RFID電子標簽質量批量檢測關鍵技術的研究

王 珺，劉振波，李德偉，王佳晗，趙旭亮

(國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

RFID電子標簽質量批量檢測關鍵技術的研究

王 珺，劉振波，李德偉，王佳晗，趙旭亮

(國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

通過對RFID定點識別、機器視覺識別、圖像分析等檢測技術進行研究，提出并設計了一種RFID射頻電子標簽質量批量檢測裝置。通過該裝置，能夠實現自動化批量條碼檢測、批量標簽字符檢測和批量RFID信息檢測，有效保障了RFID射頻電子標簽質量。

全生命周期；RFID；檢測技術

目前，RFID(無線射頻識別)技術在電網內的應用越來越廣泛。從計量器具的全生命周期，到省級計量中心的生產調度平臺，RFID電子標簽都發揮了重要作用。2013年國家電網公司頒布了《計量用電子標簽技術規范》，明確要求對計量用電子標簽的型式、功能特性、物理特性、電磁兼容特性、通信性能進行相關測試，以保證RFID電子標簽在“自動化檢定、智能化倉儲、物流化配送”應用環節的可靠性[1]。因此，如何更好地利用RFID電子標簽，充分發揮其優勢，保障標簽的質量安全，是目前RFID技術研究的一個重要課題。

1 國內外研究現狀

RFID電子標簽檢測技術是RFID技術體系中的一項重要技術，對于電子標簽的進一步推廣和應用有重要意義。目前，國外在該項檢測技術的研究上投入較大，已經有一些研究成果；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電子標簽檢測技術的研究[2]。無論在單體標簽的檢測技術，還是在群體標簽的批量檢測技術上，都取得了一定成效。國外對RFID電子標簽的測試采用的是ISO/IEC所制定的相應測試規范，即《信息技術自動識別與數據采集技術射頻識別設備性能測試方法》和《信息技術自動識別與數據采集技術射頻識別設備一致性測試方法》，與國內的實際應用存在一定差別[3]。國內RFID技術起步比較晚，電子標簽的應用和標準都遠遠晚于國外。在相關測試方面中國電子技術標準化研究所和中科院自動化研究所正在建設國內的相關測試標準。部分國內RFID企業，如遠望谷科技、中山達華等企業在讀寫設備和電子標簽的研發和生產及測試方面得到了發展。但企業更多是基于生產環節的測試，且每個企業的測試條件和測試方案都不同，更缺少生產后二次加工、流通等環節的檢測，也無法保證電子標簽的一致性和質量性能。國內對于電子標簽的測試尚處于摸索階段。

2 RFID電子標簽批量檢測

2.1目前存在的問題

RFID電子標簽在實現計量器具的全生命周期管理、加強計量器具出入庫環節、檢定環節的物流效率，取得了一定的成效。但是在實際應用過程中，由于對電子標簽的質量缺乏必要的檢測手段，也存在一些問題。

由于電子標簽的生產廠家不同，使用的生產設備、生產工藝亦有所不同。例如條形碼印制不清晰、紋路有斷裂現象等，都會導致標簽信息無法讀取，造成資產統計的缺失，即使人為地通過其他方式進行補充，也必然影響了工作的效率。更嚴重的是電子標簽的RFID射頻性能不合格，造成電子標簽識別距離短、一致性差等問題。由此產生的結果是：計量器具在配送到貨的環節，進行入庫批量識別時，識別的數量與實際到貨數量不一致；在中心庫房進行檢定的前后環節進行數量識別時，識別的數量與實際數量也不一樣；從中心庫配送到二級庫房的出入庫環節，同樣會出現類似問題。大量的問題要么導致資產數量信息不準確，要么需要大量的人力物力去重新核對數量，從大量的計量器具中找到問題所在。這都會是極大的損失。

此外，作為計量器具全生命周期管理的主要信息載體，電子標簽的質量不合格，導致在計量器具投入計量點運行以后，電子標簽無法存儲相關信息或者造成信息丟失。這勢必失去應用電子標簽管理計量器具的意義，也必然對計量業務的開展造成不利影響，與提升用電服務水平的初衷是相違背的[4]。

2.2實現原理及方案設計

針對上述應用實際情況，本文研究并設計了一種 RFID電子標簽批量檢測裝置。其設計方案如下。

a.采用RFID定點識別的方式來獲取每張電子標簽的靈敏度值。

定點識別就是對檢測點的圖像坐標和測量給定的三維坐標進行匹配，對各個檢測點的相對位置進行識別。本文設計的批量檢測裝置通過固定RFID識讀設備的位置，采用軟件調節識讀設備的發射功率，讓標簽在同一位置同等距離下通過檢測點，根據標簽返回的靈敏度數值來判定標簽的識讀性能是否合格；且識讀設備可以同時讀取電子標簽的寫入信息碼，記錄并上傳，從而檢測寫入信息碼是否合格。采用RFID定點識別技術來實現對電子標簽識讀性能和寫入信息碼準確性的檢測，可以準確檢測電子標簽的2項關鍵性能，從而保證電子標簽的質量[5]。RFID識別的實現原理如圖1所示。

圖1 RFID識別原理

b.采用機器視覺的檢測方法來進行電子標簽條碼和字符的檢測。

通過引入高亮LED光源進行輔助照明，結合高速成像工業相機達到運動中采圖，然后采用核心光學字符識別(OCR)和條碼識別(BCR)技術來分別識別條碼和字符。市面上檢測條碼的技術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，采用機器視覺的檢測技術，可以對檢測對象進行圖像拍攝，這樣有利于對檢測過的對象進行二次分析和檢驗。機器視覺識別的實現原理如圖2所示。

圖2 機器視覺識別原理

c.采用伺服動力系統來實現檢測的批量高速自動化。

所謂伺服系統，就是被調量跟隨指令值變化的閉環調節系統。如果被調量是速度稱為速度伺服系統，如果被調量是位置稱為位置伺服系統。如果被調量是動力則稱為伺服動力系統。

大量試驗表明，在高速的運動中，要同時實現對RFID電子標簽的識讀性能檢測、寫入碼檢測以及條碼、字符的檢測難度是很大的。為了實現檢測的高速運動和批量自動檢測，檢測運行必須進行間斷式運動。伺服動力系統主要是通過伺服電機來提供運行動力，伺服電機的優勢在于運行不丟步且精準度高。而其他方式(如采用同步電機、異步電機等提供動力)主要問題在于偶爾發生丟步現象，這樣會造成電子標簽有漏檢問題。

由主控模塊(計算機控制模塊)通過TCP/IP協議、485協議以及PLC協議與RFID識別模塊、機器視覺識別模塊以及輸送模塊進行通信，從而使檢測過程實現批量自動化。即將檢測要求從主控模塊進行輸入，通過不同的協議傳遞到每一個功能模塊，讓各功能模塊自動來完成要求的檢測項目。例如，在主控模塊設置好運行速度和RFID檢測功率，通過PLC和485協議發送指令給輸送模塊和RFID識別模塊，2個功能模塊接收指令后按照設置好的要求來進行(見圖3)。

圖3 自動控制框架圖

本文設計的批量檢測裝置軟件的部分采用.net framework進行開發，.net framework是用于Windows的新托管代碼編程模型，它的特點在于構建具有視覺上引入注目的用戶體驗的應用程序，支持各種業務功能的實現。為了盡可能地實現本文的各項研究技術，使研究成果轉化為切實可行的檢測能力，達到更好的用戶體驗和使用效果，在軟件開發過程中遵循軟硬件協同設計原則，通過軟件和硬件分別研究開發，不斷地進行綜合仿真，最終達到目標效果后再投入實際的生產工作。

通過以上幾項檢測技術的研究和成果，以及在軟件開發的設計，本文設計的電子標簽批量檢測裝置設計圖如圖4所示。

圖4 電子標簽批量檢測裝置設計圖

3 結束語

本文通過對RFID射頻電子標簽批量檢測技術進行研究，提出并設計了一套RFID電子標簽批量檢測裝置。有效解決了RFID電子標簽質量關鍵點的檢測問題，保證了電子標簽應用的穩定性和可靠性。本文提出的檢測技術和原理同樣可以應用于對其他電子標簽的檢測。

[1] 計量用電子標簽技術規范：Q/GDW 1983—2013[S].

[2] 田治禮，張欽軍，沈 琰. 電子標簽系統在柔性制造系統中應用設計[J]. 中國測試，2007，33(2)：108-111.

[3] 邵華東. UHF RFID電子標簽測試技術與應用[D]. 廣州：廣東工業大學，2010：3-7.

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

[5] 王 珺，那廣宇，劉振波. 基于基于物聯網的電能表性能檢測管理系統的建立[J]. 東北電力技術，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，從事計量檢測關鍵技術研究。

2017-03-21)