基于物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉亞鵬 陳亞莉

（洛陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)與城建學(xué)院，河南 洛陽471000）

物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)在很多服務(wù)領(lǐng)域（比如，貨物供銷、后勤分配）、許多生產(chǎn)企業(yè)都獲得了十分迅猛地發(fā)展，自動(dòng)性識(shí)別的各項(xiàng)任務(wù)與目標(biāo)就是給予貨物、個(gè)人、商品等各類信息，非接觸性識(shí)別已變成了獨(dú)立性且跨學(xué)科性的專業(yè)領(lǐng)域。這一專業(yè)領(lǐng)域?qū)Ρ绕溆鄠鹘y(tǒng)學(xué)科間具有許多差別。其把更多來源于不相同專業(yè)領(lǐng)域中的技術(shù)（比如，高頻技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、制造技術(shù)等）加以綜合，在各式非接觸性識(shí)別方法中，射頻識(shí)別技術(shù)由于其標(biāo)簽數(shù)據(jù)量大、機(jī)器可讀性好、閱讀速度快等優(yōu)點(diǎn)成為未來自動(dòng)識(shí)別技術(shù)發(fā)展的主要方向。停車場排隊(duì)，圖書館等候，超市擁擠收銀的現(xiàn)象，以及在高、低溫領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)不能應(yīng)用的問題，阻止了我們高速“智能化”的社會(huì)。迫切需要研究一種遠(yuǎn)程，適應(yīng)惡劣環(huán)境的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，本文介紹處于科技前沿領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)基于SAW 標(biāo)簽自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，為當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)很有特色的一種，基于聲表面波技術(shù)的辨識(shí)標(biāo)簽由于具有無線、無源、抗干擾能力強(qiáng)于傳輸距離長等特點(diǎn)，具有廣泛的市場前景。

針對(duì)基于聲表面波技術(shù)的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用的問題，本文從基本原理到應(yīng)用框架再到發(fā)展市場前景等內(nèi)容，進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

1 物聯(lián)網(wǎng)的原理、技術(shù)與發(fā)展背景。

物聯(lián)網(wǎng)指的是借助各類信息傳感設(shè)施（比如，全球定位系統(tǒng)、傳感器、紅外感應(yīng)器、氣體感應(yīng)器等），隨時(shí)搜集任一需要進(jìn)行監(jiān)控、互動(dòng)的物體或是過程，搜集其力學(xué)、生物、光、位置等各類十分關(guān)鍵的信息，與互聯(lián)網(wǎng)加以融合，得到更為完善的網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)而使得“物品與物品”、“物品與人”都能夠與網(wǎng)絡(luò)間獲得無縫式連接，且便于進(jìn)行管控、識(shí)別。

在平時(shí)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)期間，其所包括的各項(xiàng)技術(shù)：（1）傳感器，這是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最為核心的一種技術(shù)。截至現(xiàn)階段，大多計(jì)算機(jī)都是對(duì)數(shù)字信號(hào)來進(jìn)行處理。而計(jì)算機(jī)需要傳感器把所有模擬信號(hào)變更成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而才可以對(duì)這類信號(hào)進(jìn)行處理。（2）自動(dòng)性識(shí)別標(biāo)簽，其就是一種傳感器技術(shù)，自動(dòng)性識(shí)別就是把無線射頻技術(shù)融合至嵌入式技術(shù)中而得的一種綜合性技術(shù)，其能夠被更為良好地應(yīng)用到自動(dòng)識(shí)別、物流監(jiān)管等更多的方面。

2 物聯(lián)網(wǎng)基于SAW 標(biāo)簽的研究開發(fā)

聲表面波（SAW）傳感器指的是在陶瓷、半導(dǎo)體等有關(guān)傳感器后而得的新興傳感器，對(duì)比傳統(tǒng)傳感器而言，其所具有的高頻特性與器件基片本身的壓電、逆壓電效應(yīng)，能夠讓其進(jìn)行無源化還讓遙測，其編碼標(biāo)簽編碼容量大與作用距離長，批量生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

聲表面波諧振器運(yùn)用于傳感器的原理如下式描述：

本儀器系統(tǒng)為一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，借助時(shí)分復(fù)用方法。在查詢周期中，諧振器就是一種傳感原件，其被無線查詢信號(hào)所激勵(lì)，通過逆壓電效應(yīng)變換成在基片上進(jìn)行傳播的一種聲表面波，并受到被測量所調(diào)劑；在非查詢周期中，諧振器釋放出了之前所儲(chǔ)存的能量，調(diào)制而得的聲表面波通過壓電效應(yīng)變換成電信號(hào)而被天線所發(fā)射。儀器系統(tǒng)在接收了這一回波信號(hào)后，分析、研究其頻率，并對(duì)RF 震蕩頻率進(jìn)行頻率調(diào)整，進(jìn)而逼近于上一次頻率的總測量值。閱讀器測試標(biāo)簽信號(hào)，遙測系統(tǒng)類似于一個(gè)小型雷達(dá)系統(tǒng)，它向標(biāo)簽發(fā)送脈沖，經(jīng)過一段時(shí)間后接受回波信號(hào)，閱讀器根據(jù)回波信號(hào)分析后，得到信息。

有理論指出了，回波信號(hào)所具有的唯一瞬態(tài)信號(hào)，其持續(xù)總時(shí)間的長短取決于諧振器本身的品質(zhì)等有關(guān)的因素。回?fù)苄盘?hào)為：

聲表面波射頻標(biāo)簽系統(tǒng)構(gòu)成包括閱讀器（含發(fā)射機(jī)、接收機(jī)等）與標(biāo)簽芯片。而其中，標(biāo)簽芯片主要就包括了壓電基片、標(biāo)簽、叉指能器等。工作原理就是：閱讀器借助天線來發(fā)射出射頻脈沖查詢信號(hào)，通過SAW-RFID 型芯片天線來接收到叉指能器，因?yàn)榛哂械哪鎵弘娦?yīng)，換能器能夠激發(fā)出同頻型SAW。這一能量再借助過基片壓電效應(yīng)變換為電磁波，并從天線而發(fā)射回來。所有編碼的高頻回波信號(hào)，由閱讀器進(jìn)行接收，并對(duì)其進(jìn)行處理，就能夠辨別不相同編碼的目標(biāo)。射頻接收機(jī)處在回波信號(hào)處理的最前端，其性能會(huì)對(duì)之后電路性能得到的發(fā)揮帶來影響，從而對(duì)整機(jī)本身的性能指標(biāo)也帶來影響。因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)中各信息節(jié)點(diǎn)具有相應(yīng)的移動(dòng)性、普遍性，使得各類無線通信技術(shù)變成了物聯(lián)網(wǎng)中最為核心的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。同時(shí)，在第三代移動(dòng)通信得到十分迅猛地發(fā)展后，現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)所具有的數(shù)據(jù)通信功能也逐步得到了提升，已使用的4G 通信網(wǎng)絡(luò)能夠支持的各類業(yè)務(wù)總范圍更為寬泛。所以，現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)給物聯(lián)網(wǎng)給予了更多物質(zhì)方面的鋪墊，移動(dòng)通信系統(tǒng)會(huì)在物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng)的這一整個(gè)過程中獲得更為普遍地使用。物聯(lián)網(wǎng)被應(yīng)用到移動(dòng)通信：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層方面的信息應(yīng)用，就是對(duì)聯(lián)網(wǎng)物體進(jìn)行監(jiān)管、定位等。物聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)層本身的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，把各類信息感知與控制節(jié)點(diǎn)間加以聯(lián)結(jié)而成網(wǎng)，對(duì)信息傳輸、安全性等進(jìn)行監(jiān)管，同時(shí)，給上層信息得到的應(yīng)用給予更多的信息類資源。物聯(lián)網(wǎng)中感知層本身的信息感知與控制，主要有基于底層的各類傳感器與控制器。感知物體有關(guān)的信息，并依據(jù)響應(yīng)方法來傳輸至網(wǎng)絡(luò)中，控制部分接受控制網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。

3 基于SAW 自動(dòng)識(shí)別物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層：應(yīng)用層基于物聯(lián)網(wǎng)物體定位、監(jiān)控以及管理功能，根據(jù)不同的裝置配置不同的軟硬件裝置，對(duì)SAW 無源標(biāo)簽識(shí)別，主要是閱讀器和后臺(tái)軟件控制系統(tǒng)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)SAW 標(biāo)簽的識(shí)別。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層基于移動(dòng)幾乎100%覆蓋的無線網(wǎng)，閱讀器與移動(dòng)網(wǎng)通信將信息傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理，方便快捷。物聯(lián)網(wǎng)感知層：感知層基于SAW 無源標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)，能夠制作不同編碼的條碼，能夠做到無源識(shí)別，承受高溫、低溫等電子線路在無法正常工作的極端環(huán)境，識(shí)別距離遠(yuǎn)，成本低等優(yōu)點(diǎn)，可為廣泛適用于諸多領(lǐng)域。

4 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與市場前景

在我國，物聯(lián)網(wǎng)得到了十分迅猛地發(fā)展，已經(jīng)具有了相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)、應(yīng)用方面的基礎(chǔ)，產(chǎn)業(yè)體系也在逐步完善，部分領(lǐng)域已經(jīng)構(gòu)成了相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。如，高鐵物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)持有不同票據(jù)旅客的快速通行。國家電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自我感知、判別和決策，從而完成自動(dòng)控制。無錫建立起傳感網(wǎng)中心并與高校建立起研究和開發(fā)協(xié)議。物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)運(yùn)用，加快了世界智能化的進(jìn)行，提高了人們的生產(chǎn)生活的效率。傳感器無源化設(shè)計(jì)簡便，使得高溫、低溫等電子線路在無法正常工作的極端環(huán)境條件下的參數(shù)測量成為可能，而遙測方式對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體的參數(shù)測量極為合適。該傳感器還可以廣泛用于位移、應(yīng)力、氣體等各種參數(shù)的測量，具有廣闊的發(fā)展前景。基于SAW的物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別系統(tǒng)的開發(fā)，更是具有廣大的市場前景，遠(yuǎn)程無源的識(shí)別，實(shí)用各種環(huán)境的優(yōu)勢，是我們開發(fā)研究的項(xiàng)目的首選,該系統(tǒng)的開發(fā)將會(huì)加快物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和擴(kuò)大其運(yùn)用領(lǐng)域。