用于智能制造生產(chǎn)線(xiàn)的超高頻RFID讀寫(xiě)器讀寫(xiě)性能測試研究

0 引言

近年來(lái)，RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)在物流行業(yè)、制造業(yè)、資產(chǎn)管理、人員跟蹤監控等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應用，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合(電感耦 合或電磁耦合)傳輸特性，實(shí)現對被識別物體的自動(dòng)識別。RFID 系統一般由讀寫(xiě)器和電子標簽組成，讀寫(xiě)器通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式獲得標簽信息，從而識別攜帶該標簽的對象。因此，讀寫(xiě)器性能對RFID系統功能的實(shí)現起著(zhù)舉足輕 重的作用。

目前，對讀寫(xiě)器所開(kāi)展的測試包括一致性測試、通用性測試以及性能測試三個(gè)階段。一致性測試是為了測試設備如標簽、讀寫(xiě)器是否符合EPC global 的標準，這樣終端用戶(hù)可以購買(mǎi)到經(jīng)過(guò)認證的產(chǎn)品;通用性測試是為了測試某種設備與其他設備的兼容性操作;性能測試是為了測試讀寫(xiě)器在 某個(gè)具體環(huán)境、真實(shí)條件下的識讀水平，以保證所有環(huán)節識讀的準確率。ISO/IEC 18046定義了RFID設備的性能檢測方法，包括對標簽性能參數、速度、標簽陣列、方向、單標簽檢測及多標簽檢測等標簽性能檢測方法，以及對讀取距離、 讀取率、單標簽和多標簽讀取等讀寫(xiě)器性能檢測方法。左中梁等在GTEM小室中測試了UHF RFID 系統的讀寫(xiě)距離，分析了UHF RFID 系統通信的受限因素是前向鏈路，從而根據前向鏈路信號的衰減推導了使用GTEM 小室進(jìn)行UHF RFID 系統讀寫(xiě)距離測量的公式及方法;史玉良等在高速環(huán)境下對UHFRFID標簽讀取率進(jìn)行了測試，并設計實(shí)現了1款直線(xiàn)導軌以模擬低速到高速的不同應用環(huán)境， 研究標簽的讀取率與速度之間存在的對應關(guān)系。然而，這些方法主要針對的是讀寫(xiě)器本身的參數對其讀寫(xiě)性能的影響，對于具體的環(huán)境因素對讀寫(xiě)器讀寫(xiě)性能的影響 研究較少。本文在現有物流分揀、混合生產(chǎn)智能制造生產(chǎn)線(xiàn)上，測試出了RRU9806SR超高頻臺面式讀寫(xiě)器漏讀率，分析了實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)環(huán)境對漏讀率的影響。

1 測試平臺搭建與數據采集

1.1 RRU9806SR超高頻臺面式讀寫(xiě)器

RRU9806SR超高頻臺面式讀寫(xiě)器外形圖及其接口定義如圖1 所示，支持符合ISO18000-6C(EPC C1G2)、ISO18000-6B 協(xié)議電子標簽，可用于物流、個(gè)人身份識別、會(huì )議簽到系統、門(mén)禁系統、防偽系統及生產(chǎn)過(guò)程控制等多種無(wú)線(xiàn)射頻識別(RFID)系統。RFID讀寫(xiě)器硬件電路由以下幾部分組成：射頻識別模塊電路、微控制器電路、串行接口電路、射頻收發(fā)電路、電源電路等，如圖2所示。

1.2 測試平臺的搭建

本文在現有物流分揀、混流生產(chǎn)智能制造生產(chǎn)線(xiàn)上搭建測試平臺。該智能制造生產(chǎn)線(xiàn)可以實(shí)現生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程及工件加工的智能監控，相關(guān)控制軟件可以 顯示工件到達的工位，并可以通過(guò)安裝在生產(chǎn)線(xiàn)上的讀寫(xiě)器以及讀寫(xiě)頭讀取裝有電子標簽的工件的信息。本項目則將原有的高頻讀寫(xiě)器取下來(lái)，換上待測試的超高頻 讀寫(xiě)器，為此需要對生產(chǎn)線(xiàn)少許改裝，改裝后的生產(chǎn)線(xiàn)如圖3所示。

圖3中，將待測讀寫(xiě)器分別安裝在生產(chǎn)線(xiàn)的四個(gè)工位，通過(guò)螺母螺絲調讀寫(xiě)器托盤(pán)高度，達到讀寫(xiě)器讀寫(xiě)檢測距離。將超高頻電子標簽安裝在傳送底座上，當工具通過(guò)讀寫(xiě)器所在位置時(shí)，讀寫(xiě)器以應答模式讀取工件相關(guān)信息。

1.3 測試數據的采集

為了自動(dòng)采集生產(chǎn)線(xiàn)上的讀卡器讀取工件數量，開(kāi)發(fā)了一套數據采集軟件，其軟件開(kāi)發(fā)流程圖如圖4 所示。該軟件按照功能可以劃分成3部分：應用程序接口部分、讀寫(xiě)器控制部分和數據處理部分。讀寫(xiě)器控制部分主要包括控制射頻模塊、參數配置模塊和協(xié)議處理 模塊[10].根據圖4,采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出軟件界面如圖5所示。按下啟動(dòng)按鈕，數據采集軟件動(dòng)態(tài)采集標簽ID號、到達工位數、到達時(shí)間及漏讀率。圖5所 示為數據采集軟件測試的部分數據。按下停止按鈕，數據采集軟件將測試數據保存到上位機。圖5中漏讀率由式(1)計算：

漏讀率= (總到位數- 總讀取數)/總到位數 (1)

2 實(shí)驗結果及分析

啟動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，運行平臺，對數據進(jìn)行采集。選取工位二和三的讀寫(xiě)器進(jìn)行分析，作出其漏讀率變化曲線(xiàn)，如圖6所示。

由圖6看出，兩讀寫(xiě)器的漏讀率變化情況截然不同，其近似分布特性公式分別如下：

讀寫(xiě)器二的漏讀率總體較低，但是隨著(zhù)使用次數的增加，漏讀率整體呈現增大的趨勢，說(shuō)明讀寫(xiě)器本身性能(包括抗環(huán)境干擾能力)較差，不適于應用在 精度要求高的場(chǎng)景。而讀寫(xiě)器三恰好與讀寫(xiě)器二情況相反，漏讀率呈現遞減的狀態(tài)，但從變化曲線(xiàn)看得出其工作性能也不穩定。所以，對于這兩臺讀寫(xiě)器需要對其內 部影響其讀寫(xiě)效率的參數進(jìn)行優(yōu)化，提高工作性能。

3 結論

本文在現有物流分揀、混合生產(chǎn)智能制造生產(chǎn)線(xiàn)上，測試出了在實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)環(huán)境對RRU9806SR 超高頻臺面式讀寫(xiě)器漏讀率。首先，在現有智能制造生產(chǎn)線(xiàn)上搭建了測試讀寫(xiě)器硬件平臺，接著(zhù)開(kāi)發(fā)了數據采集軟件采集實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)上安裝的標簽數據，并計算出了 漏讀率。最后在Matlab軟件中求出了漏讀率的分布圖并求出了漏讀率均方根值。所求漏讀率即為讀寫(xiě)器漏讀率。求得了漏讀率的分布圖并求出了漏讀率的分布 特性表達式。

此測試方案簡(jiǎn)單易用，對讀寫(xiě)器性能進(jìn)行漏讀率的分析，不需要花費較多的人力物力以及資金投資便可以檢測讀寫(xiě)器的一般性能，對工業(yè)級讀寫(xiě)器在復雜 環(huán)境應用方案和產(chǎn)品檢測方面有借鑒作用。從測試的過(guò)程也可反映出RFID讀寫(xiě)器以及電子標簽對于現代各個(gè)行業(yè)都有很大的實(shí)用價(jià)值，而超高頻讀寫(xiě)器也將因其 各種優(yōu)勢更加廣泛的應用于各個(gè)行業(yè)。在本論文的基礎上，后續研究工作將提出具體的改善方案來(lái)降低漏讀率，對該讀寫(xiě)器內部影響其性能的具體參數進(jìn)行測試并優(yōu) 化，使其更好的用在實(shí)際環(huán)境中。