旅游景區(qū)RFID通用射頻技術(shù)測試系統(tǒng)研究

引 言

隨著國家第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，旅游經(jīng)濟快速增長，為提高旅游服務(wù)質(zhì)量，實現(xiàn)智慧旅游，旅游業(yè)大力引入物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品， 如RFID 系統(tǒng)在景區(qū)、酒店和餐飲等方面的投入等，游客不僅沉浸在祖國壯麗山河中，還贊嘆信息科技給大家?guī)淼谋憷?。?RFID 產(chǎn)品是否達(dá)標(biāo)，可靠性是否令人滿意，直接影響對游客的服務(wù)質(zhì)量。因此本文提出RFID 通用射頻測試系統(tǒng)研究， 分析整體設(shè)計、研究硬件和軟件部分的測試功能，在 RFID 產(chǎn)品投入使用前，快捷、準(zhǔn)確地測試其指標(biāo)是否在旅游業(yè)誤差允許范圍之內(nèi)，助力信息科技產(chǎn)品在旅游業(yè)中迅速普及，為旅游業(yè)經(jīng)濟發(fā)展帶來一定幫助。

1 RFID測試技術(shù)簡介

RFID 系統(tǒng)是一種無線通信技術(shù)，主要體現(xiàn)在讀寫器和標(biāo)簽之間的無線信息傳送，UHF RFID 利用電磁波反向散射原理，完成二者間的信息傳送。RFID 測試是指系統(tǒng)在研發(fā)后期或產(chǎn)品樣品出來時，通過合適的測試方法，依據(jù)相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，對系統(tǒng)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測試，判斷其是否在行業(yè)允許范圍誤差之內(nèi)。通過科學(xué)分析，對 RFID 系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，提高其可靠性。

2 總體設(shè)計

整個測試系統(tǒng)包含上位機計算機、矢量信號發(fā)生器、矢量信號分析儀、射頻信號處理單元和軌道控制器等，系統(tǒng)構(gòu)架如圖 1 所示。系統(tǒng)采用三相電源輸入，降壓、整流和濾波，輸出兩路電源，一路正常給機柜內(nèi)儀器供電，另一路備用。系統(tǒng)支持射頻信號、電源信號和 TTL 信號，通過不同的電平控制微波開關(guān)，多路電源供不同測試模塊引腳加電使用，系統(tǒng)機箱內(nèi)置示波器、信號發(fā)生器和萬用表等模塊化儀表。配置矩陣開關(guān)模塊，目的是靈活輸出射頻信號。待測設(shè)備模塊被測試前，先檢查電源電阻、電壓和電流等參數(shù)，確認(rèn)其對地不短路，能夠正常加壓。適配器接口輸出留有 30% 的余量，采用VPC 公司的 18 槽接口 G18，電源信號和射頻信號各有 3 個槽位。

3 硬件部分

硬件主要由測量儀器構(gòu)成，如矢量信號源，干擾信號源等。為測試系統(tǒng)的測試工具，儀器根據(jù)測試方案的檔次，選用不同的數(shù)量，可雙向兼容。采用的儀器名稱見表 1 所列。硬件系統(tǒng)在測試前，要完成自檢，測試過程中的誤差處理方式如下：

(1) 測量儀器產(chǎn)生的誤差由系統(tǒng)自動處理 ；

(2) 被測設(shè)備與系統(tǒng)連接、測量時產(chǎn)生的誤差，直接在測試端口通過校正模式處理。

4 軟件部分

軟件部分是測試系統(tǒng)的核心，完成整個儀器系統(tǒng)的連接管理、數(shù)據(jù)交換和信令流控制，以及儀器總線結(jié)構(gòu)的流程仲裁和測試項目管理，支持測試序列定制功能，通過一次性配置測試計劃，實現(xiàn)多次長期統(tǒng)計報告功能。本軟件基于TM STUDIO，屬于綜合平臺，能測試標(biāo)簽性能、射頻一致性認(rèn)證和協(xié)議一致性，進(jìn)行層次建模，把不同系統(tǒng)分成 3 層，抽象出底層、中間層和頂層，底層封裝儀器和硬件驅(qū)動，頂層根據(jù)功能劃分用戶界面，三個系統(tǒng)的區(qū)別在于中間層的執(zhí)行邏輯， 中間層用動態(tài)方式調(diào)用，形成類似腳本程序的執(zhí)行流，執(zhí)行流形成一個多線程實體，調(diào)度系統(tǒng)中各邏輯模塊，如圖 2 所示。

(1) 測試序列模塊：根據(jù)測試內(nèi)容的需要，配置測試功能，布置測試作業(yè)內(nèi)容。

(2) DEMO模塊 ：便于研發(fā)人員進(jìn)行離線調(diào)試，展現(xiàn)軟件的兼容性和易用性，在此模式下，使用用戶無需輸入授權(quán)號。

(3) LOG記憶模塊 ：記憶所有測試中出現(xiàn)的中間狀態(tài)以供工程和質(zhì)量分析研發(fā)人員分析和調(diào)試，從而進(jìn)行檢查、對比以及定義問題的原因。

(4) 自動打印報告模塊 ：為用戶提供測試結(jié)果輸出。

                                                                                                                                                圖 2 軟件結(jié)構(gòu)框圖

5 系統(tǒng)性能評估分析

對景區(qū)某型號門禁 RFID 系統(tǒng)進(jìn)行測試，其特點是讀寫器固定，標(biāo)簽跟隨游客移動，但 UHF RFID 系統(tǒng)的識別范圍具有不穩(wěn)定性和不連續(xù)性。對測試系統(tǒng)采用的評估方法包括最大識別距離法、最大識別區(qū)域法和基于目標(biāo)區(qū)域識別率的識別方法。標(biāo)簽諧振頻率為 1 100 MHz，增益為 2.2 dB，駐波比小于1.6。將門禁系統(tǒng)的標(biāo)簽放置在暗室內(nèi)，實驗環(huán)境為7 m×4 m×3.8 m 的實驗室，目標(biāo)區(qū)域由 57 個測試點構(gòu)成，分別位于距離地面 1.2 m 和 1.7 m 的水平面內(nèi)。每個平面測試點為 6×8 設(shè)置，測試點的 X，Y，Z 方向距離為 40 cm，系統(tǒng)工作頻率為 1 100 MHz。測試結(jié)果表明，閱讀器的天線朝向標(biāo)簽所在測試點的集合中心時，高度范圍為 2 m，目標(biāo)區(qū)域識別率達(dá)標(biāo)。

6 結(jié) 語

RFID 測試系統(tǒng)是基于軟件無線電和測試儀器的系統(tǒng)，由上位機、矢量信號發(fā)生器、矢量信號分析儀、射頻信號處理單元和軌道控制器等組成，分為硬件和軟件部分。本文利用RFID 測試系統(tǒng)，分析并測試了閱讀器和標(biāo)簽天線的連接管理、數(shù)據(jù)交換和信令流控制，測試標(biāo)簽性能、射頻一致性認(rèn)證和協(xié)議一致性，進(jìn)行層次建模。該測試系統(tǒng)的研究為 RFID 技術(shù)的研發(fā)及用戶快速應(yīng)用 RFID 產(chǎn)品提供了理論指導(dǎo)和參考依據(jù)，為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品應(yīng)用與景區(qū)智能化奠定了良好的基礎(chǔ)。