行非接觸雙向通信，實(shí)現以識別和交換數據為目的的自動(dòng)識別技術(shù)。它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)需人工干預。本文基于主動(dòng)式 RFID技術(shù)設計了電子關(guān)鎖系統，采用電子關(guān)鎖代替傳統的鉛制封條對轉關(guān)集裝箱進(jìn)行電子監控管理。

系統架構及運行方式

本系統由監控中心服務(wù)器、道口監控機、射頻讀寫(xiě)器(道口讀寫(xiě)器、手持讀寫(xiě)器)、電子關(guān)鎖四部分組成，其系統架構如圖1所示。監控中心服務(wù)器負責后臺數據存儲和管理；道口監控機通過(guò)串口控制道口讀寫(xiě)器同關(guān)鎖進(jìn)行射頻通信；電子關(guān)鎖作為無(wú)線(xiàn)終端，主要實(shí)現信息存儲、無(wú)線(xiàn)通訊、機構控制、狀態(tài)監測等功能。

圖1　 電子關(guān)鎖系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

系統底層硬件結構與設計

電子關(guān)鎖系統底層部分由讀寫(xiě)器和電子關(guān)鎖組成，基本組成單元為MCU和射頻收發(fā)電路。區別在于：道口讀寫(xiě)器增加了RS-485通信接口，手持讀寫(xiě)器增加了人機交互接口，包括4×4薄膜鍵盤(pán)和128×64點(diǎn)陣式液晶顯示模塊，電子關(guān)鎖則擴展了異常狀態(tài)監測電路和電機驅動(dòng)電路。電機驅動(dòng)電路用來(lái)驅動(dòng)電機，實(shí)現對關(guān)鎖的電子施封和解封。

電子關(guān)鎖要求實(shí)現10~20米的無(wú)線(xiàn)數據通信，本文選用了Nordic公司生產(chǎn)的nRF2401(以下簡(jiǎn)稱(chēng)2401)作為射頻收發(fā)芯片。2401工作在全球開(kāi)放的2.4GHz頻段，125個(gè)頻道，采用GFKS調制，最高無(wú)線(xiàn)數據傳輸速率可達1Mbit/s，內置硬件地址解碼和CRC編解碼電路。實(shí)際設計中采用單通道模式，MCU需要同2401的6個(gè)引腳相連，分別為DATA、CLK1、DR1、PWR、CE、CS。其中PWR、CE、CS用來(lái)配置工作模式。DATA、CLK1組成SPI總線(xiàn)。DR1為數據準備引腳，與MCU的中斷I/O引腳相連。圖2為射頻收發(fā)電路原理圖。

軟件設計

本系統的軟件設計分為三個(gè)層次：監控中心服務(wù)器為頂層；道口監控機為中間層；讀寫(xiě)器及電子關(guān)鎖為底層。限于篇幅，這里主要說(shuō)明底層系統的軟件設計。

2401通信方式分析

2401存在兩種通信方式，分別為直接傳輸模式(Dire Mode)和突發(fā)傳輸模式(Shock BurST)，本設計采用后者。

本設計中設置地址段為2個(gè)字節，數據段為28個(gè)字節，校驗碼為2個(gè)字節。地址段為2401芯片配置的接收地址，在系統中設定電子關(guān)鎖為被呼叫方，它們的接收地址相同；相應地，主叫方即所有的讀寫(xiě)器設置的接收地址也相同。2401為半雙工方式，要通過(guò)配置狀態(tài)字來(lái)進(jìn)行數據收發(fā)方式的切換。

通信協(xié)議研究