RFID電子標(biāo)簽質(zhì)量批量檢測關(guān)鍵技術(shù)的研究

王 珺，劉振波，李德偉，王佳晗，趙旭亮

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

RFID電子標(biāo)簽質(zhì)量批量檢測關(guān)鍵技術(shù)的研究

王 珺，劉振波，李德偉，王佳晗，趙旭亮

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

通過對RFID定點(diǎn)識別、機(jī)器視覺識別、圖像分析等檢測技術(shù)進(jìn)行研究，提出并設(shè)計(jì)了一種RFID射頻電子標(biāo)簽質(zhì)量批量檢測裝置。通過該裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化批量條碼檢測、批量標(biāo)簽字符檢測和批量RFID信息檢測，有效保障了RFID射頻電子標(biāo)簽質(zhì)量。

全生命周期；RFID；檢測技術(shù)

目前，RFID(無線射頻識別)技術(shù)在電網(wǎng)內(nèi)的應(yīng)用越來越廣泛。從計(jì)量器具的全生命周期，到省級計(jì)量中心的生產(chǎn)調(diào)度平臺，RFID電子標(biāo)簽都發(fā)揮了重要作用。2013年國家電網(wǎng)公司頒布了《計(jì)量用電子標(biāo)簽技術(shù)規(guī)范》，明確要求對計(jì)量用電子標(biāo)簽的型式、功能特性、物理特性、電磁兼容特性、通信性能進(jìn)行相關(guān)測試，以保證RFID電子標(biāo)簽在“自動(dòng)化檢定、智能化倉儲、物流化配送”應(yīng)用環(huán)節(jié)的可靠性[1]。因此，如何更好地利用RFID電子標(biāo)簽，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，保障標(biāo)簽的質(zhì)量安全，是目前RFID技術(shù)研究的一個(gè)重要課題。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

RFID電子標(biāo)簽檢測技術(shù)是RFID技術(shù)體系中的一項(xiàng)重要技術(shù)，對于電子標(biāo)簽的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用有重要意義。目前，國外在該項(xiàng)檢測技術(shù)的研究上投入較大，已經(jīng)有一些研究成果；在美國以“SUN RFID”測試中心為代表的研究群體，以及在歐洲以“IBM RFID”測試中心為代表的研究群體，都是致力于RFID電子標(biāo)簽檢測技術(shù)的研究[2]。無論在單體標(biāo)簽的檢測技術(shù)，還是在群體標(biāo)簽的批量檢測技術(shù)上，都取得了一定成效。國外對RFID電子標(biāo)簽的測試采用的是ISO/IEC所制定的相應(yīng)測試規(guī)范，即《信息技術(shù)自動(dòng)識別與數(shù)據(jù)采集技術(shù)射頻識別設(shè)備性能測試方法》和《信息技術(shù)自動(dòng)識別與數(shù)據(jù)采集技術(shù)射頻識別設(shè)備一致性測試方法》，與國內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用存在一定差別[3]。國內(nèi)RFID技術(shù)起步比較晚，電子標(biāo)簽的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于國外。在相關(guān)測試方面中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所和中科院自動(dòng)化研究所正在建設(shè)國內(nèi)的相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)。部分國內(nèi)RFID企業(yè)，如遠(yuǎn)望谷科技、中山達(dá)華等企業(yè)在讀寫設(shè)備和電子標(biāo)簽的研發(fā)和生產(chǎn)及測試方面得到了發(fā)展。但企業(yè)更多是基于生產(chǎn)環(huán)節(jié)的測試，且每個(gè)企業(yè)的測試條件和測試方案都不同，更缺少生產(chǎn)后二次加工、流通等環(huán)節(jié)的檢測，也無法保證電子標(biāo)簽的一致性和質(zhì)量性能。國內(nèi)對于電子標(biāo)簽的測試尚處于摸索階段。

2 RFID電子標(biāo)簽批量檢測

2.1目前存在的問題

RFID電子標(biāo)簽在實(shí)現(xiàn)計(jì)量器具的全生命周期管理、加強(qiáng)計(jì)量器具出入庫環(huán)節(jié)、檢定環(huán)節(jié)的物流效率，取得了一定的成效。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于對電子標(biāo)簽的質(zhì)量缺乏必要的檢測手段，也存在一些問題。

由于電子標(biāo)簽的生產(chǎn)廠家不同，使用的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝亦有所不同。例如條形碼印制不清晰、紋路有斷裂現(xiàn)象等，都會導(dǎo)致標(biāo)簽信息無法讀取，造成資產(chǎn)統(tǒng)計(jì)的缺失，即使人為地通過其他方式進(jìn)行補(bǔ)充，也必然影響了工作的效率。更嚴(yán)重的是電子標(biāo)簽的RFID射頻性能不合格，造成電子標(biāo)簽識別距離短、一致性差等問題。由此產(chǎn)生的結(jié)果是：計(jì)量器具在配送到貨的環(huán)節(jié)，進(jìn)行入庫批量識別時(shí)，識別的數(shù)量與實(shí)際到貨數(shù)量不一致；在中心庫房進(jìn)行檢定的前后環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)量識別時(shí)，識別的數(shù)量與實(shí)際數(shù)量也不一樣；從中心庫配送到二級庫房的出入庫環(huán)節(jié)，同樣會出現(xiàn)類似問題。大量的問題要么導(dǎo)致資產(chǎn)數(shù)量信息不準(zhǔn)確，要么需要大量的人力物力去重新核對數(shù)量，從大量的計(jì)量器具中找到問題所在。這都會是極大的損失。

此外，作為計(jì)量器具全生命周期管理的主要信息載體，電子標(biāo)簽的質(zhì)量不合格，導(dǎo)致在計(jì)量器具投入計(jì)量點(diǎn)運(yùn)行以后，電子標(biāo)簽無法存儲相關(guān)信息或者造成信息丟失。這勢必失去應(yīng)用電子標(biāo)簽管理計(jì)量器具的意義，也必然對計(jì)量業(yè)務(wù)的開展造成不利影響，與提升用電服務(wù)水平的初衷是相違背的[4]。

2.2實(shí)現(xiàn)原理及方案設(shè)計(jì)

針對上述應(yīng)用實(shí)際情況，本文研究并設(shè)計(jì)了一種 RFID電子標(biāo)簽批量檢測裝置。其設(shè)計(jì)方案如下。

a.采用RFID定點(diǎn)識別的方式來獲取每張電子標(biāo)簽的靈敏度值。

定點(diǎn)識別就是對檢測點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和測量給定的三維坐標(biāo)進(jìn)行匹配，對各個(gè)檢測點(diǎn)的相對位置進(jìn)行識別。本文設(shè)計(jì)的批量檢測裝置通過固定RFID識讀設(shè)備的位置，采用軟件調(diào)節(jié)識讀設(shè)備的發(fā)射功率，讓標(biāo)簽在同一位置同等距離下通過檢測點(diǎn)，根據(jù)標(biāo)簽返回的靈敏度數(shù)值來判定標(biāo)簽的識讀性能是否合格；且識讀設(shè)備可以同時(shí)讀取電子標(biāo)簽的寫入信息碼，記錄并上傳，從而檢測寫入信息碼是否合格。采用RFID定點(diǎn)識別技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對電子標(biāo)簽識讀性能和寫入信息碼準(zhǔn)確性的檢測，可以準(zhǔn)確檢測電子標(biāo)簽的2項(xiàng)關(guān)鍵性能，從而保證電子標(biāo)簽的質(zhì)量[5]。RFID識別的實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示。

圖1 RFID識別原理

b.采用機(jī)器視覺的檢測方法來進(jìn)行電子標(biāo)簽條碼和字符的檢測。

通過引入高亮LED光源進(jìn)行輔助照明，結(jié)合高速成像工業(yè)相機(jī)達(dá)到運(yùn)動(dòng)中采圖，然后采用核心光學(xué)字符識別(OCR)和條碼識別(BCR)技術(shù)來分別識別條碼和字符。市面上檢測條碼的技術(shù)一般采用激光條碼掃描器，雖然也能檢測出條碼是否能被識讀，但是在字符檢測上，一般激光條碼掃描器則無法完成。另外，采用機(jī)器視覺的檢測技術(shù)，可以對檢測對象進(jìn)行圖像拍攝，這樣有利于對檢測過的對象進(jìn)行二次分析和檢驗(yàn)。機(jī)器視覺識別的實(shí)現(xiàn)原理如圖2所示。

圖2 機(jī)器視覺識別原理

c.采用伺服動(dòng)力系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)檢測的批量高速自動(dòng)化。

所謂伺服系統(tǒng)，就是被調(diào)量跟隨指令值變化的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。如果被調(diào)量是速度稱為速度伺服系統(tǒng)，如果被調(diào)量是位置稱為位置伺服系統(tǒng)。如果被調(diào)量是動(dòng)力則稱為伺服動(dòng)力系統(tǒng)。

大量試驗(yàn)表明，在高速的運(yùn)動(dòng)中，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)對RFID電子標(biāo)簽的識讀性能檢測、寫入碼檢測以及條碼、字符的檢測難度是很大的。為了實(shí)現(xiàn)檢測的高速運(yùn)動(dòng)和批量自動(dòng)檢測，檢測運(yùn)行必須進(jìn)行間斷式運(yùn)動(dòng)。伺服動(dòng)力系統(tǒng)主要是通過伺服電機(jī)來提供運(yùn)行動(dòng)力，伺服電機(jī)的優(yōu)勢在于運(yùn)行不丟步且精準(zhǔn)度高。而其他方式(如采用同步電機(jī)、異步電機(jī)等提供動(dòng)力)主要問題在于偶爾發(fā)生丟步現(xiàn)象，這樣會造成電子標(biāo)簽有漏檢問題。

由主控模塊(計(jì)算機(jī)控制模塊)通過TCP/IP協(xié)議、485協(xié)議以及PLC協(xié)議與RFID識別模塊、機(jī)器視覺識別模塊以及輸送模塊進(jìn)行通信，從而使檢測過程實(shí)現(xiàn)批量自動(dòng)化。即將檢測要求從主控模塊進(jìn)行輸入，通過不同的協(xié)議傳遞到每一個(gè)功能模塊，讓各功能模塊自動(dòng)來完成要求的檢測項(xiàng)目。例如，在主控模塊設(shè)置好運(yùn)行速度和RFID檢測功率，通過PLC和485協(xié)議發(fā)送指令給輸送模塊和RFID識別模塊，2個(gè)功能模塊接收指令后按照設(shè)置好的要求來進(jìn)行(見圖3)。

圖3 自動(dòng)控制框架圖

本文設(shè)計(jì)的批量檢測裝置軟件的部分采用.net framework進(jìn)行開發(fā)，.net framework是用于Windows的新托管代碼編程模型，它的特點(diǎn)在于構(gòu)建具有視覺上引入注目的用戶體驗(yàn)的應(yīng)用程序，支持各種業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)。為了盡可能地實(shí)現(xiàn)本文的各項(xiàng)研究技術(shù)，使研究成果轉(zhuǎn)化為切實(shí)可行的檢測能力，達(dá)到更好的用戶體驗(yàn)和使用效果，在軟件開發(fā)過程中遵循軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)原則，通過軟件和硬件分別研究開發(fā)，不斷地進(jìn)行綜合仿真，最終達(dá)到目標(biāo)效果后再投入實(shí)際的生產(chǎn)工作。

通過以上幾項(xiàng)檢測技術(shù)的研究和成果，以及在軟件開發(fā)的設(shè)計(jì)，本文設(shè)計(jì)的電子標(biāo)簽批量檢測裝置設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

圖4 電子標(biāo)簽批量檢測裝置設(shè)計(jì)圖

3 結(jié)束語

本文通過對RFID射頻電子標(biāo)簽批量檢測技術(shù)進(jìn)行研究，提出并設(shè)計(jì)了一套RFID電子標(biāo)簽批量檢測裝置。有效解決了RFID電子標(biāo)簽質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)的檢測問題，保證了電子標(biāo)簽應(yīng)用的穩(wěn)定性和可靠性。本文提出的檢測技術(shù)和原理同樣可以應(yīng)用于對其他電子標(biāo)簽的檢測。

[1] 計(jì)量用電子標(biāo)簽技術(shù)規(guī)范：Q/GDW 1983—2013[S].

[2] 田治禮，張欽軍，沈 琰. 電子標(biāo)簽系統(tǒng)在柔性制造系統(tǒng)中應(yīng)用設(shè)計(jì)[J]. 中國測試，2007，33(2)：108-111.

[3] 邵華東. UHF RFID電子標(biāo)簽測試技術(shù)與應(yīng)用[D]. 廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2010：3-7.

[4] 李 萌，李曉東. 基于投資能力的電網(wǎng)企業(yè)投資分配模型研究[J]. 東北電力技術(shù)，2016，37(1)：19-23.

[5] 王 珺，那廣宇，劉振波. 基于基于物聯(lián)網(wǎng)的電能表性能檢測管理系統(tǒng)的建立[J]. 東北電力技術(shù)，2016，37(1)：24-27.

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Research on the Key Technologies of Batch Detection for RFID Tag

WANG Jun，LIU Zhenbo，LI Dewei，WANG Jiahan，ZHAO Xuliang

(Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

Through an in-depth study of RFID(Radio Frequency identification Devices)fixed-point identification,machine vision recognition,image analysis and other detection technology in this paper.A kind of batch detection device of RFID radio frequency electronic tag is proposed and designed.This device can realize automatic batch bar code detection,batch label character detection and batch RFID information detection,which effectively ensures the quality of RFID radio frequency electronic tag.

total life cycle；RFID；detection technique

TP391.44

A

1004-7913(2017)08-0060-03

王 珺(1984)，女，碩士，高級工程師，從事計(jì)量檢測關(guān)鍵技術(shù)研究。

2017-03-21)