引言

現(xiàn)行海關(guān)轉(zhuǎn)關(guān)貨物監(jiān)管主要采用傳統(tǒng)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(jiān)管方式運行效率低，遠遠不能滿足海關(guān)大密度、高強度業(yè)務(wù)流量的監(jiān)管要求。RFID(Radio Frequency IdentificatiON，射頻識別)技術(shù)是利用感應(yīng)、無線電波或微波能量進行非接觸雙向通信，實現(xiàn)以識別和交換數(shù)據(jù)為目的的自動識別技術(shù)。它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預(yù)。本文基于主動式 RFID技術(shù)設(shè)計了電子關(guān)鎖系統(tǒng)，采用電子關(guān)鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉛制封條對轉(zhuǎn)關(guān)集裝箱進行電子監(jiān)控管理。

系統(tǒng)架構(gòu)及運行方式

本系統(tǒng)由監(jiān)控中心服務(wù)器、道口監(jiān)控機、射頻讀寫器(道口讀寫器、手持讀寫器)、電子關(guān)鎖四部分組成，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。監(jiān)控中心服務(wù)器負責(zé)后臺數(shù)據(jù)存儲和管理；道口監(jiān)控機通過串口控制道口讀寫器同關(guān)鎖進行射頻通信；電子關(guān)鎖作為無線終端，主要實現(xiàn)信息存儲、無線通訊、機構(gòu)控制、狀態(tài)監(jiān)測等功能。

圖1　 電子關(guān)鎖系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

系統(tǒng)底層硬件結(jié)構(gòu)與設(shè)計

電子關(guān)鎖系統(tǒng)底層部分由讀寫器和電子關(guān)鎖組成，基本組成單元為MCU和射頻收發(fā)電路。區(qū)別在于：道口讀寫器增加了RS-485通信接口，手持讀寫器增加了人機交互接口，包括4×4薄膜鍵盤和128×64點陣式液晶顯示模塊，電子關(guān)鎖則擴展了異常狀態(tài)監(jiān)測電路和電機驅(qū)動電路。電機驅(qū)動電路用來驅(qū)動電機，實現(xiàn)對關(guān)鎖的電子施封和解封。

電子關(guān)鎖要求實現(xiàn)10~20米的無線數(shù)據(jù)通信，本文選用了Nordic公司生產(chǎn)的nRF2401(以下簡稱2401)作為射頻收發(fā)芯片。2401工作在全球開放的2.4GHz頻段，125個頻道，采用GFKS調(diào)制，最高無線數(shù)據(jù)傳輸速率可達1Mbit/s，內(nèi)置硬件地址解碼和CRC編解碼電路。實際設(shè)計中采用單通道模式，MCU需要同2401的6個引腳相連，分別為DATA、CLK1、DR1、PWR、CE、CS。其中PWR、CE、CS用來配置工作模式。DATA、CLK1組成SPI總線。DR1為數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為三個層次：監(jiān)控中心服務(wù)器為頂層；道口監(jiān)控機為中間層；讀寫器及電子關(guān)鎖為底層。限于篇幅，這里主要說明底層系統(tǒng)的軟件設(shè)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(shè)計采用后者。

本設(shè)計中設(shè)置地址段為2個字節(jié)，數(shù)據(jù)段為28個字節(jié)，校驗碼為2個字節(jié)。地址段為2401芯片配置的接收地址，在系統(tǒng)中設(shè)定電子關(guān)鎖為被呼叫方，它們的接收地址相同；相應(yīng)地，主叫方即所有的讀寫器設(shè)置的接收地址也相同。2401為半雙工方式，要通過配置狀態(tài)字來進行數(shù)據(jù)收發(fā)方式的切換。

通信協(xié)議研究