【安防知識(shí)網(wǎng)】20世紀(jì)90年代初在美國(guó)產(chǎn)生了電子巡更產(chǎn)品，隨之傳人中國(guó)，它采用碰觸式鈕扣，自動(dòng)記錄時(shí)間和卡號(hào)，屬于接觸式電子巡更產(chǎn)品。20世紀(jì)90年代末期，隨著無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)的成熟，非接觸、感應(yīng)巡更產(chǎn)品產(chǎn)生，并逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)。自2001年至今，電子巡更系統(tǒng)由巡檢器、信息鈕和微機(jī)管理系統(tǒng)3部分組成，在此模式下其產(chǎn)品不斷完善。該項(xiàng)技術(shù)廣泛地被應(yīng)用在煤礦、教育、部隊(duì)、糧庫(kù)、鐵路、電信、工廠、公安和住宅小區(qū)，從而形成了一門全新的技術(shù)。

　　1 基于RFID技術(shù)的電子巡更系統(tǒng)

　　電子巡更系統(tǒng)發(fā)展僅10多年，已形成了一種固定模式，即離線式、非接觸巡更系統(tǒng)，并成為市場(chǎng)主流產(chǎn)品。設(shè)計(jì)者受技術(shù)的限制，舍去了在線式非接觸巡更系統(tǒng)具有的實(shí)時(shí)監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)，雖然淘汰了碰觸式鈕扣讀取信息方式，代之以無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)的非接觸感應(yīng)讀取信息方式，但最大可識(shí)別距離僅在13 cm以內(nèi)，給巡檢人員的正常工作帶來(lái)很大的不便。本文基于RFID技術(shù)設(shè)計(jì)的巡更系統(tǒng)，并使用nRF2401無(wú)線收發(fā)芯片建立了該系統(tǒng)，能較好地兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)的工作頻率為2.4 GHz，識(shí)別距離可達(dá)5—20 in。

圖1為電子巡更巡檢系統(tǒng)整體框圖

　　2 系統(tǒng)構(gòu)成

　　系統(tǒng)由巡檢探頭、巡檢卡、巡檢控制器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理系統(tǒng)4大部分組成。

　　(1)巡檢探頭。巡視點(diǎn)由巡檢探頭組成，巡檢探頭可接收巡檢卡發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)代碼，同時(shí)傳送到下一個(gè)巡檢探頭，每2個(gè)探頭之間由無(wú)線通信組成通信網(wǎng)絡(luò)，信息數(shù)據(jù)最終送至巡視控制器。巡檢探頭實(shí)際上是一個(gè)獨(dú)立的無(wú)線接點(diǎn)，2個(gè)探頭之間的通信距離受無(wú)線發(fā)射距離的限制。為保證通信數(shù)據(jù)的可靠性，實(shí)際要小于最大發(fā)射距離。各巡檢探頭之間采用點(diǎn)到點(diǎn)的通信方式，由軟件編寫通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)接力傳送。巡檢探頭是有源器件，需電源供電，采用穩(wěn)壓電源則需用220 V電源，也可采用干電池或充電電池供電，安裝較為方便。

圖2為巡檢探頭內(nèi)部組成圖

 　　(2)巡檢卡。巡檢卡是由巡視人員隨身攜帶的一種有源卡，也可做成鑰匙鏈形式掛于腰間。內(nèi)嵌3 V鈕扣電池，由于是有源發(fā)射，作用距離大大增強(qiáng)，通?？稍O(shè)在5—10 In距離范圍內(nèi)，無(wú)方向性要求。攜帶在身上或放在包內(nèi)無(wú)需取出便可識(shí)別。

圖3為巡檢卡內(nèi)部組成圖 [nextpage]

　　(3)巡檢控制器。巡檢控制器通過(guò)主從式無(wú)線通信方式接收各巡檢探頭發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，這是由巡檢人員代碼，巡檢探頭代碼和當(dāng)時(shí)的時(shí)間3部分組成，并將數(shù)據(jù)保存在閃存(FLASH MEMORY)內(nèi)，與微機(jī)通過(guò)RS232接口進(jìn)行通信。巡檢控制器與巡檢探頭和巡檢卡三者自成系統(tǒng)，平時(shí)無(wú)需與微機(jī)連機(jī)或通信，僅在需要通信和實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)由軟件進(jìn)行操作。

圖4為巡檢控制器內(nèi)部組成圖。

　　(4)微機(jī)管理系統(tǒng)。具有將保存在巡檢控制器閃存(FLASH MEMORY)內(nèi)的數(shù)據(jù)通過(guò)RS232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式保存在文件系統(tǒng)中。可根據(jù)巡更的班次和時(shí)間間隔，對(duì)每條記錄逐項(xiàng)比較以確認(rèn)是否有效。將每條記錄的結(jié)果進(jìn)行多種方法的查詢，統(tǒng)計(jì)并做出供管理者使用的各種報(bào)表，也可根據(jù)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控各巡檢探頭情況。

　　3 芯片配置與ShockBurst 。M收發(fā)模式

　　在進(jìn)行無(wú)線通信前，無(wú)論芯片是進(jìn)行發(fā)射還是接收，上電后需首先進(jìn)行配置，l4J4位的配置字規(guī)定了接收地址、收發(fā)頻率、發(fā)射功率、無(wú)線傳輸速率、無(wú)線收發(fā)模式、CRC較驗(yàn)長(zhǎng)度及有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。當(dāng)nRF2401設(shè)置在ShockBurst 。M收發(fā)模式工作時(shí)，具有可以用低速的MCU傳送數(shù)據(jù)，暫存在片內(nèi)的先入先出堆棧(FIFO)中;然后以高速(1Mbps)速率向空中發(fā)射的特點(diǎn)。使用ShockBurst技術(shù)具有3大好處：降低了系統(tǒng)的平均工作電流(僅在發(fā)射時(shí)，短時(shí)間電流較大);短時(shí)間高速發(fā)射，數(shù)據(jù)在空中停留時(shí)間短，抗干擾性高;低的系統(tǒng)費(fèi)用(低速微處理器也能進(jìn)行高速射頻發(fā)射。

圖5為MCU使用ShockBurst 技術(shù)傳送數(shù)據(jù)示意圖。

　　4 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　各巡檢探頭通過(guò)無(wú)線電波相互之間組成了無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)采用無(wú)線網(wǎng)形網(wǎng)絡(luò)，即點(diǎn)一點(diǎn)一點(diǎn)的通信方式。由于各個(gè)接點(diǎn)都有微處理器，無(wú)需無(wú)線路由器便可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)與另一點(diǎn)問(wèn)的無(wú)線互連，每個(gè)無(wú)線接點(diǎn)不僅可以收發(fā)數(shù)據(jù)，而且還可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到相鄰的無(wú)線接點(diǎn)，多個(gè)無(wú)線接點(diǎn)相互的連接，可使傳輸距離更遠(yuǎn)。當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)接點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，相臨的接點(diǎn)會(huì)自動(dòng)取代出現(xiàn)故障的接點(diǎn)，使網(wǎng)絡(luò)通信保持正常。

圖6為無(wú)線網(wǎng)形連接示意圖。

　　5 硬件組成

　　MCU與NRF2401DE1的連接見(jiàn)圖7。單片機(jī)采用AT89CL51，無(wú)線收發(fā)芯片選用nRF2401芯片，這2種芯片均工作在+3 V的低電壓。單片機(jī)軟件用KEIL C51或匯編語(yǔ)言編寫，可先設(shè)置ShockBurstTM收發(fā)模式，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。理論上可傳送100 nl，在實(shí)驗(yàn)中可達(dá)20—50 nl，這取決于電路所用器件的高頻性能、元件的排列以及電路板的接地。

圖7 MPU與NRYT.401的連接 [nextpage]

　　6 巡檢過(guò)程

　　如圖1，當(dāng)巡檢人員攜卡在規(guī)定的巡視路線到達(dá)。點(diǎn)時(shí)，巡檢探頭收到巡檢卡發(fā)來(lái)的標(biāo)識(shí)代碼，傳送給下一探頭進(jìn)行接力傳送，同時(shí)發(fā)送一信號(hào)給巡檢卡，使該卡的收發(fā)電路處于休眠狀態(tài)(節(jié)省電源)。當(dāng)巡檢人員到達(dá)b點(diǎn)時(shí)，巡檢探頭口可能收不到信號(hào)，(巡檢卡仍處于休眠狀態(tài))，也可能收到信號(hào)，經(jīng)判斷后也不做任何工作，(以第1次收到的數(shù)據(jù)為準(zhǔn))。當(dāng)巡檢人員到達(dá)c點(diǎn)時(shí)，巡檢探頭0和b均可能收到信號(hào)，但巡檢探頭應(yīng)判斷b探頭起作用，巡檢探頭。仍以第一次收到的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，每個(gè)巡檢探頭收到和傳送的數(shù)據(jù)最終傳送到巡檢控制器中保存在閃存中。

　　7 巡檢探頭軟件流程

巡檢探頭軟件流程如圖8所示。

　　8 通信協(xié)議

　　無(wú)線通信不同于有線通信，無(wú)線通信出錯(cuò)的概率要高于有線通信系統(tǒng)。無(wú)線通信使用共同的傳播媒介，這就決定了無(wú)線通信必須要設(shè)計(jì)大量的無(wú)線通信協(xié)議來(lái)解決在同一傳播媒介中可靠收發(fā)數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)包在空中發(fā)生碰撞。使用nRF2401無(wú)線收發(fā)芯片，只需設(shè)計(jì)點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)、多節(jié)點(diǎn)處理通信協(xié)議。

　　(1)巡檢卡與巡檢探頭之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，巡檢探頭與巡檢控制器也采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，各巡檢探頭之間采用一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式。

　　(2)PC與巡檢控制器之間由RS232串行通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　(3)nRF2401無(wú)線收發(fā)芯片在ShockBurstⅢ收發(fā)模式工作時(shí)，自動(dòng)處理字頭和CRC校驗(yàn)碼，以保證收發(fā)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)移去字頭和CRC校驗(yàn)碼。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)加上字頭和CRC校驗(yàn)碼。發(fā)送完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。

　　9 結(jié)束語(yǔ)

　　對(duì)本系統(tǒng)首先進(jìn)行了硬件驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，然后又進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。達(dá)到了預(yù)想的結(jié)果。

　　采用VB6.0進(jìn)行串口通信編程，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)采用Delphi5.0來(lái)設(shè)計(jì)可視化的圖形界面、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)和實(shí)時(shí)監(jiān)控界面。在數(shù)據(jù)庫(kù)中需要對(duì)巡更人員的基本資料表、執(zhí)勤安排表和工作記錄表進(jìn)行設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)是基于RFID技術(shù)，利用無(wú)線信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，目前廣泛使用的手機(jī)技術(shù)也是利用無(wú)線信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其使用方便，靈活是眾所周知的。無(wú)線通信信道是所有通信介質(zhì)中最差的一種，傳輸特性不象采用RS485、CAN總線那樣成熟，在條件不是要求特別嚴(yán)格的場(chǎng)所采用無(wú)線通信信道無(wú)疑具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。安裝方便，其易于擴(kuò)充，是較為理想的通信方案。

　　工作在2.4 GHz的無(wú)線通信，對(duì)設(shè)計(jì)者在硬件和軟件的設(shè)計(jì)上提出了較高的要求。在高頻環(huán)境下，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)變得非常重要。無(wú)線通信信道在目前試用的巡更系統(tǒng)中，利用率是很低的，大部分都是處于閑置狀態(tài)，而巡檢系統(tǒng)多元化發(fā)展是必然趨勢(shì)，無(wú)線語(yǔ)音，攝像，圖像處理功能等將應(yīng)用到巡檢系統(tǒng)中去。巡檢探頭必將發(fā)展成為一種“智能”探頭，加上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能，形成新一代的電子巡更巡檢系統(tǒng)。