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能有多快?
RFID能识别速度高达200km/h的物体
[作者 浩亭]   2015年09月09日 星期三 浏览人次: [10107]

超高频(UHF)射频识别(RFID)系统能可靠识别多快的移动物件?浩亭RFID团队与德国著名赛车队点火竞赛车队一起在飞机场进行高速测试。赛车以200km/h的速度通过​​天线,赛车上的标签EPC号(标签的唯一编号)被赛道旁的天线读取九次─为更高的速度留下大量的空间。


1.引言

如何能可靠地识别高速运动的物体或车辆?车辆可以行驶多快?射频识别(RFID)是许多移动应用中的选择技术,例如在自动化仓库,识别快速移动的工具以及车辆。


图1为显示典型的RFID系统。



图1 : 常规设置:RFID标签通过天线,天线发射无线电波(蓝线)。标签从无线电波吸收能量,并发送其唯一的标识EPC(电​​子产品代码)(橙色线)。
图1 : 常规设置:RFID标签通过天线,天线发射无线电波(蓝线)。标签从无线电波吸收能量,并发送其唯一的标识EPC(电​​子产品代码)(橙色线)。

RFID标签也称为RFID应答器,进入由RFID读写器天线发射的电磁场。该RFID标签吸收能量,用其唯一的号码应答,即所谓的EPC(电​​子产品代码)。读写器接收类比讯号,并把讯号数位化,最后,Ha-VIS仲介软体收集所有资料,并生成所需要的资讯报告。


RFID显著的优点:


1.每秒识别的对象多达330 个


2.可以有视线阻隔


3.读取距离从几毫米到15米(不带电池)


4.可重写的使用者记忆体


铁路行业是浩亭的重点专注领域之一,产品应用,例如重载连接器、铁路车辆安装的乙太网交换机、用于轨旁识别和车载应用的RFID系统等等,在保证标签的EPC号能被可靠读取的情况下,火车最高的运行速度是多少呢?浩亭提供了针对特殊应用的完整系统,包含RFID标签、天线、读写器和仲介软体,并为特殊的高速应用进行高速测试,对产品进行不同组合(所有测试都包含仲介软体),证明其高速能力。


为了设置测试界限,我们检查物体在不同的应用中速度能有多快:


1) 物流传送带上的箱体及零部件:高达30km/h


2) 自动化仓库中的高速运输系统:50km/h


3) 制造业中使用的高速机器人:高达50km/h


4) 货物列车:120km/h - 160km/h(取决于不同的国家)


2.安装

在德国波塔韦斯特法利卡机场的机场车道安装三种不同的配置。



图2 : 机场跑道示意图,显示出机场车道中的车辆和三个读取点。
图2 : 机场跑道示意图,显示出机场车道中的车辆和三个读取点。
表1沿着机场的车道,安装三个独立的读取点,每个站之间至少间隔15米。

读取点1

读取点 2

读取点 3

读写器

Ha-VIS RF-R200 (PoE)

Ha-VIS RF-R500-c-EU

Ha-VIS RF-R500-p-EU

同轴电缆

Ha-VIS同轴电缆LL240flex, 10m

Ha-VIS同轴电缆LL240flex, 10m

Ha-VIS同轴电缆LL240flex, 10m

天线

Ha-VIS RF-ANT- MR20-EU

Ha-VIS RF-ANT- WR30-EU

Ha-VIS RF-ANT- WR80-30-EU

软体

Ha-VIS 仲介软体

Ha-VIS 仲介软体

Ha-VIS 仲介软体

表2中描述RFID读写器的精确配置。

表2显示每一个读取点的读写器配置。 Ha-VIS RF-R200已配置读写器可以发出的最大功率。用于读取点2和点3,配置读写器使得附带的天线发射只有法律允许的2W有效发射功率。

读取点1

读取点 2

读取点 3

读写器

Ha-VIS RF-R200 (PoE)

Ha-VIS RF-R500-c-EU

Ha-VIS RF-R500-p-EU

功率

0.5 W

1.6 W

2W,带功率分配器
1W,带功率分配器

天线增益

4 dBic

8.5 dBic

11 dBic

天线发射功率

0.2 W有效发射功率

2 W有效发射功率

2 W有效发射功率

模式

主机模式

主机模式

主机模式

持久性复位时间

0 毫秒

0 毫秒

0 毫秒



Ha-VIS仲介软体操作和控制读写器,收集资料和生成XML报告,包含所有标识标签的清单,以及它们在天线场被读取的频率。如没提及不同,应答器设定为读取96位EPC。


对于读取点3,测试了两种配置。如果未提及不同,两台Ha-VIS RF-ANT-WR80-30-EU天线连接到一个功率分配器,功率分配器连接到RFID读写器的天线埠1。假设由两个天线合成一个「逻辑」天线,标签将不再在天线场,应增加读取事件数。测试结果将在3.4节讨论。


当通过三个读取点时,每辆车只配备了一个标签(详细资讯参见图片和第三章)。


3.高速测试

根据不同类型的应用和配置速度,我们选择四种不同的车辆进行测试:


1.电动自行车,速度高达50km/h


2.大学生方程式汽车大赛(2013赛季)点火竞赛车队电动赛车,速度可达120km/h


3.大学生方程式汽车大赛(2010赛季)点火竞赛车队燃油赛车,速度可达160km/h


4.高速有轨电车,速度可达200​​km/h(汽车可以驾驶得更快,由于加速和停止需要距离,计程车道的长度限制最大速度。)


表3 车辆与标签配置概述

车辆

标签

测试最大速度

章节

电动自行车

FT89

52 km/h

3.1

电动赛车

VT86s

87 km/h

3.2

燃油赛车

SL89

114 km/h

3.4

高速有轨电车

SL89

200 km/h

3.3


3.1带FT89标签的电动自行车


图3 : 带FT89标签的电动自行车。
图3 : 带FT89标签的电动自行车。

FT89标签是一个灵活的应答器,可以粘到所有非导电表面(导电表面可选其他型号的标签​​产品)。因此,该标签放置在塑胶盖的右边(在浩亭大标志以下)。电动自行车以51公里/小时的恒定速度通过三个读取点。每一个读取点列中的数字代表读写器和仲介软体读取96位元EPC的频率。


表4为电动自行车和FT89标签的测试结果。在读取点1,EPC(96位标签的唯一识别码)被读出1次;在读取点2,EPC被读出5次;在读取点3,EPC被读出39次。

标签

速度

标签和天线之间的距离

读取点1

读取点 2

读取点 3

FT89

51 km/h

2.5 米

1

5

39


图4 : 带VT86s标签的电动赛车
图4 : 带VT86s标签的电动赛车

3.2带VT86s标签的电动赛车

该VT86s经优化后,体积小、稳健,在金属上具有最佳功能。因此,该标签安装在金属板上(参见图4,安装在防滚架上的绿色金属板)。


表5 带VT86s标签的电动赛车测试结果。

标签

速度

标签和天线之间的距离

读取点 2

VT86s

59 公里/小时

2.5 米

4

VT86s

87 公里/小时

2.5 米

1


3.3带SL89标签的高速有轨电车

本套SL89固定在汽车的右后翼(参见图5)。车辆在车道上以200km/h的恒定速度行驶,通过三个读取点。


图5 : SL89套件(带有金属托架)。带槽的金属托架能作为天线用,非常适合高速应用和恶劣环境。
图5 : SL89套件(带有金属托架)。带槽的金属托架能作为天线用,非常适合高速应用和恶劣环境。
表6 带SL89标签的高速电车测试结果。在200公里/时该标签被读取九次。

标签

速度

标签和天线之间的距离

读取点1

读取点 2

读取点 3

SL89

200 公里/小时

2.5 米

./.

1

9



当速度为200km/h,Ha-VIS仲介软体、RF-R500-p-EU和WR80-30天线的组合能够九次读取96位EPC的SL89!


3.4带SL89标签的燃油赛车─技术细节

图6 : 带SL89标签的燃油赛车。
图6 : 带SL89标签的燃油赛车。

不同的标签有不同的储存体。在储存区域1,TID用32位元储存,在RFID晶片制造过程中被储存,TID编号具有惟一性且不可改变。在储存区域2,电子产品代码用96位元储存。这个编号可以改变。设置后可以通过密码进行加密。


迄今为止,当车辆通过所有三个读取点,唯读取96位的EPC。在一些身份认证很重要的应用中,读取EPC和TID会很有用。当车辆通过读取点2(见表7)时,对比唯读取EPC和读取EPC+TID的次数,和预期类似,读取EPC+TID次数比唯读EPC的次数少。当速度为114km/h时,可读取五次EPC+ TID(96位+32位=128位)。


表7 只与EPC比较,EPC+ TID可被读取的频率。

标签

速度

标签和天线之间的距离

读取数据

读取点 2

SL89

114 km/h

2.5 米

EPC

8

SL89

114 km/h

2.5 米

EPC+TID

5



最后,我们比较了两个带功率分配器的WR80-30天线配置,以及发射2W的单天线读写器(这导致每个天线发射2 W 有效发射功率)。作为初步结果,没有功率分配器的单天线选项有与功率分配器相连的两个天线结果相似。


4.总结

我们演示了一辆速度为200km/h的车辆,采用标准的UHF RFID元件能够可靠地识别。速度为200km/h时,SL89标签被读取9次。因此,当速度超出100公里/小时,SL89为高速应用的最佳选择。


当速度超出120公里/小时,Ha-VIS RF-R500 RFID读写器与Ha-VIS RF-ANT-WR80-30的组合被证明是最佳选择。


事实证明Ha-VIS仲介软体适合高速度和高输送量的应用。无需任何程式设计,Ha-VIS仲介软体搭建了硬体和软体之间的桥梁,通过简单的配置能提供完全满足客户需要的资料。


因为存在很多改进空间,浩亭RFID团队期待迎接下一次挑战。


致谢

浩亭非常感谢在这个项目中给予大力支持的各方。特别感谢波塔韦斯特法利卡机场(www.edvy.de)的完美支援和热情款待、机场餐厅的餐饮、Kreis Minden-Lubbecke支援速度测量。感谢点火竞赛车队(www.ignition-racing.de)优质的赛车和专业合作。感谢Tiletschke先生提供的高速有轨电车、Janine Hempelmann支援和安排使用波塔韦斯特法利卡机场、Kai Reifenberg提供的精美照片和录影,和Lisa Schulz的完美协作。


(本文作者Rene Wermke、Olaf Wilmsmeier和Jan Regtmeier博士任职于浩亭公司)


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