RFID电子标签检测机设计

摘要：
    射频识别技术（RFID）是非接触式的自动识别技术的其中一种，而电子标签是RFID其中的一个组成部分，也有人将电子标签成为射频标签。本文对电子标签的现状进行了分析，并对电子标签检测机在设计上进行了软硬件设计概述和检测概述，以EAS电子商品防盗系统设计作为RFID电子标签检测机的设计样板，以期起到一定的参考价值。
关键词：RFID；EAS系统；电子标签检测
引言
    随着社会进步和科学技术的发展，在市场服务中电子标签的使用大大方便了顾客，在商品标签上的应用也减少了商品的失窃现象。电子标签通常被作为射频识别技术（RFID）的简称，而通过RFID技术将电子标签检测机应用于生活更是具有十分重要的意义。在电子标签检测机的设计中，以电子商品防盗系统（EAS）最为重要，对未经许可而离开指定区域的商品进行报警，这是电子标签检测机最为直接的价值体现。同时，电子标签检测机的应用对超市、商场等购物场所的人力要求较小，可以节约成本开支。
一、电子标签检测技术
自上世纪八十年代开始，电子防盗系统就已经走入了百货超市等需要商品安全保护的地方，其防盗原理也开始变得多种多样。由于电子检测系统的检测信号方式不同，EAS检测系统在进行检测时可通过无线电、电磁波、微波系统，也可以通过分频、智慧型和声磁系统进行信号检测。各个系统所对应的电子防盗标签在本质上也有所不同，如防盗标签的频率等。电检测信号方面，电磁波系统通过电磁波作用，而微波系统则以更高频率的微波进行检测。一般的EAS电子商品防盗系统主要由检测装置、感应标签、解码器组成，通过检测天线进行检测和信息处理，并进行声光报警，以发射天线进行扫描区的扫描，通过电磁波的共振原理检测范围内的标签是否有效，有效时会报警。若商品被人带走而为解除标签时，检测天线通过对感应标签的检测会发出信号，只有通过营业员进行解码的标签，才能通过防盗检测。在此过程中，解码器便是使标签失去作用的机器，以高压脉冲信号击穿标签电容的方式进行解码，一般是付款后进行的，这样商品才可通过检测，这里的标签主要为软标签。就目前的RFID电子标签检测研究而言，大部分的研究重点放在了EAS系统上，在最近几年发展的可谓风生水起，仅仅十几年便及逆行那个了多次技术创新，如58Khz的声磁防盗标签，电子标签的发展有着光明的前景。
二、电子标签检测系统的整体
RFID电子标签检测机的用途决定了其在设计时的重点，即信号处理、自动检测线和人机交互PC通讯三个方面。
（一）信号处理单元
作为整个系统的核心，信号处理担当起了整个系统正常运行的重责，其中包括了ARM 7处理器、数据存储模块、数字信号处理模块、I／O接口模块、检测信号采集模块、检测信号发生器模块、通讯接口l、通讯接口2等。整个系统依靠ARM7处理器进行运算并处理数据，而且其他模块的正常工作也离不开这块ARM7处理器。数字信号处理模块对数据信息进行过滤，防止干扰信息，得以识别出标签的数据参数。而数据存储模块则对标签的数据信息进行存储，对当天所有的检测结果都进行存储，并上传数据给上位PC机进行存储。检测信号发生器模块进行的是DDS扫频，以ARM 7处理器处理为前提对扫频信号依据设定值的顺序发送到检测区内，在这之前需要以放大电路进行信号放大，使信号的辐射增强。对于检测信号采集模块，是对AD采样而来的脉冲信号进行处理器的采集，再由数字信号处理模块完成数据的计算处理。两个通讯接口1和2，接口1将人机界面与ARM 7处理器进行数据的联接，接口2则是上位PC机与ARM 7处理器进行联接的接口，ARM 7处理器内的数据信息和检测信息由数据接口2进行上传。I／O接口模块的作用在于识别分拣系统信号数据和标签数，对不合格的标签传出信号。
（二）自动检测线部分
自动检测线由图可知主要由料盘A、料盘B、传感器、接收天线、发射天线、分拣系统和电机传动组成。料盘A即上货盘，将待测标签放在此处，而料盘B就是下货盘，将已检测的标签放在这里。检测的区域以传感器为主建立，并由发射天线和接收天线进行周围的信号扫描和信号检测，向ARM 7处理器传送信号进行数据处理。传感器进行信号接收、发送和标签数的计算，与处理器数据信息相连。而分拣系统则是将不符合要求的标签按照既定的信号数据通过打标笔进行记号标记。电机传动为自动检测线部分提供运行动力，也是由ARM 7处理器进行控制调节，以此控制标签的检测速度和电机的运作速度。
（三）人机交互部分
    人机交互部分的核心是人机交换界面，一般有液晶屏幕、键盘、指示灯、通讯口、5 1单片机组成。ARM 7处理器在数据处理后通过5 l单片机的进一步数据整合处理，以液晶屏幕为显示界面进行结果显示。键盘则主要是继续拧数据设定的输入设备，并将要求以指令的形式传达给 ARM 7处理器，通过指示灯的状态可以观察整个系统的工作是否正常。这种人机交互可以使标签生产更加规范，提高标签生产效率和生产质量。
    RFID电子标签检测机的结构示意图如下图所示。
 电子标签检测系统设计（一）电子标签检测系统软件设计
对RFID电子标签检测机的软件设计上，以嵌入式软件的设计最为关键，它以嵌入式硬件为基础，直接面向实际应用，整个系统得以运行的核心便是这个软件系统了。软件在设计上以硬件的情况为参考，以调动影响性能为前提，配合硬件以达到系统运行的目的。设计上主要进行对操作系统的设计、使用的应用软件的代码编写、系统硬件的适应驱动和软件的性能测试。设计系统以uC／OS—II操作系统为主，其开源性和易操作性更适合该系统的软件开发，同时其调度优先级使得系统更具有高执行率。软件的开发和编写以ADS1.2集成软件和KEILARM.MDK开发工具结合的ARM开发工具作为软件编写工具，其中用来面向硬件驱动的软件和提供API接口函数服务的封装软件属于驱动层，以操作系统为介质进行功能调度和提供工作模式的属于功能层，直接面向用户和上位机的并进行实际操作的是任务层。
（二）电子标签检测系统的硬件设计
整个系统的电路硬件是系统得以运行的保证，电子标签信号的收集、处理、数据信息的传送都需要硬件电路的支持，系统平台的功能正常使用同样离不开硬件电路。进行RFID电子标签检测机的设计时，关于硬件电路的设计要进行各系统部分的电路搭连，并对各个模块之间的工作电路进行协调，保证整个系统功能能够正常运转。进行硬件电路的设计时主要对检测信号发生电路模块、检测信号采集电路模块、时钟电路模块、电机控制电路模块、数据存储模块和通讯接口电路模块进行设计，处理器的选择上以LPC2214 ARM 7处理器为优。硬件的总体设计以信号扫描的频率、分辨率以及信号的放大为主，保证数据的存储有效性和掉电维护功能，以确定整个系统的稳定性，同时对人机界面的信息交互的电路进行确保。
对于硬件的工作流程，是要通过人机界面进行标签信息如种类、数量的设置，当自动检测处于运行状态时，标签会在检测线上被传动，扫频信号对范围内的信号进行扫描接受处理，数据采集模块会采集天线接收的信号交予处理器进行信号数据的处理，比对数据信息后对不合格的标签进行标记，同时数据存储下来，继续以上过程的循环。
（三）对电子标签检测系统的测试
当整个系统的软件和硬件设计完成后，最后就需要对整个设计的系统进行性能的测试和稳定性的检测，以检验设计是否合理正确，与预计的结果是否存在偏差，并进行符合设计的的分析调试。检测主要是对通讯模块、传感器、系统滤波和不同运速下的检测质量进行测试。通讯模块的测试主要是进行软件测试，以PC机发出的指令来观察接收显示情况。传感器的测试由于其检测区域较大，可以让一个标签在无相邻标签、相邻标签均合格、相邻标签均不合格、相邻标签一个合格另一个不合格这四种情况下进行测试，每次测试五次，结果如下表所示：

项目	无相邻标签		相邻标签均合格		相邻标签均不合格		相邻标签一个合格另一个不合格
	F	Q	F	Q	F	Q	F	Q
第1次	8.454	44	8.452	43	8.454	44	8.456	44
第2次	8.448	44	8.456	44	8.458	44	8.456	44
第3次	8.454	44	8.452	44	8.458	44	8.454	44
第4次	8.456	44	8.454	43	8.454	44	8.456	44
第5次	8.456	44	8.454	43	8.454	44	8.454	44
平均值	8.4536	44	8.4536	43.4	8.4556	44	8.4552	44

表1.同一个标签在四种情况下的测试结果
以无相邻标签情况下的平均值为参数真值，则可知传感器对相邻标签有较好的屏蔽效果，频率相对误差为和品质因数相对误差值均近似。对于系统滤波的测试采取一致性测试和系统滤波程序对其影响的测试，不同运速下的检测质量进行测试则加入平滑滤波与脉冲干扰滤波，使一个标签处于不同检测速度，进行一致性测试和分析。
结语
    综上所述，RFID电子标签检测机在设计上以EAS系统为主，以防盗电子标签技术的设计为侧重点，在软硬件的设计和检测上进行了深入探讨。作为新时期商品识别技术，RFID电子标签检测机拥有广阔的发展前景和市场规模，是识别技术的新时代。同时，RFID电子检测机还可以应用在农业、医药、集装箱、宠物识别等行业产业上，具有不可估量的市场价值。
参考文献
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