外部电源供电的电子标签功率自动采集方法

陆春光 杨思洁 周佑 姚力

摘 要： 过去利用外部电源供电的电子标签功率自动化采集方法进行功率自动采集的读写器基于R2000芯片进行相关处理，存在采集结果精度低、功耗大的问题。因此，提出一种新的外部电源供电的电子标签功率自动采集方法，该方法进行功率自动采集时的读写器基于AS3992芯片实施控制。依据AS3992芯片的内部结构，设计基于AS3992的读写器硬件组成结构，其通过接口电路、显示电路、MCU电路、电源电路、AS3992 电路模块以及功率放大电路等，协同实现对外部电源供电的电子标签功率的自动采集和处理。读写器利用到页寄存器、发送控制寄存器以及中断寄存器进行数据发送、接收等操作，实现外部电源供电的电子标签功率的自动采集。实验结果表明，所提方法在功率采集结果准确度上效果明显较强，且功耗较低。

关键词： 外部电源供电； 电子标签； 功率； 自动采集； AS3992芯片； 读写器

中图分类号： TN313+.4?34； TP391 文献标识码： A 文章编号： 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

随着社会经济的高速发展，越来越多带有外部电源供电的电子产品进入到人们的日常生活和办公环境中，而且越来越多的工业企业在生产中也大量利用外部电源供电的电子标签，导致外部电源供电的电子标签功率自动化采集成为当今社会关注的焦点问题[1]。不同芯片构成的读写器对功率进行自动化采集时的效果不同。传统外部电源供电的电子标签功率自动采集方法，其读写器的核心部分是R2000芯片，该方法的功率采集结果的准确度不高且功耗较大。因此本文提出一种新的外部电源供电的电子标签功率自动采集方法，其读写器的核心部分是AS3992芯片，可以提高功率采集结果的准确度，降低功耗，实际应用效果较好。

1 电子标签功率自动采集方法

1.1 基于AS3992的电子标签读写器硬件设计

AS3992芯片属于一种UHF 电子标签读写器芯片，该芯片包括一个完整的前端模拟电路、ISO/IEC 18000?6C协议处理器以及PLL（携带VCO）、ADC、微处理器接口。其可以支持ISO/IEC18000?6Cx协议的发送和实现EPCGen2。该芯片的内部结构框图如图1所示。

分析图中AS3992芯片的内部结构，芯片内部结构中模拟前端的作用为实现读写器射频电路，读写器基带电路功能实现依靠数字处理器和EPC Gen2协议处理的协同作用[2]。接收信号涵盖混频和滤波电路等，AM和PM进行解调过程在接收系统处实现，I和Q两路正交解调的实现通过输入混频，若采取IQ结构，需保证幅度调制信号的解调在电路I，且相位信号的解调由Q路实施[3]。

电源电路输入的直流电大小为9 V，且电路利用穩定的电压器生成三组电源[4]，线性的5 V电压用于支持AS3992芯片的VEXT和VEXT2，当线性电压输入至VEXT时，输出结果形式可以为VDD?A，VDD?RFP或VDD?LF三种；当电压输入至VEXT2时，输出结果表达形式仅为VDD?RF，每个输出结果的引脚必须与多个去耦电容相连；线性4 V电压支持功放电路，VCC 向外部频率和VCO部分电路提供支持。

AS3992芯片运行中需要参考频率为20 MHz的石英石晶体，该晶体与OSCI和OS?CO引脚相连且振荡引脚与地面之间的连接依靠电容15～20 pF 之间的电容，谐振电阻的极值[5]不超过30。本文在外部电源供电中施加的PA值是2 188。输出电路与输入电路相反，利用ADTL2?18将差分后的信号转换为单端信号并进行抗阻匹配设计[6]，利用环形器把射频信号发送至天线。

1.2 基于AS3992的电子标签读写器软件设计

基于AS3992的电子标签读写器软件中单片机主要负责进行MF RC500 的初始化操作，处理与MF RC500的通信中断问题。读写器的正常稳定运行是检测外部电源供电的电子标签功率的关键[7]。读写器进行数据发送、接收利用到页寄存器、发送控制寄存器以及中断寄存器等。FIFO数据寄存器是内部字节为64的FIFO缓冲器的数据输入/输出端口；InterrupRq寄存器为中断请求寄存器，其中断类型的判断依据来自该寄存器的各种参数。以下对不同种类的寄存器进行介绍。

1） 页寄存器。一个MF RC500含有64个寄存器，平均一页中有8个寄存器，且每页的第一个寄存器被称为页寄存器。该寄存器的设计过程如图3所示，地址可表示为[0x00，0x08，0x10，0x18，0x20，0x28，0x30，0x38]，初始值为10000000，[0x80]页寄存器用来进行寄存器页的选择[8]，也可依照这种页寄存器设计方式对该页内的寄存器的寻址方式进行确定。

2） 发送控制寄存器。发送控制寄存器控制MF RC500的引脚分别为[TX1]和[TX2]输出的信号种类[9]，寄存器的初始值为01011000，地址为[0x58]和[0x11]。

从[TX2CW]位置0 处的[TX2]引脚输出的信号大小为13.56 MHz，并且为调制载波。从[TX2RFEn]位置1处的[TX2]引脚输出的信号大小为13.56 MHz，并且可以输出调制后的有效数据。从[TX1RFEn]位置2处的[TX1]引脚输出的调制数据大小为13.56 MHz载波。

3） 中断允许寄存器。MF RC500中包括发送中断、接收中断和计时中断等6个中断源。本文采取中断允许寄存器的设置来改变中断请求[10]。中断位是SetlEn，当其处于位置1时，处于该寄存器内部的其他中断控制位都是有效的。TinerlEn，TXlEn和RXLEn分别为计时器的中断允许、发送允许和接收中断允许控制位。

根据上文对寄存器的各种操作，得到本文基于AS3992的电子标签读写器软件运行流程，如图2所示，依照该流程可以实现读写器对外部电源供电的电子标签功率的自动采集。

2 实验分析

实验为检测本文提出的外部电源供电的电子标签功率自动采集方法的性能优劣，将传统的外部电源供电的电子标签自动采集方法作为对比分析对象。实验应用两种方法对某工厂外部电源供电的电子标签的功率进行采集，对结果的准确性进行分析。为使获得的功率采集结果真实可靠，对不同时间段内所收集的电子标签功率自动采集结果进行8次分析，结果见表1、表2。

分析表1数据可知，采用本文方法在不同测试编号和采集时间段内，自动采集的电子标签功率随着采集时间的不断增长，采集结果的准确率越来越高。在采集初期的0～10 s内，采集结果的准确率就高达95%；在功率采集末期51～60 s时，功率自动采集结果准确率几乎达到100%。分析表2数据能够得出，在不同的测试编号和采集时间段内，传统方法的电子标签功率采集结果的正确率均在60%以下，且传统方法电子标签自动采集功率的准确性随采集时间的变长准确性越来越低，在实验结束时的采集正确率仅有30%左右。

综合分析两表数据得到，本文方法对外部电源供电的电子标签功率自动采集结果的准确率较好，获得的结果可信度较高。实验分析本文方法在进行外部电源供电的电子标签功率采集时的功耗情况，同样以传统方法的功耗作为实验对比，两种方法功耗结果如表3所示。

分析表3数据可得，本文方法在對外部电源供电的电子标签功率自动采集时，无论在休眠模式还是在运行模式下的功率消耗较低，随着采集时间的增长，两种方法的功耗都有所增加。由于传统方法的功耗基数较大而且功耗的增长幅度较大，说明本文方法在应用中功耗量较小，采集效率较高。

3 结 论

本文提出新的外部电源供电的电子标签功率自动采集方法，能够提高电子标签功率自动采集的准确率，降低功率采集过程中不必要的功耗，实现外部电源供电的电子标签功率的高效利用。

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