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基于RFID的电子关锁系统设计与实现.pdf

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上传者: xl46512 2012-05-08 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《基于RFID的电子关锁系统设计与实现pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含通信与计算机通信与计算机ElectronicDesignApplicationWorldNikkeiElectronicsChinaCOMMUNIC符等。

通信与计算机通信与计算机ElectronicDesignApplicationWorldNikkeiElectronicsChinaCOMMUNICATIONSCOMPUTER引言现行海关转关货物监管主要采用传统的一次性铅封方式以人工操作、肉眼识别等方式对集装箱进行机械施封、验封、解封运行成本高、安全性低更关键的是这种监管方式运行效率低远远不能满足海关大密度、高强度业务流量的监管要求。RFID(RadioFrequencyIdentification射频识别)技术是利用感应、无线电波或微波能量进行非接触双向通信实现以识别和交换数据为目的的自动识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据识别工作无需人工干预。本文基于主动式RFID技术设计了电子关锁系统采用电子关锁代替传统的铅制封条对转关集装箱进行电子监控管理。系统架构及运行方式本系统由监控中心服务器、道口监控机、射频读写器(道口读写器、手持读写器)、电子关锁四部分组成其系统架构如图所示。监控中心服务器负责后台数据存储和管理道口监控机通过串口控制道口读写器同关锁进行射频通信电子关锁作为无线终端主要实现信息存储、无线通讯、机构控制、状态监测等功能。系统底层硬件结构与设计电子关锁系统底层部分由读写器和电子关锁组成基本组成单元为MCU和射频收发电路。区别在于:道口读写器增加了RS通信接口手持读写器增加了人机交互接口包括薄膜键盘和点阵式液晶显示模块电子关锁则扩展了异常状态监测电路和电机驱动电路。电机驱动电路用来驱动电机实现对关锁的电子施封和解封。电子关锁要求实现~米的无线数据通信本文选用了Nordic基于RFID的电子关锁系统设计与实现武汉理工大学自动化学院 高阳李正勤摘 要:针对海关转关业务需要本文设计了一套电子关锁系统用来取代传统的一次性铅封监管方式。首先介绍了融入RFID技术的电子关锁系统的整体设计方案和运行方式然后对底层RF通信设备的硬件电路设计和通信机制进行了阐述最后重点对系统设计中的一些关键问题包括低功耗、防冲突设计等进行了分析并给出了解决方案。关键词:射频识别电子关锁nRF防冲突图电子关锁系统网络拓扑图电子设计应用wwweawcomcn通信与计算机通信与计算机OMMUNICATIONSCOMPUTER公司生产的nRF(以下简称)作为射频收发芯片。工作在全球开放的GHz频段个频道采用GFKS调制最高无线数据传输速率可达Mbits内置硬件地址解码和CRC编解码电路。实际设计中采用单通道模式MCU需要同的个引脚相连分别为DATA、CLK、DR、PWR、CE、CS。其中PWR、CE、CS用来配置工作模式。DATA、CLK组成SPI总线。DR为数据准备引脚与MCU的中断IO引脚相连。图为射频收发电路原理图。软件设计本系统的软件设计分为三个层次:监控中心服务器为顶层道口监控机为中间层读写器及电子关锁为底层。限于篇幅这里主要说明底层系统的软件设计。通信方式分析存在两种通信方式分别为直接传输模式(DireMode)和突发传输模式(ShockBurst)本设计采用后者。本设计中设置地址段为个字节数据段为个字节校验码为个字节。地址段为芯片配置的接收地址在系统中设定电子关锁为被呼叫方它们的接收地址相同相应地主叫方即所有的读写器设置的接收地址也相同。为半双工方式要通过配置状态字来进行数据收发方式的切换。通信协议研究设计定义的RF数据包装载于数据段(PAYLOAD)中该数据包为定长个字节。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:、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xFFFFFF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。、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。、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。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收到RF数据帧后产生DR中断唤醒MCUMCU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图射频收发电路通信与计算机通信与计算机ElectronicDesignApplicationWorldNikkeiElectronicsChinaCOMMUNICATIONSCOMPUTER的呼叫。处于接收模式时的消耗电流为mA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无线监听ms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mA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。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个通常情况为~个所以n设置为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。图电子关锁主程序流程图IndustryAnalysisTheEvolutionofFPGAPhysicalSynthesisNikkeiElectronicsColumnSony’sExtremelyHighSpeedCMOSSensorBlowsbyCameraApplicationsICDesignReusingBlockLevelVerificationEnvironmentinTopLevelReusingblocklevelverificationenvironmentintoplevelisanefficientwaytoimproveproductivitySynopsys’NTBcanconvenientlyachievethisreuseThispaperintroducesthemethodologyofverificationenvironmentreuse,togetherwithsomedetailimplementationusingNTBCommunicationsComputerDesignandImplementationofElectronicCustomLockSystemBasedonRFIDBasedonRFIDtechnology,thispaperdesignstheelectroniccustomlocksystem,whichcanreplacethetraditionalleadsealFirstly,thepaperpresentsthewholedesignandrunningmodeofelectroniccustomlocksystemBasedonnRFchip,thepaperdevelopstheRFcommunicationdevices,describestheirinternalcircuitsandcommunicationmechanismLastly,thepaperanalyzessomekeyproblemsincludinglowconsumptiondesignandanticollisiondesign,andthesolutionsrelevantarerelatedAutomationMeasurementAMethodBasedonNeuralNetworkforRemovingtheStripingofRemoteSensingImageStripingisanewimagedegenerationcausedbynonuniformityoftheFPAThispaperpresentsthenonuniformitycorrectionmethodbasedonneuralnetwork,andimprovesthearithmeticaccordingtotheparticularityofdistortionTheexperimentshowsavailabilityofthecorrectionEmbeddedSystemsDesignandImplementationofEmbeddedFingerprintLockFingerprintverificationhasbeenwidelyusedinsecurityareaforitsuniquenessandreliabilityThepaperdesignsanembeddedfingerprintverificationlockbasedonfingerprintverificationmoduleItintroducesagoodsolutionthatimplementfingerprintverificationonembeddedsystemPowerSupplyTechnologiesDesignofaMultiChannelCircuitforMeasuringVoltagesinBatteryManagementSystemofEVThepaperproposesamultichannelcircuitintheBatteryManagementSystemofEVThecircuithasthecharactersofsmallersizeandlowercost,whilehavinglittleinfluenceonthequalityofmeasuringvoltagesTosolvingtheproblemsinsimulationandpractice,thepaperanalyzesthecausesandbringsforwardthecorrespondingamelioratingmethodsAtlast,theresultsofthetestprovethefeasibilityandthemeritsofthisdesignICApplicationsDesignofaKindofBandgapVoltageReferenceCircuitforDACAkindofbandgapvoltagereferencecircuitisgivenforDACTheprecisionandstablenessisveryimportanttotheDACTheprincipleofbandgapvoltagereferenceisintroducedandahighprecisionbandgapreferencecircuitisachieved,whichhasthetemperaturecoefficientofppmduringthetemperaturefromto,anddBpowersupplyrestrainratioduringthepowersupplyfromVtoVwwweawcomcnMay,GuideElectronicDesignApplicationWorldNikkeiElectronicsChina电子设计应用

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