关键问题分析 - RFID在电子关锁系统中的应用

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。

 

图3　电子关锁主程序流程图

分时应答

    手持读写器的应用环境同道口读写器不同，它采用广向天线，有效通信范围内可能存在多把关锁。由于频率相同，广播呼叫时电子关锁同步应答会造成信号冲突。为避免冲突，在软件设计中采用分时应答，关锁在收到广播呼叫指令后，先随机延时一段时间再返回应答指令。需要注意的是随机延时不是任意的，而是分段的，以保证主机在时间间隙内处理不同的应答信号。

    这里对分时应答设计进行分析，设读写器发送广播指令后的通信时间为Tc，将Tc分为n个时间间隙，每个间隙足够完成对某一把关锁的标识读取和存储。关锁收到广播呼叫后随机分配应答时间点至某个时间间隙内，并返回应答指令。设有x个关锁在通信范围内，则当n>>x时，返回信号的冲突概率会非常低。实际应用中，现场关锁数量一般不会超过10个，通常情况为3~4个，所以，n设置为100时就可保证较低的冲突概率。同时，由于应答时间非常短(大批量数据交互在连接确认以后发生)，n设置的较大也不会明显降低响应时间。

结语

     实际测试表明，该电子关锁系统可靠性高，抗干扰能力强，可扩展性好。本系统是主动式RFID技术在物流监控领域的一个新应用，它显著提高了海关转关业务的运行效率。