CN101782959B - 高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***和方法，由读写器发射天线、频谱分析仪接收天线、待测电子标签、读写器天线支架、待测读写器、频谱分析仪、控制计算机、驱动电机控制器、驱动电机、转盘、防护罩、支撑台组成，其方法是通过驱动电机带动转盘，使固接在转盘上的待测电子标签以高速运动，利用电子标签在转盘切线方向的速度来模拟实际应用中电子标签直线运动速度，从而科学的、可重复的对电子标签在高速运动状态下的RFID应用***性能进行评价。通过转盘切线方向速度来模拟直线方向速度实现高速运动电子标签的射频应用***性能基准测试，可以为使用者提供一种简单、明确、有效的RFID自动化测试工具和基准测试方法。
Description
技术领域
本发明涉及射频技术领域，尤其涉及一种高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***及方法。
背景技术
RFID全称为射频识别(Radio Frequency Identification)，是一种利用射频技术实现的非接触式自动识别技术。RFID标签具有体积小、读写速度快、形状多样、使用寿命长、可重复使用、存储容量大、能穿透非导电性材料等特点，结合RFID读写器可以实现多目标识别和移动目标识别，进一步通过与互联网技术的结合还可以实现全球范围内物品的跟踪与信息的共享。RFID技术应用于物流、制造、公共信息服务等行业，可大幅提高管理与运作效率，降低成本。
作为物联网的核心技术，随着物联网的进一步推广，RFID技术飞速发展，相关产品的生产厂家逐渐增多，从手持式到固定式，RFID读写器的品种也已经上升到数百种，并且还在不断推出新的产品。为了在众多的RFID读写器中选择最能够满足使用者需求的产品，就需要对RFID产品的性能指标进行专门的测试。在很多RFID的应用过程中，RFID读写器和标签之间是相对运动的，为了在测试过程中还原真实的测试场景，本专利提出一种电子标签在高速运动状态下的RFID应用***性能基准测试***及方法。为了节约空间，RFID电子标签的高速运动是利用塑料转盘切线方向的速度来模拟实际应用中电子标签直线运动速度。
基准测试的目的是通过设计合理的测试方法、测试流程和测试工具对一类测试对象的某项性能指标进行测试，并且保证测试取得的结果是可比较的、可重复的。使用基准测试方法对电子标签在高速运动状态下的RFID应用***性能进行测试，可以直接真实的反映出在电子标签处于运动状态的应用场景中RFID应用***的各项性能指标。
发明内容
本发明的目的是为使用者提供一种简单、明确、有效的自动化测试工具和基准测试方法，用以在可重复条件下快速评价电子标签处于高速运动状态应用场景中RFID应用***性能，从而为使用者设备选型提供决策参考，为此，本发明提供一种高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***及方法。
本发明提供的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***及方法，其原理是利用驱动电机带动转盘，同时使安装在转盘边缘的待测电子标签处于高速运动状态，用待测电子标签在切线方向的速度来模拟实际应用中待测电子标签直线运动速度。
为达成所述目的，本发明第一方面，提供一种高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***，该***包括：读写器发射天线、读写器天线支架、频谱分析仪接收天线、待测电子标签、转盘、防护罩、支撑台、驱动电机、驱动电机控制器、频谱分析仪、待测读写器、控制计算机，其中读写器发射天线置于读写器天线支架上，频谱分析仪接收天线置于防护罩上面，待测电子标签安装于转盘上，读写器发射天线的主瓣轴与待测电子标签天线的主瓣轴重合，在读写器发射天线的几何中心与待测电子标签的辐射面几何中心连线上设置有频谱分析仪接收天线，转盘固定在驱动电机上，防护罩套在转盘和待测电子标签外部，防护罩和驱动电机都置于支撑台上；读写器发射天线与待测读写器通过射频馈线相连，频谱分析仪接收天线与频谱分析仪之间通过射频馈线相连；控制计算机与驱动电机控制器连接，驱动电机控制器与驱动电机连接，控制计算机向驱动电机控制器发送转速控制指令，驱动电机控制器根据转速控制指令控制驱动电机及转盘转动，使固接于转盘上的待测电子标签以设定的速度运动；控制计算机分别与待测读写器和频谱分析仪连接，控制计算机向待测读写器发送读取单标签指令，读写器发射天线按照设定时间间隔发射电磁信号等待待测电子标签响应，频谱分析仪通过频谱分析仪接收天线捕电磁信号，在待测读写器发射的主信道进行触发，并通过控制计算机读取待测读写器的单标签读取结果，在控制计算机上判断本次读取是否成功，成功后记录捕获标签信号的图形和功率值，否则继续用频谱分析仪捕获信号进行分析。如果标签运动速度进行了调整，在控制计算机上设定运动速度开始下一次测试。
优选的实施例，所述读写器发射天线支架采用传导率低且介电常数小于1.5的材料制成。
优选的实施例，所述读写器发射天线是增益为10dBi及10dBi以上的标准增益天线，在测试带宽范围内，读写器发射天线的增益基本保持不变。
优选的实施例，所述频谱分析仪接收天线是增益为2dBi及2dBi以上的双偶极子天线；所述频谱分析仪是能够进行频域触发并显示无线信号瞬时波形的仪器。
优选的实施例，所述驱动电机是转速及其转动精度可以通过驱动电机控制器进行实时控制的电机，并且电机转速可以通过控制计算机远程调整，驱动电机的外部贴了一层吸波材料。
优选的实施例，所述转盘是采用传导率低且介电常数小于1.5的塑料材料制成，转盘的边缘有安装待测电子标签的固件，固件材料与转盘一样。
优选的实施例，防护罩是由外面贴了吸波材料的钢板组成，防护罩的正上方中间有一个长方形的开口。
为达成所述目的，本发明第二方面，提供一种高速运动电子标签的射频应用***性能的测试方法，该测试方法包括以下步骤：
步骤1：设备初始化，分别建立控制计算机与待测读写器、驱动电机控制器、频谱分析仪之间的通信连接，使待测读写器和驱动电机控制器进入工作准备状态，频谱分析仪进入频谱分析仪的频域模板触发模式准备状态；
步骤2：在控制计算机上设定待测电子标签运动速度V，控制计算机向驱动电机控制器发送指令，使待测电子标签以设定速度V随转盘运动，V＝2πRn/60，R为待测电子标签所在位置到转盘中心位置的距离，n为驱动电机每分钟的转速；
步骤3：通过控制计算机设定待测读写器的发射功率为所在地区规定读写器发射功率的最大值，设定待测读写器的发射频点fc为，待测读写器重复发送读取单个待测电子标签指令；
步骤4：在控制计算机端设定频谱分析仪的频域模板触发功能对待测读写器的发射频点为fc的信号进行触发，然后记录待测读写器发射功率读写器PT和频谱分析仪捕获的信号。触发后读取频谱分析仪接收天线位置处的最大信号强度PR，PR单位为dBm，并将待测读写器的发射功率PT设定为： 其中D为频谱分析仪接收天线与待测读写器发射天线之间的距离，λ为波长，GR为频谱分析仪接收天线增益，GT为待测读写器发射天线增益；
步骤5：在控制计算机端对采用频谱分析仪的频域模板触发功能捕获的信号进行解调分析，解调分析是否能正确解调出待测电子标签的信号，如果已经正确解调出待测电子标签的信号，则进入步骤6；如果不能正确解调出待测电子标签的信号，则回到步骤4；
步骤6：由控制计算机统计待测读写器的发射频点为fc的信号功率值和解调出来的待测电子标签信号的功率值，同时保存捕获的图像；
步骤7：在控制计算机端判断是否对待测电子标签的运动速度进行了调整，如果没有对待测电子标签的运动速度进行调整，进入步骤8；否则回到步骤2；
步骤8：断开控制计算机与待测读写器、驱动电机控制器、频谱分析仪之间的通信连接，关闭所有测试设备，测试结束；
优选的实施例，所述分别建立控制计算机与待测读写器、驱动电机控制器、频谱分析仪之间的通信连接是通过以太网、串口或者GPIB总线使控制计算机能够发送和接收来自待测读写器、驱动电机控制器、频谱分析仪的控制指令和查询结果。
优选的实施例，所述在控制计算机端设定频谱分析仪的频域模板触发是在一个10ms-100ms的采样时间周期内，频域中出现满足设定的频率及功率条件的信号时触发相应的设备操作指令。
本发明的有益效果是：
1)采用电子标签在转动圆盘切线方向的速度来模拟实际应用中电子标签直线运动速度，可以科学的、可重复的对电子标签处于运动状态的RFID应用***各项性能进行自动化测试，可以有效的在实验室内模拟电子标签处于运动状态的RFID应用场景。
2)使用增益较低、方向图对称的双偶极子天线作为接收天线，与电子标签并排放置，可以降低接收天线对电子标签天线产生的耦合和干扰，同时采用增益在10dBi以上的标准增益天线作为发射天线，信号分辨率高，可以有效提高微弱信号的分辨能力。
附图说明
图1为本发明提供的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***示意图。
图2a、图2b和图2c为本发明提供的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***转动部分原理图。
图3为本发明提供的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
随着RFID的应用规模越来越大，RFID天线和读写器的品种越来越多，为了在众多的RFID读写器和标签中选择最能够满足使用者需求的产品，就需要对RFID产品的性能指标进行专门的测试。在很多应用过程中，RFID读写器和标签之间是相对运动的，为了在测试过程中还原真实的测试场景，本专利提出一种高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***及方法。为了节约空间，RFID应用***中待测电子标签的高速运动是利用转盘切线方向的速度来模拟实际应用中待测电子标签直线运动速度。
如图1所示，图1为本发明提供的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***示意图，高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***及方法，其原理是利用驱动电机带动转盘，同时使安装在转盘边缘的RFID待测电子标签处于高速运动状态，用待测电子标签在切线方向的速度来模拟实际应用中待测电子标签直线运动速度。其中包括读写器发射天线1，本实施例采用欧姆龙V740-HS01CA型天线、读写器天线支架2、频谱分析仪接收天线3，本实施例采用泰克RSA3308A实时频谱分析仪自带天线、待测电子标签4，本实施例采用欧姆龙V750-D22M51A-IM-R500型标签、转盘5，本实施例中采用由介电常数小于1.5塑料制成的直径为60cm转盘、防护罩6，本实施例中采用尺寸为80cm×80cm×10cm的钢板制成防护罩、支撑台7、驱动电机8，本实施例中采用松下MHMA1.5KW型电机、驱动电机控制器9，本实施例采用松下PLC可编程控制器AFPX-C30T+AFPX-COM1型套件、频谱分析仪10，本实施例采用泰克RSA3308A实时频谱分析仪、待测读写器11，本实施例采用欧姆龙V750-BA50C04-CN型读写器、控制计算机12，本实施例采用联想台式PC机，其中读写器发射天线1置于读写器天线支架2上，频谱分析仪接收天线3置于防护罩6上，待测电子标签4安装于转盘5上，频谱分析仪接收天线3放置于读写器发射天线1和待测电子标签4的辐射面几何中心位置连线之间，转盘5固定在驱动电机8上，防护罩6套在转盘5和待测电子标签4外部，防护罩6和驱动电机8都置于支撑台7上。读写器发射天线1与待测读写器11、频谱分析仪接收天线3与频谱分析仪10之间分别通过射频馈线相连，控制计算机12向驱动电机控制器9发送转速控制指令使待测电子标签4以设定的速度运动，然后控制计算机12向待测读写器11发送读取单标签指令，读写器发射天线1按照设定时间间隔发射电磁信号等待待测电子标签4响应，频谱分析仪10通过接频谱分析仪收天线3捕电磁信号，在待测读写器11发射的主信道进行触发，并通过控制计算机12读取待测读写器11的单标签读取结果，在控制计算机12上判断本次读取是否成功，成功后记录捕获标签信号的图形和功率值，否则继续用频谱分析仪10捕获信号进行分析。如果标签运动速度进行了调整，在控制计算机12上设定运动速度开始下一次测试。
如图2a、图2b和图2c所示，待测电子标签在高速运动状态下的RFID应用***性能基准测试***转动部分，其中读写器发射天线1置于读写器天线支架2上，频谱分析仪接收天线3置于防护罩6上，待测电子标签4安装于转盘5上，待测电子标签4垂直于转盘5盘面，频谱分析仪接收天线3放置于读写器发射天线1和待测电子标签4的辐射面几何中心连接线B之上，转盘5固定在驱动电机8上，防护罩6套在转盘5和待测电子标签4外部，防护罩6和驱动电机8都置于支撑台7上，读写器发射天线1主瓣方向与防护罩6的上边沿平面成45°角，以防护罩6上边沿中点位置为中心，在防护罩6上面开了一个宽为的d的读标签窗口A。
在本发明的一个实施例中，读写器发射天线支架2高为0.3米，由聚苯乙烯材料制成，外裹吸波材料，支架上方分别固定欧姆龙V740-HS01CA型天线作为读写器发射天线1，以及固定泰克RSA3308A实时频谱分析仪自带天线作为频谱分析仪接收天线3，频谱分析仪接收天线3与读写器天线支架2之间的距离为0.3米，频谱分析仪接收天线3紧靠着读标签窗口，频谱分析仪10选用能够进行频域触发并显示无线信号瞬时波形的泰克RSA3308A型实时频谱分析仪，控制计算机12选择带有LAN接口的普通联想PC机，与RSA3308A及待测读写器11通过1000Mbps以太网交换机进行连接，使用基于VXI总线的TCP/IP协议传输模式完成数据交换，待测读写器11采用欧姆龙V750-BA50C04-CN型读写器，待测电子标签4采用欧姆龙V750-D22M51A-IM-R500型标签、转盘5采用由介电常数小于1.5塑料制成的直径为60cm转盘、防护罩6采用尺寸为80cm×80cm×10cm的钢板制成防护罩、驱动电机8采用松下MHMA1.5KW型电机、驱动电机控制器9采用松下PLC可编程控制器AFPX-C30T+AFPX-COM1型套件。
如图3所示，图3为本发明提供的电子标签在高速运动状态下的RFID应用***性能基准测试方法流程图，包括以下步骤：
步骤301：设备初始化，分别建立控制计算机12与待测读写器11、驱动电机控制器9、频谱分析仪10之间的通信连接，使待测读写器11和驱动电机控制器9进入工作准备状态，频谱分析仪10进入频谱分析仪频域模板触发模式准备状态；
步骤302：在控制计算机12上设定标签运动速度V，控制计算机12向驱动电机控制器9发送指令，使待测电子标签以设定速度V随转盘5运动，V＝2πRn/60，R为标签所在位置到转盘中心位置得距离，本实施例中R＝30cm，V＝30km/h。n为驱动电机每分钟的转速，其中驱动电机采用日本松下MINAS-A4系列交流伺服***，电机转动精度是的转速千分之一，最高转速为2000转/分钟。
步骤303：通过控制计算机12设定待测读写器11的发射功率为所在地区规定读写器发射功率的最大值，如在中国发射功率最大为2WERP，设定待测读写器的发射频点fc为，如在中国RFID的使用频段为840-845MHz和920-925MHz，待测读写器11重复发送读取单个电子标签指令，本实施例中读写器发射功率设为2W，读写器发射频点fc＝920.125MHz；
步骤304：在控制计算机12端设定频谱分析仪10的频域模板触发功能对待测读写器11的发射频点为fc＝920.125MHz的信号进行触发，然后记录待测读写器11发射功率读写器PT＝2W和频谱分析仪10捕获的信号。触发后读取频谱分析仪接收天线3位置处的最大信号强度PR，PR单位为dBm，并将待测读写器11的发射功率PT设定为：
其中D为频谱分析仪接收天线3与待测读写器发射天线1之间的距离，本实施例中为0.4米，λ＝c/fc为波长，当fc＝840.125MHz时，λ＝0.3568米，当fc＝920.125MHz时，λ＝0.3258米，GR为频谱分析仪接收天线增益，GT为待测读写器发射天线增益，本实施例中GR＝2.3dBi，GT＝10dBi；
步骤305：在控制计算机12端对采用频谱分析仪10的频域模板触发功能捕获的信号进行解调分析，看是否能正确解调出待测电子标签4的信号，如果已经正确解调出待测电子标签4的信号，则进入步骤306；如果不能正确解调出待测电子标签4的信号，则回到步骤304；
步骤306：由控制计算机12统计待测读写器11的发射频点为fc＝920.125MHz的信号功率值和解调出来的待测电子标签4信号的功率值，同时保存捕获的图像；
步骤307：在控制计算机12端判断是否对待测电子标签4的运动速度V进行了调整，如果没有对待测电子标签4的运动速度进行调整，进入步骤308；否则回到步骤302；
步骤308：断开控制计算机12与待测读写器11、驱动电机控制器9、频谱分析仪10之间的通信连接，关闭所有测试设备，测试结束；
上面描述是用于实现本发明及其实施例，本发明的范围不应由该描述来限定，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均属于本发明权利要求来限定的范围。
Claims (10)
1.高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***，其特征在于：该***包括：读写器发射天线、读写器天线支架、频谱分析仪接收天线、待测电子标签、转盘、防护罩、支撑台、驱动电机、驱动电机控制器、频谱分析仪、待测读写器、控制计算机，其中读写器发射天线置于读写器天线支架上，频谱分析仪接收天线置于防护罩上面，待测电子标签安装于转盘上，读写器发射天线的主瓣轴与待测电子标签天线的主瓣轴重合，在读写器发射天线的几何中心与待测电子标签的辐射面几何中心连线上设置有频谱分析仪接收天线，转盘固定在驱动电机上，防护罩套在转盘和待测电子标签外部，防护罩和驱动电机都置于支撑台上；读写器发射天线与待测读写器通过射频馈线相连，频谱分析仪接收天线与频谱分析仪之间通过射频馈线相连；控制计算机与驱动电机控制器连接，驱动电机控制器与驱动电机连接，控制计算机向驱动电机控制器发送转速控制指令，驱动电机控制器根据转速控制指令控制驱动电机及转盘转动，使固接于转盘上的待测电子标签以设定的速度运动；控制计算机分别与待测读写器和频谱分析仪连接，控制计算机向待测读写器发送读取单标签指令，读写器发射天线按照设定时间间隔发射电磁信号等待待测电子标签响应，频谱分析仪通过频谱分析仪接收天线捕电磁信号，在待测读写器发射的主信道进行触发，并通过控制计算机读取待测读写器的单标签读取结果，在控制计算机上判断本次读取是否成功，成功后记录捕获标签信号的图形和功率值，否则继续用频谱分析仪捕获信号进行分析；如果标签运动速度进行了调整，在控制计算机上设定待测电子标签运动速度，以开始下一次测试。
2.根据权利要求1所述的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***，其特征在于：所述读写器发射天线支架采用传导率低且介电常数小于1.5的材料制成。
3.根据权利要求1所述的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***，其特征在于：所述读写器发射天线是增益为10dBi及10dBi以上的标准增益天线，在测试带宽范围内，读写器发射天线的增益基本保持不变。
4.根据权利要求1所述的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***，其特征在于：所述频谱分析仪接收天线是增益为2dBi及2dBi以上的双偶极子天线，所述频谱分析仪是能够进行频域触发并显示无线信号瞬时波形的仪器。
5.根据权利要求1所述的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***，其特征在于：所述驱动电机是转速及其精度可以通过驱动电机控制器进行实时控制的电机，并且电机转速可以通过控制计算机远程调整，驱动电机的外部贴了一层吸波材料。
6.根据权利要求1所述的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***，其特征在于：所述转盘是采用传导率低且介电常数小于1.5的塑料材料制成，转盘的边缘有安装待测电子标签的固件，固件材料与转盘一样。
7.根据权利要求1所述的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试***，其特征在于：防护罩是由外面贴了吸波材料的钢板组成，防护罩的正上方中间有一个长方形的开口。
8.一种如权利要求1所述***的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试方法，其特征在于，该测试方法包括以下步骤：
步骤1：设备初始化，分别建立控制计算机与待测读写器、驱动电机控制器、频谱分析仪之间的通信连接，使待测读写器和驱动电机控制器进入工作准备状态，频谱分析仪进入频谱分析仪的频域模板触发模式准备状态；
步骤2：在控制计算机上设定待测电子标签运动速度V，控制计算机向驱动电机控制器发送指令，使待测电子标签以设定速度V随转盘运动，V＝2πRn/60，R为待测电子标签所在位置到转盘中心位置的距离，n为驱动电机每分钟的转速；
步骤3：通过控制计算机设定待测读写器的发射功率为所在地区规定读写器发射功率的最大值，设定待测读写器的发射频点为fc，待测读写器重复发送读取单个待测电子标签指令；
步骤4：在控制计算机端设定频谱分析仪的频域模板触发功能对待测读写器的发射频点为fc的信号进行触发，然后记录待测读写器发射功率读写器PT和频谱分析仪捕获的信号；触发后读取频谱分析仪接收天线位置处的最大信号强度PR，PR单位为dBm，并将待测读写器的发射功率PT设定为：
其中D为频谱分析仪接收天线与待测读写器发射天线之间的距离，λ为波长，GR为频谱分析仪接收天线增益，GT为待测读写器发射天线增益；
步骤5：在控制计算机端对采用频谱分析仪的频域模板触发功能捕获的信号进行解调分析，判断解调分析是否能正确解调出待测电子标签的信号，如果已经正确解调出待测电子标签的信号，则进入步骤6；如果不能正确解调出待测电子标签的信号，则回到步骤4；
步骤6：由控制计算机统计待测读写器的发射频点为fc的信号功率值和解调出来的待测电子标签信号的功率值，同时保存捕获的电子标签图像；
步骤7：在控制计算机端判断是否对待测电子标签的运动速度进行了调整，如果没有对待测电子标签的运动速度进行调整，进入步骤8；否则回到步骤2；
步骤8：断开控制计算机与待测读写器、驱动电机控制器、频谱分析仪之间的通信连接，关闭所有测试设备，测试结束；
9.根据权利要求8所述的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试方法，其特征在于：所述分别建立控制计算机与待测读写器、驱动电机控制器、频谱分析仪之间的通信连接是通过以太网、串口或者GPIB总线使控制计算机能够发送和接收来自待测读写器、驱动电机控制器、频谱分析仪的控制指令和查询结果。
10.根据权利要求8所述的高速运动电子标签的射频应用***性能的测试方法，其特征在于：所述在控制计算机端设定频谱分析仪的频域模板触发是在一个10ms-100ms的采样时间周期内，频域中出现满足设定的频率及功率条件的信号时触发相应的设备操作指令。
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