RFID电子标签质量批量检测关键技术的研究

王 珺，刘振波，李德伟，王佳晗，赵旭亮

(国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

RFID电子标签质量批量检测关键技术的研究

王 珺，刘振波，李德伟，王佳晗，赵旭亮

(国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)

通过对RFID定点识别、机器视觉识别、图像分析等检测技术进行研究，提出并设计了一种RFID射频电子标签质量批量检测装置。通过该装置，能够实现自动化批量条码检测、批量标签字符检测和批量RFID信息检测，有效保障了RFID射频电子标签质量。

全生命周期；RFID；检测技术

目前，RFID(无线射频识别)技术在电网内的应用越来越广泛。从计量器具的全生命周期，到省级计量中心的生产调度平台，RFID电子标签都发挥了重要作用。2013年国家电网公司颁布了《计量用电子标签技术规范》，明确要求对计量用电子标签的型式、功能特性、物理特性、电磁兼容特性、通信性能进行相关测试，以保证RFID电子标签在“自动化检定、智能化仓储、物流化配送”应用环节的可靠性[1]。因此，如何更好地利用RFID电子标签，充分发挥其优势，保障标签的质量安全，是目前RFID技术研究的一个重要课题。

1 国内外研究现状

RFID电子标签检测技术是RFID技术体系中的一项重要技术，对于电子标签的进一步推广和应用有重要意义。目前，国外在该项检测技术的研究上投入较大，已经有一些研究成果；在美国以“SUN RFID”测试中心为代表的研究群体，以及在欧洲以“IBM RFID”测试中心为代表的研究群体，都是致力于RFID电子标签检测技术的研究[2]。无论在单体标签的检测技术，还是在群体标签的批量检测技术上，都取得了一定成效。国外对RFID电子标签的测试采用的是ISO/IEC所制定的相应测试规范，即《信息技术自动识别与数据采集技术射频识别设备性能测试方法》和《信息技术自动识别与数据采集技术射频识别设备一致性测试方法》，与国内的实际应用存在一定差别[3]。国内RFID技术起步比较晚，电子标签的应用和标准都远远晚于国外。在相关测试方面中国电子技术标准化研究所和中科院自动化研究所正在建设国内的相关测试标准。部分国内RFID企业，如远望谷科技、中山达华等企业在读写设备和电子标签的研发和生产及测试方面得到了发展。但企业更多是基于生产环节的测试，且每个企业的测试条件和测试方案都不同，更缺少生产后二次加工、流通等环节的检测，也无法保证电子标签的一致性和质量性能。国内对于电子标签的测试尚处于摸索阶段。

2 RFID电子标签批量检测

2.1目前存在的问题

RFID电子标签在实现计量器具的全生命周期管理、加强计量器具出入库环节、检定环节的物流效率，取得了一定的成效。但是在实际应用过程中，由于对电子标签的质量缺乏必要的检测手段，也存在一些问题。

由于电子标签的生产厂家不同，使用的生产设备、生产工艺亦有所不同。例如条形码印制不清晰、纹路有断裂现象等，都会导致标签信息无法读取，造成资产统计的缺失，即使人为地通过其他方式进行补充，也必然影响了工作的效率。更严重的是电子标签的RFID射频性能不合格，造成电子标签识别距离短、一致性差等问题。由此产生的结果是：计量器具在配送到货的环节，进行入库批量识别时，识别的数量与实际到货数量不一致；在中心库房进行检定的前后环节进行数量识别时，识别的数量与实际数量也不一样；从中心库配送到二级库房的出入库环节，同样会出现类似问题。大量的问题要么导致资产数量信息不准确，要么需要大量的人力物力去重新核对数量，从大量的计量器具中找到问题所在。这都会是极大的损失。

此外，作为计量器具全生命周期管理的主要信息载体，电子标签的质量不合格，导致在计量器具投入计量点运行以后，电子标签无法存储相关信息或者造成信息丢失。这势必失去应用电子标签管理计量器具的意义，也必然对计量业务的开展造成不利影响，与提升用电服务水平的初衷是相违背的[4]。

2.2实现原理及方案设计

针对上述应用实际情况，本文研究并设计了一种 RFID电子标签批量检测装置。其设计方案如下。

a.采用RFID定点识别的方式来获取每张电子标签的灵敏度值。

定点识别就是对检测点的图像坐标和测量给定的三维坐标进行匹配，对各个检测点的相对位置进行识别。本文设计的批量检测装置通过固定RFID识读设备的位置，采用软件调节识读设备的发射功率，让标签在同一位置同等距离下通过检测点，根据标签返回的灵敏度数值来判定标签的识读性能是否合格；且识读设备可以同时读取电子标签的写入信息码，记录并上传，从而检测写入信息码是否合格。采用RFID定点识别技术来实现对电子标签识读性能和写入信息码准确性的检测，可以准确检测电子标签的2项关键性能，从而保证电子标签的质量[5]。RFID识别的实现原理如图1所示。

图1 RFID识别原理

b.采用机器视觉的检测方法来进行电子标签条码和字符的检测。

通过引入高亮LED光源进行辅助照明，结合高速成像工业相机达到运动中采图，然后采用核心光学字符识别(OCR)和条码识别(BCR)技术来分别识别条码和字符。市面上检测条码的技术一般采用激光条码扫描器，虽然也能检测出条码是否能被识读，但是在字符检测上，一般激光条码扫描器则无法完成。另外，采用机器视觉的检测技术，可以对检测对象进行图像拍摄，这样有利于对检测过的对象进行二次分析和检验。机器视觉识别的实现原理如图2所示。

图2 机器视觉识别原理

c.采用伺服动力系统来实现检测的批量高速自动化。

所谓伺服系统，就是被调量跟随指令值变化的闭环调节系统。如果被调量是速度称为速度伺服系统，如果被调量是位置称为位置伺服系统。如果被调量是动力则称为伺服动力系统。

大量试验表明，在高速的运动中，要同时实现对RFID电子标签的识读性能检测、写入码检测以及条码、字符的检测难度是很大的。为了实现检测的高速运动和批量自动检测，检测运行必须进行间断式运动。伺服动力系统主要是通过伺服电机来提供运行动力，伺服电机的优势在于运行不丢步且精准度高。而其他方式(如采用同步电机、异步电机等提供动力)主要问题在于偶尔发生丢步现象，这样会造成电子标签有漏检问题。

由主控模块(计算机控制模块)通过TCP/IP协议、485协议以及PLC协议与RFID识别模块、机器视觉识别模块以及输送模块进行通信，从而使检测过程实现批量自动化。即将检测要求从主控模块进行输入，通过不同的协议传递到每一个功能模块，让各功能模块自动来完成要求的检测项目。例如，在主控模块设置好运行速度和RFID检测功率，通过PLC和485协议发送指令给输送模块和RFID识别模块，2个功能模块接收指令后按照设置好的要求来进行(见图3)。

图3 自动控制框架图

本文设计的批量检测装置软件的部分采用.net framework进行开发，.net framework是用于Windows的新托管代码编程模型，它的特点在于构建具有视觉上引入注目的用户体验的应用程序，支持各种业务功能的实现。为了尽可能地实现本文的各项研究技术，使研究成果转化为切实可行的检测能力，达到更好的用户体验和使用效果，在软件开发过程中遵循软硬件协同设计原则，通过软件和硬件分别研究开发，不断地进行综合仿真，最终达到目标效果后再投入实际的生产工作。

通过以上几项检测技术的研究和成果，以及在软件开发的设计，本文设计的电子标签批量检测装置设计图如图4所示。

图4 电子标签批量检测装置设计图

3 结束语

本文通过对RFID射频电子标签批量检测技术进行研究，提出并设计了一套RFID电子标签批量检测装置。有效解决了RFID电子标签质量关键点的检测问题，保证了电子标签应用的稳定性和可靠性。本文提出的检测技术和原理同样可以应用于对其他电子标签的检测。

[1] 计量用电子标签技术规范：Q/GDW 1983—2013[S].

[2] 田治礼，张钦军，沈 琰. 电子标签系统在柔性制造系统中应用设计[J]. 中国测试，2007，33(2)：108-111.

[3] 邵华东. UHF RFID电子标签测试技术与应用[D]. 广州：广东工业大学，2010：3-7.

[4] 李 萌，李晓东. 基于投资能力的电网企业投资分配模型研究[J]. 东北电力技术，2016，37(1)：19-23.

[5] 王 珺，那广宇，刘振波. 基于基于物联网的电能表性能检测管理系统的建立[J]. 东北电力技术，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，硕士，高级工程师，从事计量检测关键技术研究。

2017-03-21)