陸春光 楊思潔 周佑 姚力

摘 要： 過去利用外部電源供電的電子標(biāo)簽功率自動(dòng)化采集方法進(jìn)行功率自動(dòng)采集的讀寫器基于R2000芯片進(jìn)行相關(guān)處理，存在采集結(jié)果精度低、功耗大的問題。因此，提出一種新的外部電源供電的電子標(biāo)簽功率自動(dòng)采集方法，該方法進(jìn)行功率自動(dòng)采集時(shí)的讀寫器基于AS3992芯片實(shí)施控制。依據(jù)AS3992芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)基于AS3992的讀寫器硬件組成結(jié)構(gòu)，其通過接口電路、顯示電路、MCU電路、電源電路、AS3992 電路模塊以及功率放大電路等，協(xié)同實(shí)現(xiàn)對(duì)外部電源供電的電子標(biāo)簽功率的自動(dòng)采集和處理。讀寫器利用到頁寄存器、發(fā)送控制寄存器以及中斷寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送、接收等操作，實(shí)現(xiàn)外部電源供電的電子標(biāo)簽功率的自動(dòng)采集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法在功率采集結(jié)果準(zhǔn)確度上效果明顯較強(qiáng)，且功耗較低。

關(guān)鍵詞： 外部電源供電； 電子標(biāo)簽； 功率； 自動(dòng)采集； AS3992芯片； 讀寫器

中圖分類號(hào)： TN313+.4?34； TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2018）14?0130?03

A power automatic acquisition method of electronic tags with external power supply

LU Chunguang1，2， YANG Sijie2， ZHOU You2， YAO Li2

（1. Zhejiang University， Hangzhou 310058， China； 2. Electric Power Research Institute， State Grid Zhejiang Electric Power Company， Hangzhou 310014， China）

Abstract： In the past power automatic acquisition method of electronic tags with external power supply， the reader?writer for automatic acquisition of power performs related processing based on the R2000 chip， resulting in problems of low accuracy of acquisition results and large power consumption. Therefore， a novel power automatic acquisition method of electronic tags with external power supply is proposed. In the method， the reader?writer for automatic acquisition of power implements control based on the AS3992 chip. According to the internal structure of the AS3992 chip， the hardware composition structure of the reader?writer based on AS3992 is designed， so as to cooperatively realize automatic power acquisition and processing of electronic tags with external power supply by using the interface circuit， display circuit， MCU circuit， power supply circuit， AS3992 circuit module， and power amplification circuit. In the reader?writer， the page register， sending control register and interrupt register are used to perform operations such as data sending and receiving， so as to realize power automatic acquisition of electronic labels with external power supply. The experimental results show that the proposed method has a strong effect on the accuracy of power acquisition results， and has low power consumption.

Keywords： external power supply； electronic tag； power； automatic acquisition； AS3992 chip； reader?writer

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，越來越多帶有外部電源供電的電子產(chǎn)品進(jìn)入到人們的日常生活和辦公環(huán)境中，而且越來越多的工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)中也大量利用外部電源供電的電子標(biāo)簽，導(dǎo)致外部電源供電的電子標(biāo)簽功率自動(dòng)化采集成為當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問題[1]。不同芯片構(gòu)成的讀寫器對(duì)功率進(jìn)行自動(dòng)化采集時(shí)的效果不同。傳統(tǒng)外部電源供電的電子標(biāo)簽功率自動(dòng)采集方法，其讀寫器的核心部分是R2000芯片，該方法的功率采集結(jié)果的準(zhǔn)確度不高且功耗較大。因此本文提出一種新的外部電源供電的電子標(biāo)簽功率自動(dòng)采集方法，其讀寫器的核心部分是AS3992芯片，可以提高功率采集結(jié)果的準(zhǔn)確度，降低功耗，實(shí)際應(yīng)用效果較好。

1 電子標(biāo)簽功率自動(dòng)采集方法

1.1 基于AS3992的電子標(biāo)簽讀寫器硬件設(shè)計(jì)

AS3992芯片屬于一種UHF 電子標(biāo)簽讀寫器芯片，該芯片包括一個(gè)完整的前端模擬電路、ISO/IEC 18000?6C協(xié)議處理器以及PLL（攜帶VCO）、ADC、微處理器接口。其可以支持ISO/IEC18000?6Cx協(xié)議的發(fā)送和實(shí)現(xiàn)EPCGen2。該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

分析圖中AS3992芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)中模擬前端的作用為實(shí)現(xiàn)讀寫器射頻電路，讀寫器基帶電路功能實(shí)現(xiàn)依靠數(shù)字處理器和EPC Gen2協(xié)議處理的協(xié)同作用[2]。接收信號(hào)涵蓋混頻和濾波電路等，AM和PM進(jìn)行解調(diào)過程在接收系統(tǒng)處實(shí)現(xiàn)，I和Q兩路正交解調(diào)的實(shí)現(xiàn)通過輸入混頻，若采取IQ結(jié)構(gòu)，需保證幅度調(diào)制信號(hào)的解調(diào)在電路I，且相位信號(hào)的解調(diào)由Q路實(shí)施[3]。

電源電路輸入的直流電大小為9 V，且電路利用穩(wěn)定的電壓器生成三組電源[4]，線性的5 V電壓用于支持AS3992芯片的VEXT和VEXT2，當(dāng)線性電壓輸入至VEXT時(shí)，輸出結(jié)果形式可以為VDD?A，VDD?RFP或VDD?LF三種；當(dāng)電壓輸入至VEXT2時(shí)，輸出結(jié)果表達(dá)形式僅為VDD?RF，每個(gè)輸出結(jié)果的引腳必須與多個(gè)去耦電容相連；線性4 V電壓支持功放電路，VCC 向外部頻率和VCO部分電路提供支持。

AS3992芯片運(yùn)行中需要參考頻率為20 MHz的石英石晶體，該晶體與OSCI和OS?CO引腳相連且振蕩引腳與地面之間的連接依靠電容15～20 pF 之間的電容，諧振電阻的極值[5]不超過30。本文在外部電源供電中施加的PA值是2 188。輸出電路與輸入電路相反，利用ADTL2?18將差分后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)并進(jìn)行抗阻匹配設(shè)計(jì)[6]，利用環(huán)形器把射頻信號(hào)發(fā)送至天線。

1.2 基于AS3992的電子標(biāo)簽讀寫器軟件設(shè)計(jì)

基于AS3992的電子標(biāo)簽讀寫器軟件中單片機(jī)主要負(fù)責(zé)進(jìn)行MF RC500 的初始化操作，處理與MF RC500的通信中斷問題。讀寫器的正常穩(wěn)定運(yùn)行是檢測(cè)外部電源供電的電子標(biāo)簽功率的關(guān)鍵[7]。讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送、接收利用到頁寄存器、發(fā)送控制寄存器以及中斷寄存器等。FIFO數(shù)據(jù)寄存器是內(nèi)部字節(jié)為64的FIFO緩沖器的數(shù)據(jù)輸入/輸出端口；InterrupRq寄存器為中斷請(qǐng)求寄存器，其中斷類型的判斷依據(jù)來自該寄存器的各種參數(shù)。以下對(duì)不同種類的寄存器進(jìn)行介紹。

1） 頁寄存器。一個(gè)MF RC500含有64個(gè)寄存器，平均一頁中有8個(gè)寄存器，且每頁的第一個(gè)寄存器被稱為頁寄存器。該寄存器的設(shè)計(jì)過程如圖3所示，地址可表示為[0x00，0x08，0x10，0x18，0x20，0x28，0x30，0x38]，初始值為10000000，[0x80]頁寄存器用來進(jìn)行寄存器頁的選擇[8]，也可依照這種頁寄存器設(shè)計(jì)方式對(duì)該頁內(nèi)的寄存器的尋址方式進(jìn)行確定。

2） 發(fā)送控制寄存器。發(fā)送控制寄存器控制MF RC500的引腳分別為[TX1]和[TX2]輸出的信號(hào)種類[9]，寄存器的初始值為01011000，地址為[0x58]和[0x11]。

從[TX2CW]位置0 處的[TX2]引腳輸出的信號(hào)大小為13.56 MHz，并且為調(diào)制載波。從[TX2RFEn]位置1處的[TX2]引腳輸出的信號(hào)大小為13.56 MHz，并且可以輸出調(diào)制后的有效數(shù)據(jù)。從[TX1RFEn]位置2處的[TX1]引腳輸出的調(diào)制數(shù)據(jù)大小為13.56 MHz載波。

3） 中斷允許寄存器。MF RC500中包括發(fā)送中斷、接收中斷和計(jì)時(shí)中斷等6個(gè)中斷源。本文采取中斷允許寄存器的設(shè)置來改變中斷請(qǐng)求[10]。中斷位是SetlEn，當(dāng)其處于位置1時(shí)，處于該寄存器內(nèi)部的其他中斷控制位都是有效的。TinerlEn，TXlEn和RXLEn分別為計(jì)時(shí)器的中斷允許、發(fā)送允許和接收中斷允許控制位。

根據(jù)上文對(duì)寄存器的各種操作，得到本文基于AS3992的電子標(biāo)簽讀寫器軟件運(yùn)行流程，如圖2所示，依照該流程可以實(shí)現(xiàn)讀寫器對(duì)外部電源供電的電子標(biāo)簽功率的自動(dòng)采集。

2 實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)為檢測(cè)本文提出的外部電源供電的電子標(biāo)簽功率自動(dòng)采集方法的性能優(yōu)劣，將傳統(tǒng)的外部電源供電的電子標(biāo)簽自動(dòng)采集方法作為對(duì)比分析對(duì)象。實(shí)驗(yàn)應(yīng)用兩種方法對(duì)某工廠外部電源供電的電子標(biāo)簽的功率進(jìn)行采集，對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行分析。為使獲得的功率采集結(jié)果真實(shí)可靠，對(duì)不同時(shí)間段內(nèi)所收集的電子標(biāo)簽功率自動(dòng)采集結(jié)果進(jìn)行8次分析，結(jié)果見表1、表2。

分析表1數(shù)據(jù)可知，采用本文方法在不同測(cè)試編號(hào)和采集時(shí)間段內(nèi)，自動(dòng)采集的電子標(biāo)簽功率隨著采集時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，采集結(jié)果的準(zhǔn)確率越來越高。在采集初期的0～10 s內(nèi)，采集結(jié)果的準(zhǔn)確率就高達(dá)95%；在功率采集末期51～60 s時(shí)，功率自動(dòng)采集結(jié)果準(zhǔn)確率幾乎達(dá)到100%。分析表2數(shù)據(jù)能夠得出，在不同的測(cè)試編號(hào)和采集時(shí)間段內(nèi)，傳統(tǒng)方法的電子標(biāo)簽功率采集結(jié)果的正確率均在60%以下，且傳統(tǒng)方法電子標(biāo)簽自動(dòng)采集功率的準(zhǔn)確性隨采集時(shí)間的變長(zhǎng)準(zhǔn)確性越來越低，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的采集正確率僅有30%左右。

綜合分析兩表數(shù)據(jù)得到，本文方法對(duì)外部電源供電的電子標(biāo)簽功率自動(dòng)采集結(jié)果的準(zhǔn)確率較好，獲得的結(jié)果可信度較高。實(shí)驗(yàn)分析本文方法在進(jìn)行外部電源供電的電子標(biāo)簽功率采集時(shí)的功耗情況，同樣以傳統(tǒng)方法的功耗作為實(shí)驗(yàn)對(duì)比，兩種方法功耗結(jié)果如表3所示。

分析表3數(shù)據(jù)可得，本文方法在對(duì)外部電源供電的電子標(biāo)簽功率自動(dòng)采集時(shí)，無論在休眠模式還是在運(yùn)行模式下的功率消耗較低，隨著采集時(shí)間的增長(zhǎng)，兩種方法的功耗都有所增加。由于傳統(tǒng)方法的功耗基數(shù)較大而且功耗的增長(zhǎng)幅度較大，說明本文方法在應(yīng)用中功耗量較小，采集效率較高。

3 結(jié) 論

本文提出新的外部電源供電的電子標(biāo)簽功率自動(dòng)采集方法，能夠提高電子標(biāo)簽功率自動(dòng)采集的準(zhǔn)確率，降低功率采集過程中不必要的功耗，實(shí)現(xiàn)外部電源供電的電子標(biāo)簽功率的高效利用。

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