電子防盜標(biāo)簽檢測系統(tǒng)Q值穩(wěn)定性分析

李佳駿，楊成忠，楊志凱，黃 林

(杭州電子科技大學(xué)自動化學(xué)院，浙江杭州310018)

0 引言

隨著商家對電子防盜系統(tǒng)(Electronic Article Surveillance，EAS)的廣泛應(yīng)用，電子防盜標(biāo)簽的品質(zhì)好壞直接關(guān)系到商家的利益［1］。由此，電子防盜標(biāo)簽檢測系統(tǒng)對影響標(biāo)簽品質(zhì)的各項(xiàng)因素的穩(wěn)定性檢測就顯得尤為重要。目前，國內(nèi)、外電子標(biāo)簽的生產(chǎn)廠商對標(biāo)簽的檢測，還是依靠工人的經(jīng)驗(yàn)來保證質(zhì)量，能夠利用標(biāo)簽檢測系統(tǒng)經(jīng)行檢測研究的相對較少。本文是基于電子防盜標(biāo)簽檢測系統(tǒng)的原理，并利用實(shí)驗(yàn)和matlab仿真的手段分析了3種影響參數(shù)穩(wěn)定的因素，最后提出了通過利用濾波的手段來改進(jìn)系統(tǒng)，從而提高系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定性的方法。

1 電子防盜標(biāo)簽檢測系統(tǒng)理論研究

電子標(biāo)簽的外形各異，但是大部分標(biāo)簽內(nèi)部都是由一個電容和一個電感組成的LC回路，只有小部分標(biāo)簽內(nèi)部是以磁性鐵芯組成的。本文主要以內(nèi)部為LC回路的電子標(biāo)簽作為研究對象，為了方便研究，等效處理實(shí)物圖后，可得等效圖如圖1所示。

圖1 電子標(biāo)簽等效電路

圖1中L為線圈電感值，C為電容值，R為線圈內(nèi)阻。由電路可知一下阻抗表達(dá)式［2］:

式中，ω為角頻率，當(dāng)ωL-1/ωC=0時，LC回路表現(xiàn)為純電阻特性，阻抗|Z|為最小，電流達(dá)到最大值，回路將產(chǎn)生諧振，由此可得諧振的角頻率、轉(zhuǎn)換為諧振頻率為［2］:

當(dāng)發(fā)生諧振時，LC回路就具有選頻特性。除中心頻率之外，還有一個體現(xiàn)電路選頻特性的好壞程度的重要參數(shù)，那就是品質(zhì)因素Q值，由電路分析可知，Q值越大，曲線越尖銳，選頻特性越好。Q值的定義為:

由于L、R、C是電子標(biāo)簽的內(nèi)部參數(shù)，無法具體測量，所以考慮間接的測量方式來計算Q值。對于諧振曲線，總能找到上、下兩個半功率點(diǎn)，據(jù)此，得到另一個Q值計算方法:

式中，f為LC串聯(lián)回路諧振頻率，f1和f2分別為上半功率點(diǎn)頻率和下半功率點(diǎn)頻率。本文所研究電子防盜標(biāo)簽檢測系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和計算方法就是，首先在檢測區(qū)域內(nèi)設(shè)置某一頻率范圍內(nèi)的穩(wěn)定磁場，當(dāng)有標(biāo)簽通過時，標(biāo)簽中的電感就會與磁場發(fā)生耦合，當(dāng)兩者頻率相同時就會產(chǎn)生諧振，并得到諧振頻率，根據(jù)諧振頻率可得半功率點(diǎn)，最后根據(jù)式5求得Q值。

2 電子防盜標(biāo)簽檢測系統(tǒng)Q值穩(wěn)定性分析

由式5可知，f和△f直接影響Q值的穩(wěn)定性，所以，研究Q值的穩(wěn)定性可以通過分析f和△f的穩(wěn)定性來得到。首現(xiàn)，分析f的穩(wěn)定性。選用中心頻率為8.2MHz的標(biāo)簽，采集200個最大頻率值，從采集到的數(shù)據(jù)分析可得，f的變化范圍基本維持在8.142-8.144之間，相對變化率很小，表現(xiàn)穩(wěn)定，所以f對Q值的影響很小。接下來分析△f的穩(wěn)定性，通過采樣100個采樣點(diǎn)，△f的變化范圍為0.075±0.005，相對變化量為7.14% ，△f的相對變化率還是比較大的，所以從以下3個方面來分析。觀察什么因素對△f影響較大，從而改進(jìn)系統(tǒng)，使得系統(tǒng)能有較穩(wěn)定的Q值。

不同放大倍數(shù)對穩(wěn)定性的影響，對接收到的信號經(jīng)行了放大處理，從信號放大處理的階段分析△f的變化，觀察不同的放大倍數(shù)是否對△f有較大影響。在這個環(huán)節(jié)中，利用微調(diào)電阻對輸出信號放大倍數(shù)經(jīng)行調(diào)節(jié)，隨著信號放大倍數(shù)的增加，電壓幅值在不斷增大，但是通過計算，△f的變化始終維持在0.08-0.09，相對變化率較小。由此可得，信號放大倍數(shù)對△f的影響并不是很大。所以，放大倍數(shù)的變化對Q值的影響并不是很大，在檢測系統(tǒng)中，只要保持一定的放大倍數(shù)即可。

標(biāo)簽和傳感器相對位置對穩(wěn)定性的影響，本文從標(biāo)簽與傳感器的相對位置的角度，觀察不同的位置是否對△f有較大影響。在這個環(huán)節(jié)，把標(biāo)簽分別放在離接收線圈0mm、5mm、10mm、15mm的位置，檢測對應(yīng)位置的電壓幅值，計算△f的值。通過實(shí)驗(yàn)，得到以下數(shù)據(jù)如圖2所示:

圖2 不同位置下Δf的實(shí)驗(yàn)值

濾波算法對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，最后，從軟件的角度來分析，在程序中，對信號分別經(jīng)行了滑動均值濾波和尖峰脈沖濾波兩種濾波方式。首現(xiàn)簡單介紹兩種濾波方式的原理。

滑動均值濾波的原理:首先通過掃頻芯片產(chǎn)生1000個掃頻點(diǎn)，并采集相應(yīng)幅值，分別記為x(i)，接下來，對采集到的數(shù)據(jù)做4點(diǎn)滑動均值濾波處理，其均值算法如下:

對前后各32個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)求均值，分別記為a1，a2

對大脈沖經(jīng)行濾波處理，首先設(shè)定本系統(tǒng)的幅值閾值value=60，(1)當(dāng)x(i)-a〈value時，x(i)=a+value，(2)當(dāng) x(i)-a〈 -value時，x(i)=a-value。在了解了兩種濾波的基本原理后，本文對同一標(biāo)簽各測試5組數(shù)據(jù)，然后取5組數(shù)據(jù)的平均值。通過比對濾波前后的數(shù)據(jù)得到數(shù)據(jù)如圖3所示，觀察濾波對Δf的影響。

在圖3中，曲線1代表濾波后的數(shù)據(jù)采樣圖，曲線2代表濾波前的數(shù)據(jù)采樣圖。從圖3中可知，濾波前后，Δf從0.08變?yōu)?.154，相對變化率較大。所以，濾波對Q值的不穩(wěn)定造成了較大影響，而且，濾波處理明顯使Q值有了更好的表現(xiàn)。所以，在系統(tǒng)軟件方面，應(yīng)該加入濾波處理，使得系統(tǒng)Q值更加穩(wěn)定。

圖3 Δf在濾波前后對比圖

3 結(jié)束語

本文通過實(shí)驗(yàn)，matlab仿真很好的分析了影響Q值穩(wěn)定性的3種因素，明確的給出了3種因素各自對Q值穩(wěn)定性影響的大小。最終確定了通過加入濾波的方式，提升系統(tǒng)性能，使Q值有更好的表現(xiàn)。

［1］ 李云勝.射頻EAS系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2009，35(6):69-71.

［2］ 孫正捷，楊成忠，薛凌云.基于嵌入式技術(shù)的電子標(biāo)簽質(zhì)量檢測系統(tǒng)［J］.杭州電子科技大學(xué)學(xué)報，2007，27(1):73-76.

［3］ 岳士弘.脈沖噪聲的模糊濾波［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2002，27(5):343-346.

［4］ Zhang Yanbin，Liu Qin.Design and Realization of Pulsed Electronic Article Surveillance System［J］.IEEE Intelligent Computation Technology and Automation，2011，31(2):28-29.

［5］ 郭龍剛，劉兆魁.基于Matlab/Simulink的電力電子電路仿真［J］.河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2005，26(5):42-45.

［6］ 李珣，楊成忠，任云，等.基于LabVIEW的電子防盜標(biāo)簽分揀系統(tǒng)設(shè)計［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2005，32(8):37-38.