CN103438925B - 无线射频识别设备检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线射频识别设备检测装置，包括：夹持机构，用于固定被测无线射频识别设备的天线；角度测量机构，用于改变被测天线与标签的角度，并获取角度值；距离测量机构，用于改变被测天线与标签之间的距离，并获取距离值；所述夹持机构分别与所述角度测量机构及距离测量机构配合连接。本发明针对RFID设备的性能检测，具有成本低、操作方便、检测结果有效性强的优点。

Description

无线射频识别设备检测装置

技术领域

本发明涉及无线射频识别领域，具体涉及一种无线射频识别设备检测装置。

背景技术

RFID（Radio Frequency Identification，无线射频识别）是一种非接触式的自动识别技术。RFID检测系统，即按照统一的标准，通过合适的检测设备，对RFID读写器、天线、标签等各个部分进行标准测试及性能测试的系统。

随着RFID技术的飞跃式发展，特别是近几年来，物联网等前沿概念的不断兴起，各种RFID设备的应用愈加广泛。RFID设备的性能好坏直接影响到了各相关行业的发展，尤其是在企业设备采购过程中，面对多家RFID设备供货商，如何迅速判定不同厂家设备的优劣，从中选取自己所需的产品，就成为一个非常重要的问题。虽然目前国内外有各种不同的RFID检测厂商与设备，但是现有的检测系统，存在检测标准没有完全统一、检测成本过高、检测方式复杂多样的问题。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种成本低、操作方便、检测结果有效性强的RFID检测系统。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种无线射频识别设备检测装置，其特征在于，包括：

夹持机构，用于固定被测无线射频识别设备的天线；

角度测量机构，用于改变被测天线与标签的角度，并获取角度值；

距离测量机构，用于改变被测天线与标签之间的距离，并获取距离值；

所述夹持机构分别与所述角度测量机构及距离测量机构配合连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明针对RFID设备的性能检测，具有成本低、操作方便、检测结果有效性强的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的无线射频识别设备检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的夹持机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的角度测量机构的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的测量平台的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的丝杠传动机构的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的优选的无线射频识别设备检测装置的结构示意图；

图7是系统初始化设置的界面图；

图8为系统初始化完成的界面图；

图9为有效距离测试开始的界面图；

图10为读到有效标签信号的界面图；

图11为测试数据存入数据库的界面图；

图12为保存测试数据的界面图；

图13为距离测试结果分析的界面图

图14为扫描标签信号的界面图；

图15为读到有效标签信号的界面图；

图16为保存测试数据的界面图；

图17保存测试数据的界面图；

图18为角度测试结果分析的界面图；

图19为多标签测试扫描标签信号的界面图；

图20为定距离测试结果的的界面图；

图21为扫描标签信号的界面图；

图22为定角度测试结果的界面图；

图23为XCRF804型号RFID读写器单一标签距离测试结果的界面图；

图24为XCRF804型号RFID读写器单一标签角度测试结果的界面图；

图25为XCRF804型号RFID读写器多标签定距离测试结果的界面图；

图26为XCRF804型号RFID读写器多标签定角度测试结果的界面图。

附图标记：

1-夹持机构，10-支架，11-夹持部；

2-角度测量机构，20-码盘，21-转轴，22-第一大齿轮，23-第一小齿轮，24-第一电机，25-第二小齿轮，

3-距离测量机构，30-距离测量传感器，31-丝杠传动机构，310-滚珠丝杠，311-螺母，312-第二大齿轮，313-第三小齿轮，314第二电机314，32-支撑框，33-平台，34光杠；

4-支撑架；

5-底板；

6-读写器；

7-电机开关；

8-螺栓式万向轮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，一种无线射频识别设备检测装置，包括：

夹持机构1，用于固定被测无线射频识别设备的天线；

角度测量机构2，用于改变被测天线与标签的角度，并获取角度值；

距离测量机构3，用于改变被测天线与标签之间的距离，并获取距离值；

夹持机构1分别与角度测量机构2及距离测量机构3配合连接。

本发明的夹持机构用来固定被测RFID天线，夹持机构具有较强的适应性，可以在一定范围内进行调整，以夹取和固定不同大小和形状的天线设备。因此本发明的系统能满足不同型号的RFID读写器及天线，同时，夹持机构必须能与角度测量装置顺利结合，为RFID设备的工作角度检测提供便利。

本发明的角度测量机构用于检测RFID设备工作的有效角度范围，安装有角度测量传感器，又名码盘，并在直流电机的带动下与夹持机构及天线平稳双向旋转，改变被测天线与RFID标签之间的角度，并实时获取角度值。

本发明的距离测量机构用于检测RFID设备工作的有效距离范围，安装有测量距离传感器，并在直流电机的带动下平稳直线往复运动，以改变被测天线与RFID标签之间的距离，并实时获取距离数据。

可选的，参见图2，夹持机构1包括支架10，支架10上设有活动抓手11，活动抓手11用于固定所述天线，和/或，夹持机构1由铝质材料制作而成。

本发明通过可调节的活动抓手固定天线，可适应不同大小和形状的天线，适用范围广。该夹持机构为铝质材料，本体质量较轻，并且能够轻松负担起天线的重量。

优选地，支架10为十字形支架，支架10的4个端部分别固定一个夹持部11，4个夹持部组成一个活动抓手，夹持部11能够沿着支架10的端部滑动，并在相应的位置与支架10固定连接。

本发明采用一个自由活动的四点夹持机构，夹持更牢固，可根据天线大小调节夹持机构的活动爪手的位置。

优选地，参见图3，角度测量机构2包括码盘20、转轴21、第一大齿轮22、第一小齿轮23、第一电机24及第二小齿轮25，第一电机24连接第二小齿轮25，第二小齿轮25与第一大齿轮22啮合，第一大齿轮22与第一小齿轮25啮合，第一小齿轮23连接码盘20，第一大齿轮22连接转轴21，转轴21连接夹持机构。

本发明的转轴连接在夹持机构的支架后部，便于角度测量机构的工作。本发明的第一电机为直流电机，可正反向转动，通过直流电机的第二小齿轮与第一大齿轮啮合，带动转轴旋转，转轴与夹持机构固定连接，带动整个天线正反向旋转；同时，旋转运动通过第一小齿轮传递给码盘，再通过光栅表等设备输出角度测量数据，完成天线角度值的测量。

可选地，码盘为绝对式角编码器、增量式角编码器或混合式轴角编码器。

经过市场调查和多方比较，本发明优选希林恒业公司的G5-24C型号码盘，配合相应的光栅表，由码盘获取角度后输出模拟信号，通过信号线输入光栅表中，光栅表进行转换，输出数字信号，在液晶显示屏上显示角度值，同时通过串口RS485向PC输出。

本发明角度传感器参数：测量精度：0.1°；码盘输入电压：5V直流（由光栅表提供）；光栅表输入电压：220V交流；输出：RS485。

优选的，参见图4和图5，距离测量机构3包括距离测量传感器30、丝杠传动机构31和支撑框32，丝杠传动机构31安装在支撑框32上，距离测量传感器30、夹持机构1与角度测量机构2设置在平台33上，平台33连接丝杠传动机构31。

本发明平台承载重量较小，移动速度要求很低，但测量距离值需要精确到毫米，且需要装置平稳运动以便天线接收信号，因此采用滚珠丝杠传动机构，能够满足机构定位精度及平稳性的要求。

优选的，丝杠传动机构31包括滚珠丝杠310和螺母311，滚珠丝杠310一端设置在支撑框32的轴承上，另一端穿过支撑框32连接第二大齿轮312，第二大齿轮312与第三小齿轮313啮合，第三小齿轮313连接第二电机314，滚珠丝杠310上连接有螺母311，螺母311连接平台33，平台33两侧设有直线轴承，支撑框32两侧设有光杠34，光杠34对应设置在所述直线轴承上。

本发明的第二电机为直流电机，第二电机可正反向转动，通过第三小齿轮与第二大齿轮啮合，带动滚珠丝杠正反向转动，使得螺母沿直线往复运动。螺母的运动带动平台运动，从而带动平台上的距离测量传感器、夹持机构与角度测量机构随同一起做往复直线运动。

可选的，距离测量传感器为超声波测距传感器、红外线测距传感器或激光测距传感器；经过市场调查和多方比较，本发明优选北京飞拓信达公司的FTM-50型号激光测距传感器，此传感器为相位式激光测距传感器。

参见图6，为了便于操作，支撑框32的下端设有支撑架4，支撑架4上设有电机开关7，支撑架4上设有底板5，底板5用于放置无线射频识别读写器6。底板上还可以放置各类线缆。

为方便移动，支撑架4的底部设有螺栓式万向轮8。

本发明可以在四根支撑架的底端分别安装螺栓式万向轮，方便整个测量平台的移动，还可以通过调整螺栓式万向轮上的螺母位置，分别微调四根支架的高度，以便保证上部测量平台的水平。

本发明的测试原理：

本发明天线平台需平稳低速运动，可双向旋转，以正对被测标签为起始位置0°，旋转范围为±90°。因此本发明的第一电机采用低速直流电机，经过齿轮组减速为天线平台的旋转运动提供动力；通过双刀双掷开关控制第一电机转向，实现正负角度的旋转。由于本发明仅承载一个天线的重量，且旋转方向在同一平面上，因此不需要额外的传动机构，仅靠一级齿轮传动就可以满足要求。角度测量传感器通过齿轮直接与旋转机构相连，随电机同时转动进行角度测量。将角度测量机构安装在丝杠传动机构螺母上，形成如图4所示的测量平台，并将激光测距传感器放置在此平台上，两侧为两根光杠，通过直线轴承与测量平台相连接。这样，激光测距传感器就随着测量平台一同运动，实时监测天线与目标之间的距离。

采用本发明的检测装置对IF30型号阅读器及天线测试：

单一标签测试实例

1、安装设备

（1）安装IF30读写器；

（2）安装RFID天线，使用活动抓手将天线固定；

（3）联接计算机、读写器及各传感器；

（4）接通电源；

2、放置RFID标签

将标签放置在距离RFID测试平台正前方2m左右的位置，与天线中心等高，并记下标签ID。

3、系统初始化，参见图7：

（1）设置激光测距传感器端口；

（2）设置角度编码器端口；

（3）设置阅读器型号；

（4）设置标签ID；

（5）设置距离校正；

4、点击确定，初始化完成，开始一组新的测试，参见图8；

5、测试有效距离

（1）调整天线角度，使之正对标签，角度值为0；

（2）选择“距离变”选项；

（3）点击“开始测量距离角度”按钮，各传感器开始工作，界面上显示当前距离值；

（4）距离值稳定后，点击“开始测RFID信号”按钮，此时，RFID读写器开始工作，并显示提示信息，扫描标签信号，参见图9。

（5）向前扳动开关1，测试平台开始平稳向前直线运动，逐渐接近标签。当到达有效距离时，RFID读写器读到目标标签信号，界面上显示提示信息，同时，距离值不再改变，参见图10

关闭开关1，选择是否保存本次测试结果。

参见图11，点击“保存结果”按钮，本次测试数据存入数据库，备用。

（6）反向扳动开关1，将测试平台退回到初试位置。点击“重新开始”按钮，开始一次新的测试。

（7）按照本步骤要求，反复测试10次并保存数据，完成本组测试，参见图12。

6、距离测试结果分析

点击“分析”按钮，进行测试结果分析，出现以下结果分析窗口，如图13所示。在结果分析模块中可以查看本次测试的距离的平均值、方差、标准差等统计数据，以及折线图。

7、测试有效角度

（1）初始化完成后，点击“开始测量距离角度”按钮，各传感器开始工作，界面上显示当前距离及角度值。

扳动开关1，将测试平台置于有效距离内。此处，选择1.5m的距离，以便于测试。

（2）选择“角度变”选项，向左扳动开关2，将天线向右旋转至-90°位置。

待角度值稳定后，点击“开始测RFID信号”按钮，此时，RFID读写器开始工作，扫描标签信号，参见图14。

（3）向右扳动开关2，测试平台开始平稳向左旋转，逐渐正对标签。

当进入有效角度范围时，RFID读写器读到目标标签信号，界面上显示提示信息，同时，角度值不再改变。

（4）关闭开关2，选择是否保存本次测试结果。点击“保存结果”按钮，本次测试数据存入数据库，备用，参见图15。

（5）反向扳动开关2，将测试平台旋转到初试位置。

点击“重新开始”按钮，开始一次新的测试。

按照本步骤要求，反复测试10次并保存数据，完成右侧角度测试，参见图16。

（6）同理，向右扳动开关2，将天线旋转至-90°位置，开始测量右侧有效角度范围。

同样反复测试10次并保存数据，完成左侧角度测试。如图17所示。

完成本组测试。

8、角度测试结果分析

点击“分析”按钮，进行测试结果分析，出现以下结果分析窗口，参见图18。

查看本次测试的角度值的平均值、方差、标准差等统计数据。

如果需要，点击“打印”按钮，打印本次测试结果。

由图中可知，IF30读写器单一标签测试结果为：

有效距离：1602.5mm

距离标准差：5.2mm

正方向有效角度：15.59°

正方向角度标准差：0.36°

反方向有效角度：-10.37°

反方向角度标准差：0.19°

测试结果分析：由以上结果可以看出，该RFID检测平台对IF30读写器及天线的距离检测有效值在1602.5mm左右，标准差很小，只有5.2mm，测试结果相对稳定；而在角度检测过程中，正方向（左侧）和反方向（右侧）的角度范围差别较大，分别是15.59°和-10.37°，究其原因，是由于实验室中标签位置的左右侧环境不同引起的，如在进行试验时，标签左侧为空旷区域，右侧为高2.5m，宽1m的钢制机架，该机架对RFID信号产生了阻碍作用，导致右侧的有效角度范围减小。

多标签测试实例

1、安装设备

同单标签测试实例的第一步；

2、放置多个RFID标签

将5个标签放置在距离RFID测试平台正前方1.5m左右的位置，与天线中心等高；

3、系统初始化

（1）设置阅读器型号；

（2）设置测试时间；

（3）设置目标标签个数；

（4）设置距离校正；

4、点击确定，初始化完成，开始一组新的测试；

5、定距离测试

（1）调整天线角度，使之正对标签，角度值为0；

（2）选择“定距离”选项；

（3）向前或向后扳动开关1，测试平台开始平稳直线运动，直至将距离值调整为1500mm（在1.1中测得到有效距离范围内值）；

（4）点击“开始测量”按钮，此时，RFID读写器开始工作，扫描标签信号，参见图19；

（5）RFID读写器读到目标标签信号，界面上显示标签ID及分别的读取次数，直到设定的时间结束。

屏幕出现提示信息，分析结果为10s内标签识读率及读取总次数，参见图20。

（6）如需重新测试，点击“清零”按钮，清除当前数据，重新开始一次新的测试。

6、定角度测试

（1）扳动开关1，将测试平台置于有效距离内，此处，选择1500mm的距离，以便于测试；

（2）选择“定角度”选项；

（3）向左扳动开关2，将天线旋转至10°位置（1.1中测试的正向有效角度范围内）；

（4）点击“开始测量”按钮，此时，RFID读写器开始工作，扫描标签信号，参见图21；

（5）RFID读写器读到目标标签信号，界面上显示标签ID及分别的读取次数，直到设定的时间结束。

屏幕出现提示信息，分析结果为10s内标签识读率及读取总次数，参见图22。

（6）如需重新测试，点击“清零”按钮，清除当前数据，重新开始一次新的测试。

由以上图中可知，IF30读写器多标签测试的结果为：

定距离测试（1500mm）：

读取总次数：30

标签识读率：60%

定角度测试（10°）：

读取总次数：31

标签识读率：40%。

采用本发明的装置对XCRF804型号读写器及天线测试。

单标签测试实例

按照以上步骤，同样可以测得XCRF804型号RFID读写器及天线单一标签的测试参数。

参见图23和图24，由图23和图24中可知，XCRF804读写器单一标签测试结果为：

有效距离：1523.6mm

距离标准差：23.58mm

正方向有效角度：13.67°

正方向角度标准差：0.59°

反方向有效角度：-8.66°

反方向角度标准差：0.44°。

多标签测试实例

参见图25和图26，由图25和图26中可知，XCRF804读写器多标签测试的结果为：

定距离测试（1500mm）：

读取总次数：29

标签识读率：40%

定角度测试（10°）：

读取总次数：19

标签识读率：40%。

采用本发明的检测系统对IF30、XCRF804两种型号的读写器及天线进行了检测，检测结果如下：

表1单一标签测试结果对比分析

检测项目	IF30读写器	XCRF804读写器
			有效距离（mm）：	1602.5	1523.6
距离标准差（mm）：	5.2	23.58
			正方向有效角度（°）：	15.59	13.67
正方向角度标准差（°）：	0.36	0.59
			反方向有效角度（°）：	-10.37	-8.66
反方向角度标准差（°）：	0.19	0.44

通过以上对比可以看出，IF30读写器在有效距离、角度方面都比XCRF804读写器优秀，同时，其测试标准差较小，说明性能相对比较稳定，各次测试偏差情况相对较小。

表2多标签测试结果对比分析

通过以上对比可以看出，IF30读写器在读取多个标签时，反应相对灵敏，识读率高，总体来说，IF30读写器的性能要优于XCRF804读写器。

本发明的检测系统具有如下的优点：

本发明的检测系统适合不同型号、不同规格的RFID设备，具有通用性。

本发明只需要人工控制两个电机开关，所有机构运动都依靠低速直流电机完成，方向可控，而且通过合适的传动机构，整个平台的运行稳定精确、可靠性高，抗干扰能力强。

在本发明上述各实施例中，实施例的序号仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (10)

1.一种无线射频识别设备检测装置，其特征在于，包括：

夹持机构，用于固定被测无线射频识别设备的天线；

角度测量机构，用于改变被测天线与标签的角度，并获取角度值；

距离测量机构，用于改变被测天线与标签之间的距离，并获取距离值；

所述距离测量机构包括距离测量传感器、丝杠传动机构和支撑框，所述丝杠传动机构安装在所述支撑框上，所述距离测量传感器、所述夹持机构与所述角度测量机构设置在平台上，所述平台连接所述丝杠传动机构；

所述夹持机构分别与所述角度测量机构及距离测量机构配合连接。

2.根据权利要求1所述的无线射频识别设备检测装置，其特征在于，

所述夹持机构包括支架，所述支架上设有活动抓手，所述活动抓手用于固定所述天线。

3.根据权利要求2所述的无线射频识别设备检测装置，其特征在于，所述夹持机构由铝质材料制作而成。

4.根据权利要求2所述的无线射频识别设备检测装置，其特征在于，

所述支架为十字形支架，所述支架的4个端部分别固定一个夹持部，所述4个夹持部组成一个活动抓手，所述夹持部能够沿着所述支架的端部滑动，并在相应的位置与所述支架固定连接。

5.根据权利要求1所述的无线射频识别设备检测装置，其特征在于，

所述角度测量机构包括码盘、转轴、第一大齿轮、第一小齿轮、第一电机及第二小齿轮，所述第一电机连接第二小齿轮，所述第二小齿轮与所述第一大齿轮啮合，所述第一大齿轮与所述第一小齿轮啮合，所述第一小齿轮连接所述码盘，所述第一大齿轮连接转轴，所述转轴连接所述夹持机构。

6.根据权利要求5所述的无线射频识别设备检测装置，其特征在于，

所述码盘为绝对式角编码器、增量式角编码器或混合式轴角编码器。

7.根据权利要求1-6任一项所述的无线射频识别设备检测装置，其特征在于，

所述丝杠传动机构包括滚珠丝杠和螺母，所述滚珠丝杠一端设置在支撑框的轴承上，另一端穿过所述支撑框连接第二大齿轮，所述第二大齿轮与第三小齿轮啮合，所述第三小齿轮连接第二电机，所述滚珠丝杠上连接有螺母，所述螺母连接所述平台，所述平台两侧设有直线轴承，所述支撑框两侧设有光杠，所述光杠对应设置在所述直线轴承上。

8.根据权利要求7所述的无线射频识别设备检测装置，其特征在于，

所述距离测量传感器为超声波测距传感器、红外线测距传感器或激光测距传感器。

9.根据权利要求7所述的无线射频识别设备检测装置，其特征在于，所述支撑框的下端设有支撑架，所述支撑架上设有电机开关，所述支撑架上设有底板，所述底板用于放置无线射频识别读写器。

10.根据权利要求9所述的无线射频识别设备检测装置，其特征在于，所述支撑架的底部设有螺栓式万向轮。