CN101806845B

CN101806845B - 射频识别系统测试台

Info

Publication number: CN101806845B
Application number: CN2010101216113A
Authority: CN
Inventors: 何怡刚; 李兵; 侯周国; 佘开; 朱彦卿; 廖华兵; 佐磊
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: CN101806845A

Abstract

本发明公开了一种射频识别系统测试台，包括上位机、PLC控制器、用于传送射频标签的输送机、调节发射天线和接收天线方向的天线旋转转台和天线转盘工作台；输送机由变频电机驱动；天线旋转转台设置在输送机的输送皮带上方；制动电机通过两级减速机与转台横轴连接，用于调节天线的俯仰角；伺服电机通过用于驱动第一天线转盘和第二天线转盘同步反向旋转的驱动机构与天线转盘工作台传动连接，用于调节发射天线和接收天线的方位角；发射天线与接收天线通过测量设备与上位机连接；变频电机、制动电机与伺服电机的控制端均与PLC控制器的输出端连接。该测试台可以模拟实际应用场景对射频标签进行综合测试，自动化程度高。

Description

射频识别系统测试台

技术领域

本发明属于射频标签的自动检测装置领域，具体涉及一种射频识别系统测试台。

背景技术

射频识别技术广泛应用于工业自动化、物流管理、交通运输管理、防伪、安全管理等领域。虽然射频识别技术已经比较成熟，相应产品比较多，但是对射频识别系统测试还很少，实际运用中对射频识别系统阅读器的安装位置、标签的贴附位置、物品运动速度等进行测试，必须重复安装、测试、然后移除，并重新安装于另一位置进行后续测试，这种方法很耗费时间且比较困难。因而需要一种可以模拟实际应用场景的射频识别系统测试装置。

发明内容

本发明要解决技术问题是提供一种射频识别系统测试台，可以模拟实际应用场景对射频标签进行综合测试，自动化程度高，以满足测试操作灵活性、测试效率高、测试可重复性强和适应范围广的要求。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种射频识别系统测试台，包括上位机、PLC控制器、用于传送射频标签的输送机、调节发射天线和接收天线方向的天线旋转转台和天线转盘工作台；

射频标签贴附在贴附材料上，贴附材料放置于输送机的输送皮带上；输送机由变频电机驱动；

天线旋转转台设置在输送机的输送皮带上方，天线旋转转台设有带动天线旋转转台台面旋转的转台横轴；制动电机通过两级减速机与转台横轴连接；

天线转盘工作台设有2个天线转盘，分别是第一天线转盘和第二天线转盘，均设置在天线转盘工作台的底面；发射天线与接收天线分别设置垂直朝下安装在第一天线转盘和第二天线转盘的底面圆心位置，天线的天线振子与天线转盘工作台的底面平行；伺服电机通过用于驱动第一天线转盘和第二天线转盘同步反向旋转的驱动机构与天线转盘工作台传动连接；

发射天线与接收天线通过测量设备与上位机连接；

变频电机、制动电机与伺服电机的控制端均与PLC控制器的输出端连接，PLC控制器与上位机连接。

在第一天线转盘和第二天线转盘的同轴位置分别设有第一天线转盘皮带轮和第二天线转盘皮带轮；在天线转盘工作台上还设有中间皮带轮；中间皮带轮设置在第一天线转盘皮带轮与第二天线转盘皮带轮之间；伺服电机的输出轴接有主动皮带轮；所述的主动皮带轮、第一天线转盘皮带轮、第二天线转盘皮带轮和中间皮带轮通过双面同步皮带传动连接。

所述的射频识别系统测试台还包括天线旋转转台台面高度调节机构，所述的天线旋转转台台面高度调节机构包括安装在天线旋转转台之机架上的手动升降螺旋副、直线轴承导杆和链轮组，手动升降螺旋副的一端设有旋转手把；另一端通过链条经链轮组与天线旋转转台台面连接；天线旋转转台设置在直线轴承导杆上。

本发明的有益效果：

该测试台的射频标签运行速度(即皮带速度)、天线的方位角和俯仰角、天线与射频标签的垂直高度均可控，因此，该测试台能模拟各种场合的射频标签测试，适用范围广。而且，机械结构与控制机构以及测量机构有机的结合在一起，可以实现综合的自动化测试；自动化程度高。该测试台在实际测试使用中，操作灵活方便，运行安全可靠，测试效率高、成本低；测试范围广，通过变频电机的速度控制，可从0-10米/秒范围内任意设定，可等效为时速0-160公里的范围；测试数据稳定可靠，测试可重复性强；通过PLC控制器以及驱动机构，测试天线可在规定角度范围内任意设定，可等效为标签以任意方位角度进入阅读器识别区域；标签至测试天线距离可调，可以测试阅读器的识别距离；测试状态、测试时间、测试条件可随要求任意设定，可适应于不同厂家的产品性能测试，可通用性好，应用范围广。

附图说明

图1是本发明所述一种射频识别系统测试台的俯视结构示意图。

图2是本发明所述测试天线方位角示意图。

图3是本发明所述发射天线和接收天线与待测射频标签相对位置示意图。

图4是本发明所述输送机结构示意图。

图5是本发明所述天线旋转转台的示意图。

图6是本发明所述天线转盘工作台示意图(未包括双面同步皮带)。

图7是本发明所述天线转盘工作台驱动机构示意图。

图8是本发明所述射频识别系统测试台信号流图。

标号说明：1-输送皮带，2-伺服电机，3-天线转台横轴，4-变频电机，5-制动电机，6-第一天线转盘，7-天线旋转转台台面，8-第二天线转盘，9-PLC控制器，10-上位机，11-天线巴伦，12-天线振子，α为俯仰角，β为方位角，13-发射天线，14-接收天线，15-射频标签，16-标签贴附材料，17-输送机机座，18-调节副，19-输送带机架，20-减速机，21-主动滚轮，22-平托辊，23-从动滚轮，24-天线旋转转台机架，25-脚轮，26-手动升降螺旋副，27-链轮组，28-链条，29-直线轴承导杆，30-直线轴承，31-两级减速机，32-主动皮带轮，33-第二天线转盘皮带轮，34-第一天线转盘皮带轮，35-中间皮带轮，36-天线转盘输入轴法兰，37-伺服电机输出轴，38-双面同步皮带，39-滑轨，40-测量仪器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种射频识别系统测试台，其特征在于，包括上位机，PLC控制器、用于传送射频标签的输送机、调节发射天线和接收天线方向的天线旋转转台和天线转盘工作台；射频标签贴附在贴附材料上，贴附材料放置于输送机的输送皮带上；输送机由变频电机驱动；天线旋转转台设置在输送机的输送皮带上方，天线旋转转台设有带动天线旋转转台台面旋转的转台横轴；制动电机通过两级减速机与转台横轴连接；

发射天线与接收天线通过测量设备与上位机连接；

变频电机、制动电机与伺服电机的控制端均与PLC控制器的输出端连接。

射频识别系统测试台还包括天线旋转转台台面高度调节机构，所述的天线旋转转台台面高度调节机构包括安装在天线旋转转台之机架上的手动升降螺旋副、直线轴承导杆、直线轴承和链轮组，手动升降螺旋副的一端设有旋转手把；另一端通过链条经链轮组与天线旋转转台台面连接；天线旋转转台台面设置在直线轴承导杆上。

如图1，变频电机4控制输送皮带1运动速度，制动电机5通过转台横轴3调节天线旋转转台台面7与水平面之间的夹角(俯仰角，α)，伺服电机2通过第一天线转盘6和第二天线转盘8调节安装在第一天线转盘上的发射天线13和第二天线转盘上的接收天线14的天线振子12在XY平面上的投影与输送皮带纵向中心线(Y轴)之间的夹角(方位角，β)，如图2所示。通过调节第一天线转盘6和第二天线转盘8的高度位置，可以调节发射天线13和接收天线14的天线振子至输送带表面贴附的待测射频标签15的纵向高度H，改变射频标签与天线的相对位置(参见图3)。

如图4，输送皮带表面粘贴不同材质的标签贴附材料16，如瓦楞纸、木板、纺织面料、皮革、泡沫、海绵等，射频标签贴附在不同标签贴附材料表面，主动滚筒21、从动滚筒23带动输送皮带运动，进而带动射频标签做直线运动，变频电机4通过减速机20带动主动滚筒转动，PLC控制器9控制变频电机转速和角加速度，控制射频标签运动速度和加速度。平托辊22支撑输送皮带，减小输送皮带与接触面之间的摩擦力，延长设备的使用寿命。调节副18调节输送皮带的张紧力，调节主动滚筒和输送皮带间摩擦力，保证运动正常传递。输送机机座17为活动可拆装式，便于天线旋转机架的安装以及输送带机架19的高度位置调整。

如图5，天线旋转转台制动电机5通过两级减速机31带动转台横轴3沿水平轴向旋转，转动范围为±90°，可以连续转动，也可以以15°方式步进，转台横轴带动天线旋转转台台面7转动，天线转盘工作台通过滑轨39与天线旋转转台台面连接，天线旋转转台台面转动调节天线转盘工作台的俯仰角。手动升降螺旋副26旋转，通过链轮组27、链条28带动天线旋转转台台面通过直线轴承30沿直线轴承导杆29做上下运动，调节天线旋转转台台面至地面高度，改变安装在第一和第二天线转盘上的发射天线与接收天线的天线振子至输送带表面贴附的待测射频标签高度H，高度H可调范围为0～1米。天线转盘工作台通过滑轨可沿天线旋转转台台面横向滑动，改变天线转盘工作台至射频标签相对位置。天线旋转转台机架24两支撑脚安装固定脚轮，两支撑脚安装万向带刹车脚轮25，天线旋转转台机架可以通过脚轮移动，改变与待测射频标签的相对位置，也可以固定，便于实验与测试。

如图6，第一天线转盘和第二天线转盘通过伺服电机2驱动，可以在360°范围连续转动，可以按15°方式步进，改变安装在第一天线转盘圆心位置上的发射天线和第二天线转盘圆心位置上的接收天线的天线振子在XY平面的投影与输送皮带纵向中心线之间的夹角(方位角)。伺服电机输出轴37通过法兰与天线转盘输入轴法兰36连接，便于更换不同天线转盘。第一天线转盘和第二天线转盘轴为中空轴，外带夹具固定测试天线，天线射频电缆穿过天线转盘中空轴与测量设备连接，防止天线转盘转动造成射频电缆旋转缠绕，影响测量精度。

天线转盘工作台的驱动机构如图7所示，在第一天线转盘和第二天线转盘的同轴位置分别设有第一天线转盘皮带轮34和第二天线转盘皮带轮33；在天线转盘上还设有中间皮带轮35；中间皮带轮设置在第一天线转盘皮带轮与第二天线转盘皮带轮之间；伺服电机的输出轴接有主动皮带轮32；所述的主动皮带轮、第一天线转盘皮带轮、第二天线转盘皮带轮和中间皮带轮通过双面同步皮带38传动连接。天线转盘输入轴通过带轮副和双面同步皮带带动第一天线转盘和第二天线转盘转动。第一天线转盘皮带轮通过双面同步皮带内侧齿与天线转盘输入轴主动皮带轮连接，旋转方向与天线转盘输入轴同向，第二天线转盘皮带轮通过双面同步皮带外侧齿与天线转盘输入轴主动皮带轮连接，旋转方向与天线转盘输入轴反向，第一天线转盘和第二天线转盘同步反向旋转，保证测试发射天线与接收天线沿输送皮带轴向中心线对称，中间皮带轮调节双面同步皮带的张紧力，保证运动正常传递。

射频识别系统测试台信号流图如图8所示，整个测试台的操作控制是由上位机10集中控制，系统控制信号经上位机传输至测试台PLC控制器9，然后传输至执行机构，如：变频电机4、制动电机5、伺服电机2，同时将具体执行信息通过PLC控制器返回上位机，系统测试控制信号经上位机传输至测量仪器40，经过测量仪器内部模块处理，通过测试发射天线13发送，待测射频标签15反向散射，接收天线14接收信号返回测量仪器，经过内部模块处理，返回至上位机，经过相关应用软件处理，最后得出测试结果；控制程序编制好后驻留在PLC控制器内存中，通过OPC软件与上位机通信，可以单独运行，上位机中其它应用软件也可以通过OPC调用该运行程序，通过操作面板按钮选择；控制方式-单独运行、联机、手动、自动；测试条件-测试速度、加速度、测试天线至射频标签距离、测试天线方位角、测试天线俯仰角、测试时间、测试次数等状态参数；控制方式和状态参数选定好后，即可以通过开始和停止按钮进行测试台的测试工作。PLC控制器设置有联机通信端口和模拟控制输出端口，联机通信端口可与系统上位机或系统网络进行双向数据通信，以便进行联网的数据采集、集中控制和数据实时分析；模拟控制输出端口可以对模拟实际应用场景时的控制状态进行模拟输出，如仓库管理系统中运用射频识别技术实现物品出/入库控制、物品存放位置及数量统计、信息查询过程自动化时，通常要使用主机、打印机、出/入库阅读器、位置阅读器、移动读写器、电动控制门、报警检测装置等设备，可以通过模拟控制端口的输出设置，将信号输入到相应的电动控制门、报警检测装置、主机等装置，经过后台仓库管理系统处理，便可以模拟实际应用的全程控制。

当设置好控制以及测试条件等状态参数后，旋转手动升降螺旋副，调节测试天线与射频标签距离至要求值，点击开始按钮，测试台的三台电机即开始转动，当制动电机和伺服电机转到控制设定位置时，即测试天线方位角和俯仰角到测试要求值时，制动电机和伺服电机停止运转，变频电机继续运转，输送带达到测试要求速度后，测试设备开始工作，采集现场数据，进行实时分析。通过改变上位机控制面板运行参数，改变变频电机转动速度、制动电机和伺服电机转动角度，即可以开始下轮测试分析，这样往复循环。输送带上的射频标签通过测试天线工作区域时，是以设定的速度通过的，测试天线方位角和俯仰角是可以任意调节的，模拟射频标签以不同的方位角度进入阅读器识别区域，由此而进行的测试工作，很好地模拟了实际应用场景，提高了测试效率，降低了实际测试成本。

在实际使用中的输送带采用橡胶皮带，是为了减少空间介质对测试射频信号的干扰影响，提高测试精度；输送皮带表面粘贴有不同材质的材料，是为了测试射频标签贴附与不同材料时整个射频识别系统性能指标。

Claims

1.一种射频识别系统测试台，其特征在于，包括上位机、PLC控制器、用于传送射频标签的输送机、调节发射天线和接收天线方向的天线旋转转台和天线转盘工作台；

天线转盘工作台设有2个天线转盘，分别是第一天线转盘和第二天线转盘，均设置在天线转盘工作台的底面；发射天线与接收天线分别设置垂直朝下安装在第一天线转盘和第二天线转盘的底面圆心位置，天线的天线振子与天线转盘工作台的底面平行；伺服电机通过用于驱动第一天线转盘和第二天线转盘同步反向旋转的驱动机构与天线转盘工作台传动连接；天线转盘工作台通过滑轨可沿天线旋转转台台面横向滑动；

发射天线与接收天线通过测量设备与上位机连接；

2.根据权利要求1所述的射频识别系统测试台，其特征在于，在第一天线转盘和第二天线转盘的同轴位置分别设有第一天线转盘皮带轮和第二天线转盘皮带轮；在天线转盘工作台上还设有中间皮带轮；中间皮带轮设置在第一天线转盘皮带轮与第二天线转盘皮带轮之间；伺服电机的输出轴接有主动皮带轮；所述的主动皮带轮、第一天线转盘皮带轮、第二天线转盘皮带轮和中间皮带轮通过双面同步皮带传动连接。

3.根据权利要求1或2所述的射频识别系统测试台，其特征在于，还包括天线旋转转台台面高度调节机构，所述的天线旋转转台台面高度调节机构包括安装在天线旋转转台之机架上的手动升降螺旋副、直线轴承导杆和链轮组，手动升降螺旋副的一端设有旋转手把；另一端通过链条经链轮组与天线旋转转台台面连接；天线旋转转台设置在直线轴承导杆上。