劉一濤+劉濱

中圖分類號： TP391.44 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）35-0053-002

Research on RFID Device Testing Method for Simulation Application

LIU Yi-tao LIU Bin

（Shanghai Zhongjing FudianElectronic Technology Co.，Ltd.，Shanghai 201303，China）

1 RFID產品檢測現(xiàn)狀

射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術，是一種利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術。RFID產業(yè)在技術標準、產品標準、制造與生產方法上是比較成熟的，但由于在實際復雜環(huán)境中存在各種干擾及不確定性，如何保證或提高產品大規(guī)模行業(yè)應用時的有效性和可靠性，是目前面臨的主要問題。

目前我國RFID系統(tǒng)應用測試技術還處于探索研究和起步建設階段，沒有形成系統(tǒng)的應用標準體系，應用測試技術與系統(tǒng)開發(fā)水平與國外差距較大。自2011年左右起，中國物品編碼中心、中科院自動化所等科研院所和高校開始建立RFID測試實驗室，并研究開發(fā)我國自主標準的RFID 測試系統(tǒng)，目標是突破核心技術，形成核心能力，實現(xiàn)射頻識別技術應用性能、產品及系統(tǒng)性能及安全性能的專業(yè)測試。

在實際應用中，一方面RFID技術將會有越來越多的物聯(lián)網系統(tǒng)集成商開始踏足規(guī)?；袠I(yè)應用業(yè)務；另一方面由于企業(yè)自身條件或客戶所處特殊行業(yè)限制（包括地理位置、現(xiàn)場環(huán)境等），又會出現(xiàn)難于即時獲得應用現(xiàn)場進行系統(tǒng)調試的情況，尤其是那些關系系統(tǒng)運行穩(wěn)定的關鍵要素環(huán)境，如通信基站或高壓輸變電設備（線路）附近的電磁場環(huán)境、時速150km/h的高速行駛環(huán)境、酷暑（+65℃）嚴寒（-20℃）環(huán)境等。對于系統(tǒng)開發(fā)商來說，在項目開發(fā)階段，為了調試系統(tǒng)，就得頻繁奔波于應用現(xiàn)場，從項目成本控制的角度講，這種做法顯然不可取。

有鑒于此，研究建立自主標準應用場景模擬檢測實驗室，可以針對物聯(lián)網技術在各行業(yè)的實際應用情況，為系統(tǒng)集成商提供特定運行環(huán)境要素下的系統(tǒng)驗證服務，使得其行業(yè)應用系統(tǒng)最終盡可能符合客戶現(xiàn)場環(huán)境要求，達到實際部署、運行的標準。

2 特定應用場景檢測需求

RFID技術已經在工業(yè)、交通、物流和公共安全等多個領域得到了越來越廣泛地應用，并且日益顯示出它的巨大潛力。因為在實際應用中復雜現(xiàn)場環(huán)境的有著各種干擾，為保證系統(tǒng)或產品的正常工作，往往要通過現(xiàn)場的反復調試、測試及一段時間的試運行來發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，這大大影響了RFID產品的使用效果。

下面以高速路口車輛識別、停車場管理、高速物流卡口、非接觸門禁管理等行業(yè)規(guī)?；瘧脼閷ο?，研究建立此類應用場景的模擬檢測環(huán)境，以實現(xiàn)針對此類應用的RFID產品實驗室檢測。

2.1 場景描述

在此類RFID技術行業(yè)應用中，RFID標簽被安裝在具有一定運行速度的物體上，如汽車的ETC卡、車場出入口的門禁卡、貨運小車上貨物標簽等。它們通過RFID識讀設備時，具有一定速度、一定角度、不規(guī)則的運動軌跡、不同材質附著物等特點，要求在很短時間內能正確識別標簽信息，保證較高的識讀正確率。

本文中將此類場景稱為“速度場景”。在此類場景中射頻信號會受到很多因素影響，如RFID電子標簽附著物材質、信號強度范圍、輻射角度等。當附著物不是靜態(tài)的時候，帶有電子標簽的物體與RFID識讀設備間的相對運動速度，會導致多普勒效應，相對運動速度越快表現(xiàn)就越明顯，這將影響識讀的正確率。

建立實驗室環(huán)境下的速度場景模擬檢測系統(tǒng)，是通過運動裝置模擬車輛或物體的高速運動狀態(tài)，測試、驗證多普勒效應以及環(huán)境中電磁場信號對RFID技術應用可能產生的影響，評估RFID產品性能。

2.2 檢測需求

通過對應用場景分析，在實驗室建立模擬測試環(huán)境的功能要求是：被測電子標簽以一定運動速度通過識讀區(qū)；識讀設備進行識讀，記錄識讀信息并判斷是否正確；反復多次最終得到此產品的識讀正確率。

按照應用場景分析結果，主要指標應有：

a）標簽運動瞬時速度：0.5m/s～8m/s；

b）標簽運動方式是不規(guī)則路線的非勻速運動；

c）標簽可附著于金屬及非金屬物體

實驗室進行速度模擬是在綜合分析了城市交通行業(yè)、物流行業(yè)等應用的基礎上，專門針對特定車輛行駛速度而進行的系統(tǒng)化模擬，同時考慮介質要素及安裝方式，可以科學、客觀地對RFID產品進行靈敏度、性能測試評估，驗證實際運行效果。

3 檢測方法設計

3.1 RFID組成

一套完整的RFID應用系統(tǒng)包括：電子標簽、識讀設備（閱讀器）、計算機系統(tǒng)。

電子標簽包括有源和無源兩種，因有源標簽應用范圍不及無源標簽廣、且測試方法沒有本質區(qū)別，所以在本文中僅以無源標簽為例進行研究。無源標簽在此類非接觸式應用中一般附于對象表面，在識讀時與閱讀器之間一般不能有物體隔離，或僅有簡單的非金屬隔離（如玻璃）。電子標簽內存數(shù)據(jù)信息，依靠接收到的無線電信號能量發(fā)射帶有信息的回答信號。

識讀設備包括識讀器和天線兩部分，能夠發(fā)射帶有一定能量的無線電信號給電子標簽；同時接收電子標簽的信號，并記錄數(shù)據(jù)信息。識讀設備與計算機系統(tǒng)之間有通信接口。識讀設備天線的正面扇形區(qū)域是讀取電子標簽的有效識讀區(qū)。

計算機系統(tǒng)過接口接收識讀設備信息，并向識讀設備下達工作指令、設置參數(shù)等。

3.2 空間運動方式

物體空間運動的主要指標是速度。

速度（velocity）表征動點在某瞬時運動快慢和運動方向的矢量，記為v：

速度是動點矢徑對時間的導數(shù)，其方向同軌跡的切線方向一致?？臻g曲線運動中，速度在直角坐標系坐標系中的表示方法如下：

將電子標簽在空間運動軌跡記錄下來，放入平面直角坐標系中。以坐標系的原點為起始點，畫出與弧形運行軌跡的切線。此切線與坐標系X軸的角度作為電子標簽的初始角度。

通過采用一種設備（如乒乓球發(fā)球機、羽毛球發(fā)球機等）將帶有電子標簽的物體發(fā)射出去，在空間形成可記錄速度的運動軌跡。運動軌跡應落在識讀設備的識讀區(qū)域內，可以實現(xiàn)對此類RFID產品的檢測。

選擇目前在戶外應用中常見的的UHF標簽，設置不同速度、多種角度以及常見的附著物體（木質、塑料質、毛質、鐵質）進行測試，以判斷常見UHF標簽在不同的速度，不同的角度以及不同的附著物下的讀取距離范圍、信號強度范圍、靈敏度范圍等。

3.3 系統(tǒng)架構

測試系統(tǒng)架構如圖，包括電子標簽、運動物體發(fā)射設備、識讀設備、計算機設備等。相應地產生或記錄的數(shù)據(jù)信息包括：標簽ID信息、運動物體的初速度信息、識讀ID信息、多次測試結果（報表）。

4 實現(xiàn)方案

4.1 系統(tǒng)組成及要求

硬件部分包括羽毛球發(fā)球機、多種材質羽毛球、計算機設備。

軟件部分包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、速度場景模擬分析軟件。

測試對象包括：電子標簽、識讀設備、設備驅動及接口軟件。

綜合各方因素，為確保檢測系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運行，系統(tǒng)將至少滿足下述性能指標：

1）可存儲百萬字節(jié)數(shù)據(jù)量，數(shù)據(jù)操作客戶端響應時間小于2秒；

2）系統(tǒng)無故障運行時間大于5000小時；

3）信號強度范圍：-69～-15dbm

4）靈敏度范圍：-69～-15dbm

5）每分鐘模擬物體數(shù)量：大于100

6）速度檔數(shù)：0～20m/s

7）識讀區(qū)域角度：0～180度

4.2 測試方法

測試選擇的標簽應該至少有兩種：普通的RFID標簽和抗金屬RFID標簽。

測試分為三大類：

a）發(fā)球速度和發(fā)球角度不變，使用不同的附著物質（木質、塑料質、毛質、鐵質）進行測試；

b）發(fā)球速度和標簽附著物質不變，改變不同的發(fā)球角度進行測試；

c）發(fā)球角度和標簽附著物質不變，調節(jié)每次的發(fā)球速度進行測試。

每一大類測試中的同一條件測試應該測試三次或三次以上取其平均的測試數(shù)據(jù)，以此減少測試中的誤差。

4.3 測試數(shù)據(jù)示例

測試數(shù)據(jù)記錄如表所示。

5 結語

通過對RFID技術行業(yè)應用場景的分析，提取出應用場景要素，建立實驗室模擬環(huán)境，從而實現(xiàn)符合實際要求的RFID產品檢測，這是檢測技術發(fā)展的重要手段之一。本文針對速度場景建立的模擬測試系統(tǒng)，能實現(xiàn)對電子標簽在運動速度、運動角度、附著材質等因素影響下的性能檢測；不足之處在于還不能準確記錄電子標簽讀取數(shù)據(jù)時的運動狀態(tài)。改進方法是在運動物體上增加位置傳感器，可以得到更準確數(shù)據(jù)信息，但同時會大大增加系統(tǒng)復雜度和成本。

【參考文獻】

[1]郎為民.射頻識別（RFID）技術原理與應用，機械工業(yè)出版社，2006.

[2]游戰(zhàn)清，李蘇劍.無線射頻識別技術（RFID）理論與應用，電子工業(yè)出版社，2004.

[3]李楠，RFID無線射頻識別技術應用探析，《激光雜志》[J].2009，6.endprint