RFID在电子关锁系统中的应用

分析系统的应用需求，由于现场存在多个读写器和多个关锁分别通信的情况，所以制订的无线通信协议必须是针对多点对多点的。在每次通信开始时，主叫方需要同应答方建立连接，下面是连接的建立过程：

1、读写器发出广播呼叫(简称全呼)指令，这是一个单包指令，需在应答方标识填0xFFFFFF，命令码为‘S’。此时，有效通信距离内的电子锁都会被唤醒，它们会在应答方标识中填入自己的ID并返回给读写器。

2、读写器会从返回的关锁标识中选择一个目标锁对其发出单点呼叫指令(简称点呼)。对于道口读写器，采用定向天线保证每次全呼仅呼叫到一把锁，则直接点呼该锁；对于手持读写器，有可能得到多把锁应答，可通过键盘进行选择后点呼。点呼时需在应答方标识中填入目标锁的ID。

3、电子锁在收到该指令后会解析数据包，在认证主机身份并确认应答方标识为己方ID后，向主机返回应答确认指令。主机收到确认指令后认为该连接已确立。

图2　射频收发电路

电子关锁主程序设计

一般情况下，电子关锁处于休眠监听状态，2401收到RF数据帧后，产生DR1中断唤醒MCU，MCU根据RF协议数据包格式进行数据解析和身份认证后，根据命令码进行处理，最后对应答数据进行打包发送。电子施封后的异常状态检测采用定时中断处理。电子关锁主程序流程如图3所示。

关键问题分析

低功耗设计

电子关锁采用电池供电，因此低功耗是设计重点，软件设计中合理设置工作方式可以大大降低功耗。电子关锁在大部分时间里是无需进行通信的，但是它必须保持无线监听状态，以保证随时应答主机的呼叫。2401处于接收模式时的消耗电流为18mA，这种消耗相对较大，不满足系统需求。设计中采用时间窗监听方式，电子关锁每秒钟仅开启2401无线监听1ms，在接收到唤醒指令后，才进入长时间监听模式。实际测试时间窗监听状态时的功耗仅为0.68mA，功耗显著降低。对于主机即读写器，每次连接关锁前需要增加一个唤醒过程，在1秒钟内持续发送唤醒指令，保证其时长覆盖关锁监听时间窗。

避免邻道干扰

在海关卡口一般存在多条车道，相邻几条车道可能存在同频干扰，在系统设计中结合两种方式避免此干扰：一种是道口读写器采用定向天线，这样读写器发射的射频信号定向于单一车道，可避免读写器射频信号对相邻车道的影响。但是电子关锁不可能采用定向天线，所以再附加一种跳频通信工作方式，各车道工作基频设置相同，但是，一旦读写器与电子关锁建立通信连接后，双方便跳到由主机即读写器指定的固定频率上工作，这样，不同车道由于跳频设置不同，可有效避免邻道干扰。对2401进行跳频设置十分方便，只需在配置模式下对频道状态字进行设定即可。