专利名称：一种基于rfid的转速测量装置与方法
技术领域：
本发明涉及射频识别技术领域，特别涉及一种基于RFID的转速测量装置与方法。
背景技术：
近年来，物联网技术发展迅速，“智慧地球”构建了未来智能化世界的蓝图，射频识别技术(RFID)是物联网中最关键的技术之一。与传统的条形码相比，具有防水、防磁、耐高温、读取距离大、数据加密、存储数据容量更大、存储信息更改简单等特点。由于射频识别技术的这些独特的优势，利用RFID技术来实现物体各类信息的识别将是未来的趋势，目前主要应用有图书管理、物流管理、门禁系统、追踪定位、温度测量等。利用RFID技术来测量物体转速是一项新的应用，扩展了 RFID技术的应用范围，对物联网的普及有积极的作用。转速测量是许多工程实践中需要应用到的技术，例如发动机转速监控、车轮转速检测。传统的物体转速测量技术有光电编码器、红外式传感器、霍尔传感器、磁阻式传感器、电容传感器等。光电编码器和红外式传感器要求被测物体相对传感器是可见的；霍尔传感器、磁阻式传感器和电容传感器可实现封闭式测量，但要求被测物体离传感器距离较近。以上测量方法，在被测物体要求在密闭空间且测量器必须离被测物体较远时，实现起来有较大的困难。

发明内容
本发明为了克服现有技术存在的缺点与不足，提供一种基于RFID的转速测量装置与方法，具有无接触密闭环境测量和远距离测量两大特点。本发明所采用的技术方案

一种基于RFID的转速测量装置，包括RFID读写器、线极化标签、读写器天线，所述读写器天线的主波束方向与被测物体的转动面垂直，所述线极化标签固定在被测物体上，且与被测物体同步转动。所述线极化标签为无源线极化标签，其天线的极化方向与被测物体的转动面平行。所述读写器天线为圆极化天线，所述读写器天线与线极化标签的距离与RFID读写器的发射功率成正比，所述RFID读写器的发射功率越大，距离越大。所述读写器天线与线极化标签的距离为0-20cm。所述测量方法，包括如下步骤SlRFID读写器向线极化标签发送信号；S2RFID读写器接收到线极化标签返回信号，依次经过IQ解调滤波、隔离直流分量后得到I或Q路信号的瞬时值，进一步得到标签返回信号的交流幅度Iaci或Qaci ；S3以I路信号说明，每间隔T时间重复N次S2和S3，得到I路信号的交流幅度变化数据IAn= {IA(1，If.1AN}，所述N为I路交流幅度变化数据的长度，T为采样周期，所述T远远小于物体的转动周期，且在时间T内，物体的转动可忽略；T越小测量的精度和速度越高，根据具体情况确定，所述N取值越大测量越精确但测量所需时间也越长；S4将I路信号的交流幅度变化数据进行傅里叶变换，得到I路信号的交流幅度变化主频率f ;S5通过交流幅度变化主频率，计算得到被测物体的转速。所述S5计算得到被测物体的转速，具体为将交流幅度变化主频率f 代入R =f/4，得到被测物体的转速。所述S2进一步得到标签返回信号的交流幅度Iaci或Qaci，具体方法为以I路信号说明，截取标签返回信号的一段数据，所述一段数据中至少包含8个低电平和8个高电平，取直流信号的参考电平为Vref，在截取的标签返回信号中采集大于Vref的8个峰值，计算得到最大平均值Vmax ;在截取的标签返回信号中，采集小于Vref的8个谷值，计算得到最小平均值 VminJU将所得被测物体的转动速度，发送到计算机或其他显示单元进行下一步应用。本发明的有益效果1、测速方法基于射频信 号反向散射原理，实现无接触式测量，而且当被测物体要求在密闭环境不可见时，仍然可实现速度测量；2、反射信号强度的与发射功率有关，只要提高发射功率，即可增加测量距离，实现远距离的速度测量；3、标签反射的信号是经过固定码率调制的波形，其幅度受外界干扰较小，与红外以及光电测速相比，抗噪性能较好；4、对RFID协议无需特殊的改动，在原有协议基础上即可实现测速功能，应用方便。


图1为一种基于RFID的转速测量装置结构图。
具体实施例方式下面将结合附图对发明作进一步的详细说明。如图1所示，一种基于RFID的转速测量装置，包括RFID读写器1、读写器天线2、线极化标签3、以及被测物体4。RFID 读写器 1，米用的 RFID 通信协议为 EPC Radio-Frequency IdentityProtocols Class-lGeneration-2 (以下简称 EPC C1GEN2)。RFID 读写器 I 具有标签数据读写处理功能，发射机载波频率为915Mhz，功率为21dbm ;且接收机具有IQ解调和AD采样模块，负责读写时序控制和数据采集处理，并控制标签返回信号为ASK调制读写器天线2，具有圆极化特性，读写器天线2主波束方向与被测物体的转动面垂直，读写器天线2距线极化标签3的距离d由读写器的发射功率决定，一般在0-20cm左右。所述RFID读写器I通过读写器天线2发送信号，RFID读写器天线2与被测物体4之间允许有非金属障碍物，或被测物体4被非金属外壳包裹。线极化标签3，所述线极化标签为无源线极化标签，贴在被测物体4上与物体同步旋转，其天线具有线极化特性，天线的极化方向与被测物体4的转动面平行。无源标签3也符合EPC C1GEN2协议。具体测量方法包括如下步骤S1:按照以上叙述放置好读写器天线2、线极化标签3和被测物体4。把线极化标签3放在离RFID读写器天线2固定距离d=15cm处，线极化标签3以跟随被测物体4以固定转速R开始转动。S2 :选择一个初试时刻t0，RFID读写器I通过读写器天线发送选择和询问信号，等待线极化无源标签响应返回其数据信号。S3 =RFID读写器I接收到信号后，依次经IQ解调滤波、隔离直流分量后得到I或Q路信号瞬时值，进一步检测出信号的交流幅度Iaci或Qaci,以下用I路信号叙述。在工程应用中返回信号的瞬时值会受到随机噪声的影响，因此交流幅度的检测需取其平均幅度。具体方法为截取信号中一段数据进行检测，所述一段数据中至少包含8个低电平和8个高电平，取直流信号为参考电平Vref,采集大于VMf的8个峰值，计算得到最大平均值Vmax，采集小于VMf的8个谷值，计算得到最小平均值Vmin，则IA(l=Vmax_Vmin，所述Q路信号的求取过程与I路相同，此检测方法得出的幅度忽略了信号的正负相位。S4 :根据EPC C1GEN2协议规范，可取相邻指令发送时间间隔T=8ms，RFID读写器I每间隔时间T重复N=128次S2和S3的内容，因此单次测速所需的时间为1024ms，得到I路信号的幅度变化数据IAn = {IA0, Ia1--W。由于测试系统采样周期为T=8ms，采样频率fs=125hz，根据奈圭斯特采样定律，可测量的转速R ( fs/8=15. 5rad/s，提高采样频率fs即可提高转速测量范围。S5 =RFID读写器I对采集的数据IAn={IA。，If IA128}作傅里叶变换，得到I路信号的交流幅度变化主频 率f。S6 :根据得到I路信号变化主频率f，代入公式即可求得物体的转动速度，转速计算公式为R = f/4。将所得被测物体的转动速度,发送到计算机或其他显示单元进行显示或下一步应用。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于RFID的转速测量装置，其特征在于，包括RFID读写器、线极化标签、读写器天线，所述读写器天线的主波束方向与被测物体的转动面垂直，所述线极化标签固定在被测物体上，且与被测物体同步转动。
2.根据权利要求1所述的一种基于RFID的转速测量装置，其特征在于，所述线极化标签为无源线极化标签，其天线的极化方向与被测物体的转动面平行。
3.根据权利要求1所述的一种基于RFID的转速测量装置，其特征在于，所述读写器天线为圆极化天线，所述读写器天线与线极化标签的距离与读写器的发射功率成正比。
4.根据权利要求3所述的一种基于RFID的转速测量装置，其特征在于，所述读写器天线与线极化标签的距离为0-20cm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于RFID的转速测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤 SlRFID读写器向线极化标签发送信号； S2RFID读写器接收到标签返回信号，依次经过IQ解调滤波、隔离直流分量后得到I或Q路信号的瞬时值，进一步得到标签返回信号的交流幅度Iaci或Qaci ; S3以I路信号说明，每间隔T时间重复N次S2和S3，得到I路信号的交流幅度变化数据IAn = {Iao, If.1aiJ，所述N为I路交流幅度变化数据的长度，T为采样周期； S4将I路信号的交流幅度变化数据进行傅里叶变换，得到I路信号的交流幅度变化主频率f ; S5通过交流幅度变化主频率，计算得到被测物体的转速。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S5计算得到被测物体的转速，具体为将交流幅度变化主频率f 代入R = f/4，得到被测物体的转速。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S2进一步得到标签返回信号的交流幅度Iaci或Qaci,具体方法为以I路信号说明，截取标签返回信号的一段数据，所述一段数据中至少包含8个低电平和8个高电平，取直流信号的参考电平为Vref，在截取的标签返回信号中采集大于Vref的8个峰值，计算得到最大平均值Vmax ;在截取的标签返回信号中，采集小于Vref的8个谷值，计算得到最小平均值Vmin，则IA(l=Vmax_Vmin。
全文摘要
本发明公开了一种基于RFID的转速测量装置及方法，包括RFID读写器、与RFID读写器配套使用的线极化标签、读写器天线，所述线极化标签贴在被测物体上，与被测物体同步旋转。RFID读写器通过读写器天线发送信号，线极化标签返回信号，RFID读写器接收到信号后进行运算处理就得到物体的转动速度。本发明实现无接触密闭环境的转速测量；提高读卡器发射功率，即可实现远距离的转速测量；实现简单无需改动原有协议。
文档编号G01P3/481GK103063863SQ20121055696
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者赖晓铮, 谢泽明, 刘云梁 申请人:华南理工大学