CN112580376B - 一种基于软硬件协同的rfid标签天线阻抗调谐方法和系统 - Google Patents

一种基于软硬件协同的rfid标签天线阻抗调谐方法和系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法和系统，搭建好基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐平台之后，可以通过上位机软件和MCU芯片读写数据的方式实现RFID标签的阻抗调谐，在上位机中能够通过调试软件直观清楚地获知标签的启动功率和谐振频率，配合MCU芯片控制电容调谐器件进行调谐，具有更高的灵活性和精度，避免了手动调谐的缺陷，解决了现有的RFID标签阻抗调谐方式调谐灵活性较差，且存在精度低的局限性的技术问题。

Description

一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法和系统
技术领域
本申请涉及天线阻抗调谐技术领域，尤其涉及一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法和系统。
背景技术
RFID技术作为物联网关键技术，被广泛应用在无线识别领域。由于RFID标签的识别过程受到距离和复杂的环境因素影响，距离过远、干湿环境、弯曲程度及环境变化等都会造成标签阻抗匹配失谐，影响RFID标签的识别和通信功能，因此，需要进行RFID标签阻抗调谐。现有的RFID标签阻抗调谐方式是通过手动更改调谐器件，或者采用修剪方法，在RFID标签设计或安装初始阶段一次性完成，调谐灵活性较差，且存在精度低的局限性。
发明内容
本申请提供了一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法和系统，用于解决现有的RFID标签阻抗调谐方式调谐灵活性较差，且存在精度低的局限性的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法，包括：
S1、搭建基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐平台，所述RFID标签天线阻抗调谐平台包括上位机、UHF RFID阅读器和RFID标签，所述RFID标签包括依次连接的标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片，所述MCU芯片还与所述电容调谐器件连接；
S2、通过所述上位机控制所述UHF RFID阅读器识别所述RFID标签，得到所述标签天线的谐振频率；
S3、判断所述谐振频率是否落入预置频段范围内，若是，则调谐结束，否则，判断所述谐振频率与所述预置频段范围的位置关系并检测所述电容调谐器件是否处于最大量程状态；
S4、若所述电容调谐器件处于最大量程状态，则调谐结束，否则，执行步骤S5；
S5、将置位标志位写入所述RFID芯片将调谐数据写入所述RFID芯片，等待所述MCU芯片将所述RFID标签标志位清除，并在所述RFID标签标志位清除后，返回步骤S2；
S6、当RFID标签成功识别标志位被置位后，所述MCU芯片开始读取所述上位机写入所述RFID芯片电容调谐器件的所述调谐数据，并根据读取所述调谐数据控制所述电容调谐器件，将所述标志位清除并等待标志位置位。
可选地，所述预置频段范围为902MHz～928MHz。
可选地，所述将调谐数据写入所述RFID芯片，包括：
若调谐后所述谐振频率与所述预置频段范围的位置关系为所述谐振频率趋向于所述预置频段范围的中心频率，则调谐方向正确，将调谐数据写入所述RFID芯片，继续往所述调谐方向调节所述电容调谐器件的数值，否则调谐方向错误，往所述调谐方向反向调节所述电容调谐器件的数值，将调谐数据写入所述RFID芯片。
可选地，所述通过所述上位机控制所述UHF RFID阅读器识别所述RFID标签，得到所述标签天线的谐振频率，包括：
通过上位机控制所述UHF RFID阅读器识别所述RFID标签；
对所述RFID标签进行功率扫描和频率循环扫描，得到每个频率下所述RFID标签的功率；
将功率取得最小值时对应的频率作为启动功率，将启动功率对应的频率作为所述标签天线的谐振频率。
本申请第二方面提供了另一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐系统，包括：上位机、UHF RFID阅读器和RFID标签，所述RFID标签包括标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片；
所述上位机与所述UHF RFID阅读器连接；
所述RFID标签置于所述UHF RFID阅读器的识别范围内；
所述标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片依次连接，所述MCU芯片还与所述电容调谐器件连接；
所述标签天线用于接收所述UHF RFID阅读器的能量并提供给所述RFID芯片，同时将所述RFID芯片的响应发送回UHF RFID阅读器；
所述RFID芯片接收标签天线提供的射频能量，并为所述MCU芯片和电容调谐器件提供直流能量，同时对所述UHF RFID阅读器的信息进行响应；
所述MCU芯片用于对所述RFID芯片进行读写操作，并提供IO接口控制所述电容调谐器件；
所述基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐系统用于执行如第一方面任一种所述的基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法。
可选地，所述UHF RFID阅读器通过以太网接口与所述上位机连接。
可选地，所述上位机配置连接模块、扫描模块和读写模块；
所述连接模块，用于连接所述UHF RFID阅读器，并初始化所述UHF RFID阅读器；
所述扫描模块，用于控制所述UHF RFID阅读器对所述RFID标签芯片进行功率扫描和频率扫描；
所述读写模块，用于读所述RFID标签芯片内存存储数据和写入数据到所述RFID标签芯片内存中。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中提供了一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法，包括以下步骤：S1、搭建基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐平台，RFID标签天线阻抗调谐平台包括上位机、UHF RFID阅读器和RFID标签，RFID标签包括依次连接的标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片，MCU芯片还与所述电容调谐器件连接；S2、通过上位机控制所述UHFRFID阅读器识别RFID标签，得到标签天线的谐振频率；S3、判断谐振频率是否落入预置频段范围内，若是，则调谐结束，否则，判断谐振频率与预置频段范围的位置关系并检测电容调谐器件是否处于最大量程状态；S4、若电容调谐器件处于最大量程状态，则调谐结束，否则，执行步骤S5；S5、将置位标志位写入RFID芯片，将调谐数据写入RFID芯片，等待MCU芯片将RFID标签标志位清除，并在RFID标签标志位清除后，返回步骤S2；S6、当RFID标签成功识别标志位被置位后，MCU芯片开始读取上位机写入RFID芯片电容调谐器件的调谐数据，并根据读取调谐数据控制电容调谐器件，将标志位清除并等待标志位置位。
本申请提供的基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法，搭建好基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐平台之后，可以通过上位机软件和MCU芯片读写数据的方式实现RFID标签的阻抗调谐，在上位机中能够通过调试软件直观清楚地获知标签的启动功率和谐振频率，配合MCU芯片控制电容调谐器件进行调谐，具有更高的灵活性和精度，避免了手动调谐的缺陷，解决了现有的RFID标签阻抗调谐方式调谐灵活性较差，且存在精度低的局限性的技术问题。
附图说明
为了更清楚的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的介绍，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用户员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例中提供的一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法的一个流程示意图；
图2为本申请实施例中提供的一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
本申请提供的一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法的一个实施例，包括：
S1、搭建基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐平台，RFID标签天线阻抗调谐平台包括上位机、UHF RFID阅读器和RFID标签，RFID标签包括依次连接的标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片，MCU芯片还与电容调谐器件连接；
S2、通过上位机控制UHF RFID阅读器识别RFID标签，得到标签天线的谐振频率；
S3、判断谐振频率是否落入预置频段范围内，若是，则调谐结束，否则，判断谐振频率与预置频段范围的位置关系并检测电容调谐器件是否处于最大量程状态；
S4、若电容调谐器件处于最大量程状态，则调谐结束，否则，执行步骤S5；
S5、将置位标志位写入所述RFID芯片，将调谐数据写入RFID芯片，等待MCU芯片将RFID标签标志位清除，并在RFID标签标志位清除后，返回步骤S2；
S6、当RFID标签成功识别标志位被置位后，MCU芯片开始读取上位机写入RFID芯片电容调谐器件的调谐数据，并根据读取调谐数据控制电容调谐器件，将标志位清除并等待标志位置位。
需要说明的是，本申请实施例中，首先搭建基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐平台，该平台包括上位机、UHF RFID阅读器和RFID标签，RFID标签包括标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片，MCU芯片与电容调谐器件和RFID芯片连接，标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片依次连接。上位机中安装有用于控制UHF RFID阅读器的应用软件，UHF RFID阅读器是一台能与RFID标签通信的硬件设备，标签接收来自UHF RFID阅读器的能量和信息，响应后返回自身的信息给UHF RFID阅读器，电容调谐器件受控于MCU芯片，调节接入标签天线的负载，RFID芯片通过总线与MCU通信，通过标签天线与UHF RFID阅读器建立通信，MCU芯片能够对RFID芯片进行读写操作，同时提供IO接口控制电容调谐器件。
搭建好搭建基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐平台之后，通过上位机控制UHF RFID阅读器识别RFID标签，得到标签天线的谐振频率，若谐振频率落入预置频段范围内，则调谐结束，否则，需要判断谐振频率与预置频段范围的位置关系并检测电容调谐器件是否处于最大量程状态，若电容调谐器件处于最大量程状态，则调谐结束，否则，将置位标志位写入RFID芯片，根据位置关系调节电容调谐器件的数值将调谐数据写入RFID芯片，等待MCU芯片将RFID标签标志位清除，并在RFID标签标志位清除后，返回获得标签天线的谐振频率的步骤。
本申请实施例提供的基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法，搭建好基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐平台之后，可以通过上位机软件和MCU芯片读写数据的方式实现RFID标签的阻抗调谐，在上位机中能够通过调试软件直观清楚地获知标签的启动功率和谐振频率，配合MCU芯片控制电容调谐器件进行调谐，具有更高的灵活性和精度，避免了手动调谐的缺陷，解决了现有的RFID标签阻抗调谐方式调谐灵活性较差，且存在精度低的局限性的技术问题。
实施例2
为了便于理解，请参阅图1和图2，本申请中提供了一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法的另一个实施例：
搭建好基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐平台，然后执行以下步骤：
(1)上位机控制UHF RFID阅读器识别RFID标签；
(2)上位机通过对标签进行功率和频率循环扫描得到每个频率下标签的功率，对得到的所有功率取最小值即为RFID标签的启动功率，该启动功率对应的频率即为RFID天线的谐振频率；
(3)判断谐振频率是否处于902MHz-928MHz频段范围，若不处于频段范围，则判断谐振频率处于低频还是高频后进入步骤(4)，若处于频段范围则表明调谐成功；
(4)判断RFID标签电容调谐器件是否处于最大量程，若处于最大量程表明电容调谐器件不再具有调谐能力且达到了最大调谐范围，则停止调谐，因为电容调谐器件此时达到了最大调谐范围则说明达到了最优调谐，若不处于最大量程，则进入步骤(5)；
(5)先将置位的标志位写入RFID芯片，首次调谐尝试增加电容值、若接下来读取调谐方向为不变，则说明首次调谐尝试成功，继续增加电容，若调谐方向变向，则说明首次调谐尝试失败，须减少电容，将调谐数据写入RFID芯片，数据写入成功后等待RFID标签标志位清除，若标志位被成功清除则进入步骤(2)，否则一直等待；
(6)RFID标签成功识别标志位被置位，MCU芯片开始读取计算机软件写入RFID芯片电容调谐器件的调谐数据，并根据读取调谐数据控制电容调谐器件，将标志位清除并等待标志位置位。
实施例3
为了便于理解，请参阅图2，本申请实施例中提供了一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐系统的实施例，包括：上位机、UHF RFID阅读器和RFID标签，所述RFID标签包括标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片；
上位机与所述UHF RFID阅读器连接；
RFID标签置于所述UHF RFID阅读器的识别范围内；
标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片依次连接，MCU芯片还与电容调谐器件连接；
标签天线用于接收UHF RFID阅读器的能量并提供给RFID芯片，同时将RFID芯片的响应发送回UHF RFID阅读器；
RFID芯片接收标签天线提供的射频能量，并为MCU芯片和电容调谐器件提供直流能量，同时对UHF RFID阅读器的信息进行响应；
MCU芯片用于对RFID芯片进行读写操作，并提供IO接口控制电容调谐器件；
基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐系统用于执行以下基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法：
S1、搭建基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐平台，RFID标签天线阻抗调谐平台包括上位机、UHF RFID阅读器和RFID标签，RFID标签包括依次连接的标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片，MCU芯片还与电容调谐器件连接；
S2、通过上位机控制所述UHF RFID阅读器识别所述RFID标签，得到标签天线的谐振频率；
S3、判断谐振频率是否落入预置频段范围内，若是，则调谐结束，否则，判断谐振频率与预置频段范围的位置关系并检测电容调谐器件是否处于最大量程状态；
S4、若电容调谐器件处于最大量程状态，则调谐结束，否则，执行步骤S5；
S5、将置位标志位写入所述RFID芯片，将调谐数据写入所述RFID芯片，等待MCU芯片将RFID标签标志位清除，并在RFID标签标志位清除后，返回步骤S2；
S6、当RFID标签成功识别标志位被置位后，MCU芯片开始读取上位机写入RFID芯片电容调谐器件的所述调谐数据，并根据读取所述调谐数据控制电容调谐器件，将标志位清除并等待标志位置位。
当RFID标签成功识别标志位被置位后，MCU芯片开始读取上位机写入RFID芯片电容调谐器件的调谐数据，并根据读取调谐数据控制电容调谐器件。
进一步地，通过上位机控制UHF RFID阅读器识别RFID标签，得到标签天线的谐振频率，包括：
通过上位机控制UHF RFID阅读器识别RFID标签；
对RFID标签进行功率扫描和频率循环扫描，得到每个频率下RFID标签的功率；
将功率取得最小值时对应的频率作为启动功率，将启动功率对应的频率作为标签天线的谐振频率。
进一步地，UHF RFID阅读器通过以太网接口与上位机连接。
进一步地，上位机配置有连接模块、扫描模块和读写模块；
连接模块，用于连接UHF RFID阅读器，并初始化UHF RFID阅读器；
扫描模块，用于控制UHF RFID阅读器对RFID标签芯片进行功率扫描和频率扫描；
读写模块，用于读RFID标签芯片内存存储数据和写入数据到RFID标签芯片内存中。
本申请实施例提供的基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐系统，搭建好基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐平台之后，可以通过上位机软件和MCU芯片读写数据的方式实现RFID标签的阻抗调谐，在上位机中能够通过调试软件直观清楚地获知标签的启动功率和谐振频率，配合MCU芯片控制电容调谐器件进行调谐，具有更高的灵活性和精度，避免了手动调谐的缺陷，解决了现有的RFID标签阻抗调谐方式调谐灵活性较差，且存在精度低的局限性的技术问题。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、搭建基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐平台，所述RFID标签天线阻抗调谐平台包括上位机、UHFRFID阅读器和RFID标签，所述RFID标签包括依次连接的标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片，所述MCU芯片还与所述电容调谐器件连接；
S2、通过所述上位机控制所述UHFRFID阅读器识别所述RFID标签，得到所述标签天线的谐振频率；
S3、判断所述谐振频率是否落入预置频段范围内，若是，则调谐结束，否则，判断所述谐振频率与所述预置频段范围的位置关系并检测所述电容调谐器件是否处于最大量程状态；
S4、若所述电容调谐器件处于最大量程状态，则调谐结束，否则，执行步骤S5；
S5、将置位标志位写入所述RFID芯片，将调谐数据写入所述RFID芯片，数据写入成功后，执行步骤S6：
S6、当RFID标签识别置位标志位写入所述RFID芯片后，所述MCU芯片开始读取所述上位机写入所述RFID芯片中的所述调谐数据，并根据读取的所述调谐数据控制所述电容调谐器件，将所述标志位清除并等待；
若所述RFID标签标志位清除，则返回步骤S2，并等待置位标志位写入所述RFID芯片。
2.根据权利要求1所述的基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法，其特征在于，所述预置频段范围为902MHz～928MHz。
3.根据权利要求1所述的基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法，其特征在于，所述将调谐数据写入所述RFID芯片，包括：
若调谐后所述谐振频率与所述预置频段范围的位置关系为所述谐振频率趋向于所述预置频段范围的中心频率，则调谐方向正确，继续往所述调谐方向调节所述电容调谐器件的数值，将调谐数据写入所述RFID芯片，否则调谐方向错误，往所述调谐方向反向调节所述电容调谐器件的数值，将调谐数据写入所述RFID芯片。
4.根据权利要求1所述的基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法，其特征在于，所述通过所述上位机控制所述UHFRFID阅读器识别所述RFID标签，得到所述标签天线的谐振频率，包括：
通过上位机控制所述UHFRFID阅读器识别所述RFID标签；
对所述RFID标签进行功率扫描和频率循环扫描，得到每个频率下所述RFID标签的功率；
将功率取得最小值时对应的频率作为启动功率，将启动功率对应的频率作为所述标签天线的谐振频率。
5.一种基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐系统，其特征在于，包括：上位机、UHFRFID阅读器和RFID标签，所述RFID标签包括标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片；
所述上位机与所述UHFRFID阅读器连接；
所述RFID标签置于所述UHFRFID阅读器的识别范围内；
所述标签天线、电容调谐器件、RFID芯片和MCU芯片依次连接，所述MCU芯片还与所述电容调谐器件连接；
所述标签天线用于接收所述UHFRFID阅读器的能量并提供给RFID芯片，同时将所述RFID芯片的响应发送回UHFRFID阅读器；
所述RFID芯片接收标签天线提供的射频能量，并为所述MCU芯片和电容调谐器件提供直流能量，同时对所述UHFRFID阅读器的信息进行响应；
所述MCU芯片用于对所述RFID芯片进行读写操作，并提供IO接口控制所述电容调谐器件；
所述基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐系统用于执行如权利要求1-4中任一项所述的基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐方法。
6.根据权利要求5所述的基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐系统，其特征在于，所述UHFRFID阅读器通过以太网接口与所述上位机连接。
7.根据权利要求5所述的基于软硬件协同的RFID标签天线阻抗调谐系统，其特征在于，所述上位机配置连接模块、扫描模块和读写模块；
所述连接模块，用于连接所述UHFRFID阅读器，并初始化所述UHFRFID阅读器；
所述扫描模块，用于控制所述UHFRFID阅读器对所述RFID标签芯片进行功率扫描和频率扫描；
所述读写模块，用于读取所述RFID标签芯片内存存储数据和写入数据到所述RFID标签芯片内存中。
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