外部電源供電的電子標簽功率自動采集方法

陸春光 楊思潔 周佑 姚力

摘 要： 過去利用外部電源供電的電子標簽功率自動化采集方法進行功率自動采集的讀寫器基于R2000芯片進行相關處理，存在采集結果精度低、功耗大的問題。因此，提出一種新的外部電源供電的電子標簽功率自動采集方法，該方法進行功率自動采集時的讀寫器基于AS3992芯片實施控制。依據AS3992芯片的內部結構，設計基于AS3992的讀寫器硬件組成結構，其通過接口電路、顯示電路、MCU電路、電源電路、AS3992 電路模塊以及功率放大電路等，協同實現對外部電源供電的電子標簽功率的自動采集和處理。讀寫器利用到頁寄存器、發送控制寄存器以及中斷寄存器進行數據發送、接收等操作，實現外部電源供電的電子標簽功率的自動采集。實驗結果表明，所提方法在功率采集結果準確度上效果明顯較強，且功耗較低。

關鍵詞： 外部電源供電； 電子標簽； 功率； 自動采集； AS3992芯片； 讀寫器

中圖分類號： TN313+.4?34； TP391 文獻標識碼： A 文章編號： 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

隨著社會經濟的高速發展，越來越多帶有外部電源供電的電子產品進入到人們的日常生活和辦公環境中，而且越來越多的工業企業在生產中也大量利用外部電源供電的電子標簽，導致外部電源供電的電子標簽功率自動化采集成為當今社會關注的焦點問題[1]。不同芯片構成的讀寫器對功率進行自動化采集時的效果不同。傳統外部電源供電的電子標簽功率自動采集方法，其讀寫器的核心部分是R2000芯片，該方法的功率采集結果的準確度不高且功耗較大。因此本文提出一種新的外部電源供電的電子標簽功率自動采集方法，其讀寫器的核心部分是AS3992芯片，可以提高功率采集結果的準確度，降低功耗，實際應用效果較好。

1 電子標簽功率自動采集方法

1.1 基于AS3992的電子標簽讀寫器硬件設計

AS3992芯片屬于一種UHF 電子標簽讀寫器芯片，該芯片包括一個完整的前端模擬電路、ISO/IEC 18000?6C協議處理器以及PLL（攜帶VCO）、ADC、微處理器接口。其可以支持ISO/IEC18000?6Cx協議的發送和實現EPCGen2。該芯片的內部結構框圖如圖1所示。

分析圖中AS3992芯片的內部結構，芯片內部結構中模擬前端的作用為實現讀寫器射頻電路，讀寫器基帶電路功能實現依靠數字處理器和EPC Gen2協議處理的協同作用[2]。接收信號涵蓋混頻和濾波電路等，AM和PM進行解調過程在接收系統處實現，I和Q兩路正交解調的實現通過輸入混頻，若采取IQ結構，需保證幅度調制信號的解調在電路I，且相位信號的解調由Q路實施[3]。

電源電路輸入的直流電大小為9 V，且電路利用穩定的電壓器生成三組電源[4]，線性的5 V電壓用于支持AS3992芯片的VEXT和VEXT2，當線性電壓輸入至VEXT時，輸出結果形式可以為VDD?A，VDD?RFP或VDD?LF三種；當電壓輸入至VEXT2時，輸出結果表達形式僅為VDD?RF，每個輸出結果的引腳必須與多個去耦電容相連；線性4 V電壓支持功放電路，VCC 向外部頻率和VCO部分電路提供支持。

AS3992芯片運行中需要參考頻率為20 MHz的石英石晶體，該晶體與OSCI和OS?CO引腳相連且振蕩引腳與地面之間的連接依靠電容15～20 pF 之間的電容，諧振電阻的極值[5]不超過30。本文在外部電源供電中施加的PA值是2 188。輸出電路與輸入電路相反，利用ADTL2?18將差分后的信號轉換為單端信號并進行抗阻匹配設計[6]，利用環形器把射頻信號發送至天線。

1.2 基于AS3992的電子標簽讀寫器軟件設計

基于AS3992的電子標簽讀寫器軟件中單片機主要負責進行MF RC500 的初始化操作，處理與MF RC500的通信中斷問題。讀寫器的正常穩定運行是檢測外部電源供電的電子標簽功率的關鍵[7]。讀寫器進行數據發送、接收利用到頁寄存器、發送控制寄存器以及中斷寄存器等。FIFO數據寄存器是內部字節為64的FIFO緩沖器的數據輸入/輸出端口；InterrupRq寄存器為中斷請求寄存器，其中斷類型的判斷依據來自該寄存器的各種參數。以下對不同種類的寄存器進行介紹。

1） 頁寄存器。一個MF RC500含有64個寄存器，平均一頁中有8個寄存器，且每頁的第一個寄存器被稱為頁寄存器。該寄存器的設計過程如圖3所示，地址可表示為[0x00，0x08，0x10，0x18，0x20，0x28，0x30，0x38]，初始值為10000000，[0x80]頁寄存器用來進行寄存器頁的選擇[8]，也可依照這種頁寄存器設計方式對該頁內的寄存器的尋址方式進行確定。

2） 發送控制寄存器。發送控制寄存器控制MF RC500的引腳分別為[TX1]和[TX2]輸出的信號種類[9]，寄存器的初始值為01011000，地址為[0x58]和[0x11]。

從[TX2CW]位置0 處的[TX2]引腳輸出的信號大小為13.56 MHz，并且為調制載波。從[TX2RFEn]位置1處的[TX2]引腳輸出的信號大小為13.56 MHz，并且可以輸出調制后的有效數據。從[TX1RFEn]位置2處的[TX1]引腳輸出的調制數據大小為13.56 MHz載波。

3） 中斷允許寄存器。MF RC500中包括發送中斷、接收中斷和計時中斷等6個中斷源。本文采取中斷允許寄存器的設置來改變中斷請求[10]。中斷位是SetlEn，當其處于位置1時，處于該寄存器內部的其他中斷控制位都是有效的。TinerlEn，TXlEn和RXLEn分別為計時器的中斷允許、發送允許和接收中斷允許控制位。

根據上文對寄存器的各種操作，得到本文基于AS3992的電子標簽讀寫器軟件運行流程，如圖2所示，依照該流程可以實現讀寫器對外部電源供電的電子標簽功率的自動采集。

2 實驗分析

實驗為檢測本文提出的外部電源供電的電子標簽功率自動采集方法的性能優劣，將傳統的外部電源供電的電子標簽自動采集方法作為對比分析對象。實驗應用兩種方法對某工廠外部電源供電的電子標簽的功率進行采集，對結果的準確性進行分析。為使獲得的功率采集結果真實可靠，對不同時間段內所收集的電子標簽功率自動采集結果進行8次分析，結果見表1、表2。

分析表1數據可知，采用本文方法在不同測試編號和采集時間段內，自動采集的電子標簽功率隨著采集時間的不斷增長，采集結果的準確率越來越高。在采集初期的0～10 s內，采集結果的準確率就高達95%；在功率采集末期51～60 s時，功率自動采集結果準確率幾乎達到100%。分析表2數據能夠得出，在不同的測試編號和采集時間段內，傳統方法的電子標簽功率采集結果的正確率均在60%以下，且傳統方法電子標簽自動采集功率的準確性隨采集時間的變長準確性越來越低，在實驗結束時的采集正確率僅有30%左右。

綜合分析兩表數據得到，本文方法對外部電源供電的電子標簽功率自動采集結果的準確率較好，獲得的結果可信度較高。實驗分析本文方法在進行外部電源供電的電子標簽功率采集時的功耗情況，同樣以傳統方法的功耗作為實驗對比，兩種方法功耗結果如表3所示。

分析表3數據可得，本文方法在對外部電源供電的電子標簽功率自動采集時，無論在休眠模式還是在運行模式下的功率消耗較低，隨著采集時間的增長，兩種方法的功耗都有所增加。由于傳統方法的功耗基數較大而且功耗的增長幅度較大，說明本文方法在應用中功耗量較小，采集效率較高。

3 結 論

本文提出新的外部電源供電的電子標簽功率自動采集方法，能夠提高電子標簽功率自動采集的準確率，降低功率采集過程中不必要的功耗，實現外部電源供電的電子標簽功率的高效利用。

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