CN104598946B - 一种基于虚拟仪器的rfid标签最小触发功率的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟仪器的RFID标签最小触发功率的测试方法，包括以下步骤：RFID发射机向RFID标签发送激活命令，RFID标签接收到激活命令后，响应该激活命令，产生响应数据；RFID接收机接收响应数据并进行解码；参数配置模块配置发射频率范围、频率步进、发射功率范围、功率分辨率和接收功率门限；最小触发功率搜索模块在发射频率范围内不同的频点上，从最低发射频率开始，以最高发射频率为结束，以频率步进为间隔，在每个频率点上依次通过二分搜索法搜索出当前发射频率的频点上RFID标签的最小触发功率。该方法采用了虚拟仪器技术，适用于各类通信协议标准，可用于评估RFID标签的性能，改进了传统的对所有功率进行搜索而得出结论的方法，提高了测试效率。

Description

一种基于虚拟仪器的RFID标签最小触发功率的测试方法

技术领域

本发明涉及射频识别技术的测试技术领域，具体涉及一种基于虚拟仪器的RFID标签最小触发功率的测试方法。

背景技术

射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术通过射频方式进行非接触双向通信，以达到对目标对象的自动识别，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快捷等优点。RFID标签芯片中一般保存有按照相应通信协议标准进行编码的数据，用来对标签所附着的物体进行唯一标识。读写器通过其天线发射出一定频率的电磁波信号，当RFID标签位于读写器天线的工作范围内，标签的天线回路会产生感应电流，从而使得标签获得能量被激活并将芯片中保存的信息发送给读写器。读写器接收到来自标签的电磁波信号后，对其进行解调及解码，得到有用信息，从而达到无接触自动识别物体的目的。目前，RFID技术已经广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、身份识别等众多领域。

随着RFID技术应用的普及，其整体性能也越来越受到关注，尤其是如何评估RFID标签的性能已经成为重要的课题。远距离RFID系统的通信基于电磁场反向散射原理，因此其性能在很大程度上取决于读写器的发射功率。考虑到电磁兼容性，读写器的发射功率不能超过一定的功率限值，以免对附近的其他设备和人员造成干扰和伤害。当限值读写器的发射功率时，不同RFID标签的工作性能会有显著的差别。因此，研究RFID标签在不同工作频率下的最小触发功率，即激活RFID标签时读写器所需的最小发射功率，对评估RFID标签的工作性能有十分重要的意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于虚拟仪器的RFID标签最小触发功率的测试方法，该方法在每个频率点上依次通过二分搜索法搜索出当前发射频率的频点上RFID标签的最小触发功率，解决了现有技术的不足。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于虚拟仪器的RFID标签最小触发功率的测试方法，其特征在于，包括虚拟仪器和RFID标签；所述虚拟仪器包括RFID原型机和上位机；所述RFID原型机包括RFID发射机和RFID接收机；所述上位机包括参数配置模块和最小触发功率搜索模块；

该方法包括以下步骤：

1)RFID发射机向RFID标签发送激活命令，RFID标签接收到激活命令后，响应该激活命令，产生响应数据；

2)RFID接收机接收所述响应数据并进行解码；

3)参数配置模块配置发射频率范围、频率步进、发射功率范围、功率分辨率和接收功率门限；

4)最小触发功率搜索模块在发射频率范围内不同的频点上，从最低发射频率开始，以最高发射频率为结束，以频率步进为间隔，在每个频率点上依次通过二分搜索法搜索出当前发射频率的频点上RFID标签的最小触发功率。

进一步的，步骤4)中所述二分搜索法包括以下步骤：

4.1)初始化，将P_H设置为参数配置中的最高功率，将P_L设置为参数配置中的最低功率；其中有发射功率P_Ti、接收功率P_Ri、接收功率门限值P_th和功率分辨率d_P；

4.2)赋值P_T1＝P_H，调用RFID原型机发射命令，根据接收到的信号计算出接收功率P_R1、将P_R1与门限值P_th比较；

如P_R1<P_th，结束搜索，设置P_T1为最小触发功率；

如P_R1>P_th，进入下一步；

4.3)赋值P_T2＝P_L，调用RFID原型机发射命令，根据接收到的信号计算出接收功率P_R2、将P_R2与门限值P_th比较；

如P_R2>P_th，结束搜索，设置P_T2为最小触发功率；

如P_R2<P_th，进入下一步；

4.4)计算此时的最高功率P_H与此时的最低功率P_L的差值，并与功率分辨率比较；

如(P_H—P_L)<d_P；结束搜索，如本步骤之前执行了步骤4.3)，则设置P_T2为最小触发功率；如本步骤之前执行了步骤4.5)，则设置P_T3为最小触发功率；

如(P_H—P_L)>d_P；进入下一步；

4.5)赋值P_T3＝(P_H+P_L)/2，调用RFID原型机发射命令，根据接收到的信号计算出接收功率P_R3、将P_R3与门限值P_th比较；

如P_R3>P_th，赋值P_H＝P_T3，重复步骤4.4)；

如P_R3<P_th，赋值P_L＝P_T3，重复步骤4.4)。

有益效果：

(1)本发明提供的软件架构和硬件架构适用于各类通信协议标准，具有可扩展性和灵活性；

(2)本发明提供的最小触发功率二分搜索法简单、实用，并且避免了传统的对所有功率点的操作，大幅度减小了测试时间，提高了测试效率；

(3)该方法采用了虚拟仪器技术，适用于各类通信协议标准，可用于评估RFID标签的性能，改进了传统的对所用功率进行搜索而得出结论的方法，提高了测试效率。

附图说明

图1为硬件架构设计图；

图2为软件结构设计图；

图3为RFID发射机硬件处理流程图；

图4为RFID接收机硬件处理流程图；

图5为RFID发射机编码模块流程图；

图6为RFID接收机解码模块流程图；

图7为本发明提供的RFID标签最小触发功率二分搜索法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图2所示为一种基于虚拟仪器的RFID标签最小触发功率的测试方法，其特征在于，包括虚拟仪器和RFID标签；所述虚拟仪器包括RFID原型机和上位机；所述RFID原型机包括RFID发射机和RFID接收机；所述上位机包括参数配置模块和最小触发功率搜索模块；该方法包括以下步骤：

1)RFID发射机向RFID标签发送激活命令，RFID标签接收到激活命令后，响应该激活命令，产生响应数据；

2)RFID接收机接收所述响应数据并进行解码；

3)参数配置模块配置发射频率范围、频率步进、发射功率范围、功率分辨率和接收功率门限；

4)最小触发功率搜索模块在发射频率范围内不同的频点上，从最低发射频率开始，以最高发射频率为结束，以频率步进为间隔，在每个频率点上依次通过二分搜索法搜索出当前发射频率的频点上RFID标签的最小触发功率。

进一步的，如图7所示，步骤4)中所述二分搜索法包括以下步骤：

4.1)初始化，将P_H设置为参数配置中的最高功率，将P_L设置为参数配置中的最低功率；其中有发射功率P_Ti、接收功率P_Ri、接收功率门限值P_th和功率分辨率d_P；

4.2)赋值P_T1＝P_H，调用RFID原型机发射命令，根据接收到的信号计算出接收功率P_R1、将P_R1与门限值P_th比较；

如P_R1<P_th，结束搜索，设置P_T1为最小触发功率；

如P_R1>P_th，进入下一步；

4.3)赋值P_T2＝P_L，调用RFID原型机发射命令，根据接收到的信号计算出接收功率P_R2、将P_R2与门限值P_th比较；

如P_R2>P_th，结束搜索，设置P_T2为最小触发功率；

如P_R2<P_th，进入下一步；

4.4)计算此时的最高功率P_H与此时的最低功率P_L的差值，并与功率分辨率比较；

如(P_H—P_L)<d_P；结束搜索，如本步骤之前执行了步骤4.3)，则设置P_T2为最小触发功率；如本步骤之前执行了步骤4.5)，则设置P_T3为最小触发功率；

如(P_H—P_L)>d_P；进入下一步；

4.5)赋值P_T3＝(P_H+P_L)/2，调用RFID原型机发射命令，根据接收到的信号计算出接收功率P_R3、将P_R3与门限值P_th比较；

如P_R3>P_th，赋值P_H＝P_T3，重复步骤4.4)；

如P_R3<P_th，赋值P_L＝P_T3，重复步骤4.4)。

实施例：如图1所示，本发明提供的硬件架构采用NI模块化仪器，模块之间通过PXIe总线进行数据传输，包括四个模块，依次为：主控器，下变频设备PXI-5600，中频信号收发器PXIe-5641R以及上变频设备PXI-5610。四个模块都插在背板为PXIe总线的机箱上。

如附图2所示，本发明提供的软件架构采用LabVIEW和LabVIEW FPGA开发，包括测试上位机和RFID原型机两部分。其中，RFID原型机由RFID发射机和RFID接收机组成，测试上位机由参数配置模块和功率搜索模块组成。

本发明提供的RFID发射机硬件处理流程如图3所示。由FPGA输出14位并行数据，通过补偿滤波和插值滤波后，与数字振荡器进行数字上变频，经过调整因子调整后，利用DAC数模转换器产生中频信号。该中频信号被输出至PXI-5610上变频设备，进行上变频和发射功率调整，最终得到所需要的射频信号并通过发射天线发射。

本发明提供的RFID发射机编码流程如图5所示，采用LabVIEW FPGA语言在FPGA中开发，流程依次为等待、激励保持、通信起始位编码、发射信号编码、通信结束位编码以及激励保持。其中，等待模块负责监测测试上位机是否指示发射激活命令，若是则启动编码模块对发送数据进行处理；激励保持模块的功能是初始化磁场，保持对RFID标签的激励，保证标签在后续通信中获得能量；通信起始位编码模块和通信结束位编码模块的功能是完成组帧中起始位和结束位的编码，起始位和结束位信息由相应的通信协议标准规定；发送信号编码模块为发射机编码模块中的关键部分，主要功能是对待发送命令进行编码、组帧以及添加校验信息。

本发明提供的RFID接收机硬件处理流程如图4所示。通过接收天线接收到无线信道中的信号，将模拟信号转换为数字信号并通过PXI-5600下变频设备将射频信号转换为中频信号。中频信号收发器对接收到的14位中频信号进行处理，利用数字振荡器进行初步数字下变频，采用抽取器降低数据速率，以保证后端对信号的及时处理。通过滤波器滤除带外噪声，经过AGC自动增益控制器之后信号转换为16位数字信号，将该信号输出至14位FPGAI/O接收端口，从而在FPGA中对信号进行处理。

本发明提供的RFID接收机解码流程如图6所示，采用LabVIEW FPGA语言在FPGA中开发，流程依次为等待、计算高电平值、检测响应信号、解码、初步验证、比特流至字节转换。其中，等待模块负责检测RFID发射机是否已经将命令发送完毕，若发送完毕则启动解码模块对接收信号进行处理；计算高电平值模块的功能是根据无调制载波信号的采样值计算出载波幅度，为下一模块检测响应信号是否开始提供依据；检测响应信号模块的功能是判断RFID标签响应信号的起始位置，RFID标签响应信号的经过调制的载波信号，因此依据是找到首次出现的下降沿或上升沿；解码模块为接收机解码模块的关键部分，主要功能是将原始的信号采样值转换成原始比特数据流；初步验证模块的功能是对原始比特数据进行初步分析，完成奇偶校验以及接收数据长度的验证，防止接收错误对上位机测试的影响；比特流至字节转换模块的功能是去除比特流中的校验位、附加位数据，将相应信号按字节依次存放在解码字节存储区，供上位机调用。

在实现本发明提供的基于虚拟仪器的RFID原型机之后，在上位机中实现参数配置模块，设置功率搜索过程中所涉及的发射频率范围和频率步进、发射功率范围和功率分辨率，以及接收功率门限，通过调用FPGA接口的Read/Write Control方法，将参数传送给RFID原型机。其中发射频率范围包括最高频率、最低频率，发射功率范围包括最高功率、最低功率。

图7所示的是本发明提供的某一频率下RFID标签最小触发功率的二分搜索法流程图，根据图示流程，设置发射功率，调用RFID原型机，计算接收功率，从而判断出该频率下标签的最小触发功率。该方法包括以下步骤：

步骤1)初始化，将P_H设置为参数配置中的最高功率，将P_L设置为参数配置中的最低功率；其中有发射功率P_Ti、接收功率P_Ri、接收功率门限值P_th和功率分辨率d_P；

步骤2)赋值P_T1＝P_H，调用RFID原型机发射命令，根据接收到的信号计算出接收功率P_R1、将P_R1与门限值P_th比较；

如P_R1<P_th，结束搜索，设置P_T1为最小触发功率；

如P_R1>P_th，进入下一步；

步骤3)赋值P_T2＝P_L，调用RFID原型机发射命令，根据接收到的信号计算出接收功率P_R2、将P_R2与门限值P_th比较；

如P_R2>P_th，结束搜索，设置P_T2为最小触发功率；

如P_R2<P_th，进入下一步；

步骤4)计算此时的最高功率P_H与此时的最低功率P_L的差值，并与功率分辨率比较；

如(P_H—P_L)<d_P；结束搜索，如本步骤之前执行了步骤4.3)，则设置P_T2为最小触发功率；如本步骤之前执行了步骤4.5)，则设置P_T3为最小触发功率；

如(P_H—P_L)>d_P；进入下一步；

步骤5)赋值P_T3＝(P_H+P_L)/2，调用RFID原型机发射命令，根据接收到的信号计算出接收功率P_R3、将P_R3与门限值P_th比较；

如P_R3>P_th，赋值P_H＝P_T3，重复步骤4)；

如P_R3<P_th，赋值P_L＝P_T3，重复步骤4)。

根据参数配置模块中设置的最高发射频率、最低发射频率和频率步进，从最低发射频率开始，以最高发射频率为结束，以频率步进为间隔，在每个频率点上执行本发明提供的二分搜索法，从而得到参数配置模块所设置频率范围内的不同频率点所对应的RFID标签最小触发功率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于虚拟仪器的RFID标签最小触发功率的测试方法，其特征在于，包括虚拟仪器和RFID标签；

所述虚拟仪器包括RFID原型机和上位机；

所述RFID原型机包括RFID发射机和RFID接收机；

所述上位机包括参数配置模块和最小触发功率搜索模块；

该方法包括以下步骤：

1)RFID发射机向RFID标签发送激活命令，RFID标签接收到激活命令后，响应该激活命令，产生响应数据；

2)RFID接收机接收所述响应数据并进行解码；

3)参数配置模块配置发射频率范围、频率步进、发射功率范围、功率分辨率和接收功率门限；

4)最小触发功率搜索模块在发射频率范围内不同的频点上，从最低发射频率开始，以最高发射频率为结束，以频率步进为间隔，在每个频率点上依次通过二分搜索法搜索出当前发射频率的频点上RFID标签的最小触发功率；

RFID发射机硬件处理流程由FPGA输出14位并行数据，通过补偿滤波和插值滤波后，与数字振荡器进行数字上变频，经过调整因子调整后，利用数模转换器产生中频信号，该中频信号被输出至上变频设备，进行上变频和发射功率调整，最终得到所需要的射频信号并通过发射天线发射；

RFID接收机硬件处理流程通过接收天线接收到无线信道中的信号，将模拟信号转换为数字信号并通过下变频设备将射频信号转换为中频信号，中频信号收发器对接收到的14位中频信号进行处理，利用数字振荡器进行初步数字下变频，采用抽取器降低数据速率，以保证后端对信号的及时处理，通过滤波器滤除带外噪声，经过AGC自动增益控制器之后信号转换为16位数字信号，将该信号输出至14位FPGA I/O接收端口，在FPGA中对信号进行处理。

2.如权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的RFID标签最小触发功率的测试方法，其特征在于，步骤4)中所述二分搜索法包括以下步骤：

4.1)初始化，将P_H设置为参数配置中的最高功率，将P_L设置为参数配置中的最低功率；其中有发射功率P_Ti、接收功率P_Ri、接收功率门限值P_th和功率分辨率d_P；

4.2)赋值P_T1＝P_H，调用RFID原型机发射命令，根据接收到的信号计算出接收功率 P_R1、将P_R1与门限值P_th比较；

如P_R1<P_th，结束搜索，设置P_T1为最小触发功率；

如P_R1>P_th，进入下一步；

4.3)赋值P_T2＝P_L，调用RFID原型机发射命令，根据接收到的信号计算出接收功率P_R2、将P_R2与门限值P_th比较；

如P_R2>P_th，结束搜索，设置P_T2为最小触发功率；

如P_R2<P_th，进入下一步；

4.4)计算此时的最高功率P_H与此时的最低功率P_L的差值，并与功率分辨率比较；

如(P_H—P_L)<d_P；结束搜索，如本步骤之前执行了步骤4.3)，则设置P_T2为最小触发功率；如本步骤之前执行了步骤4.5)，则设置P_T3为最小触发功率；

如(P_H—P_L)>d_P；进入下一步；

4.5)赋值P_T3＝(P_H+P_L)/2，调用RFID原型机发射命令，根据接收到的信号计算出接收功率P_R3、将P_R3与门限值P_th比较；

如P_R3>P_th，赋值P_H＝P_T3，重复步骤4.4)；

如P_R3<P_th，赋值P_L＝P_T3，重复步骤4.4)。