超高頻（UHF）射頻識別（RFID）系統能可靠識別多快的移動物件？浩亭RFID團隊與德國著名賽車隊點火競賽車隊一起在飛機場進行高速測試。賽車以200km/h的速度通過天線，賽車上的標籤EPC號（標籤的唯一編號）被賽道旁的天線讀取九次─為更高的速度留下大量的空間。
1.引言
如何能可靠地識別高速運動的物體或車輛？車輛可以行駛多快？射頻識別（RFID）是許多移動應用中的選擇技術，例如在自動化倉庫，識別快速移動的工具以及車輛。
圖1為顯示典型的RFID系統。
| 圖1 : 常規設置：RFID標籤通過天線，天線發射無線電波（藍線）。標籤從無線電波吸收能量，並發送其唯一的標識EPC（電子產品代碼）（橙色線）。 |
|
RFID標籤也稱為RFID應答器，進入由RFID讀寫器天線發射的電磁場。該RFID標籤吸收能量，用其唯一的號碼應答，即所謂的EPC（電子產品代碼）。讀寫器接收類比訊號，並把訊號數位化，最後，Ha-VIS仲介軟體收集所有資料，並生成所需要的資訊報告。
RFID顯著的優點：
1.每秒識別的對象多達330 個
2.可以有視線阻隔
3.讀取距離從幾毫米到15米（不帶電池）
4.可重寫的使用者記憶體
鐵路行業是浩亭的重點專注領域之一，產品應用，例如重載連接器、鐵路車輛安裝的乙太網交換機、用於軌旁識別和車載應用的RFID系統等等，在保證標籤的EPC號能被可靠讀取的情況下，火車最高的運行速度是多少呢？浩亭提供了針對特殊應用的完整系統，包含RFID標籤、天線、讀寫器和仲介軟體，並為特殊的高速應用進行高速測試，對產品進行不同組合（所有測試都包含仲介軟體），證明其高速能力。
為了設置測試界限，我們檢查物體在不同的應用中速度能有多快：
1) 物流傳送帶上的箱體及零部件：高達30km/h
2) 自動化倉庫中的高速運輸系統：50km/h
3) 製造業中使用的高速機器人：高達50km/h
4) 貨物列車：120km/h - 160km/h（取決於不同的國家）
2.安裝
在德國波塔韋斯特法利卡機場的機場車道安裝三種不同的配置。
| 圖2 : 機場跑道示意圖，顯示出機場車道中的車輛和三個讀取點。 |
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表1沿著機場的車道，安裝三個獨立的讀取點，每個站之間至少間隔15米。
|
讀取點1 |
讀取點 2 |
讀取點 3 |
讀寫器 |
Ha-VIS RF-R200 (PoE) |
Ha-VIS RF-R500-c-EU |
Ha-VIS RF-R500-p-EU |
同軸電纜 |
Ha-VIS同軸電纜LL240flex, 10m |
Ha-VIS同軸電纜LL240flex, 10m |
Ha-VIS同軸電纜LL240flex, 10m |
天線 |
Ha-VIS RF-ANT- MR20-EU |
Ha-VIS RF-ANT- WR30-EU |
Ha-VIS RF-ANT- WR80-30-EU |
軟體 |
Ha-VIS 仲介軟體 |
Ha-VIS 仲介軟體 |
Ha-VIS 仲介軟體 |
表2中描述RFID讀寫器的精確配置。
表2顯示每一個讀取點的讀寫器配置。Ha-VIS RF-R200已配置讀寫器可以發出的最大功率。用於讀取點2和點3，配置讀寫器使得附帶的天線發射只有法律允許的2W有效發射功率。
|
讀取點 1 |
讀取點 2 |
讀取點 3 |
讀寫器 |
Ha-VIS RF-R200 (PoE) |
Ha-VIS RF-R500-c-EU |
Ha-VIS RF-R500-p-EU |
功率 |
0.5 W |
1.6 W |
2W，帶功率分配器
1W，帶功率分配器 |
天線增益 |
4 dBic |
8.5 dBic |
11 dBic |
天線發射功率 |
0.2 W有效發射功率 |
2 W有效發射功率 |
2 W有效發射功率 |
模式 |
主機模式 |
主機模式 |
主機模式 |
持久性復位時間 |
0 毫秒 |
0 毫秒 |
0 毫秒 |
Ha-VIS仲介軟體操作和控制讀寫器，收集資料和生成XML報告，包含所有標識標籤的清單，以及它們在天線場被讀取的頻率。如沒提及不同，應答器設定為讀取96位EPC。
對於讀取點3，測試了兩種配置。如果未提及不同，兩台Ha-VIS RF-ANT-WR80-30-EU天線連接到一個功率分配器，功率分配器連接到RFID讀寫器的天線埠1。假設由兩個天線合成一個「邏輯」天線，標籤將不再在天線場，應增加讀取事件數。測試結果將在3.4節討論。
當通過三個讀取點時，每輛車只配備了一個標籤（詳細資訊參見圖片和第三章）。
3.高速測試
根據不同類型的應用和配置速度，我們選擇四種不同的車輛進行測試：
1.電動自行車，速度高達50km/h
2.大學生方程式汽車大賽（2013賽季）點火競賽車隊電動賽車，速度可達120km/h
3.大學生方程式汽車大賽（2010賽季）點火競賽車隊燃油賽車，速度可達160km/h
4.高速有軌電車，速度可達200km/h（汽車可以駕駛得更快，由於加速和停止需要距離，計程車道的長度限制最大速度。）
表3 車輛與標籤配置概述
車輛 |
標籤 |
測試最大速度 |
章節 |
電動自行車 |
FT89 |
52 km/h |
3.1 |
電動賽車 |
VT86s |
87 km/h |
3.2 |
燃油賽車 |
SL89 |
114 km/h |
3.4 |
高速有軌電車 |
SL89 |
200 km/h |
3.3 |
3.1帶FT89標籤的電動自行車
FT89標籤是一個靈活的應答器，可以粘到所有非導電表面（導電表面可選其他型號的標籤產品）。因此，該標籤放置在塑膠蓋的右邊（在浩亭大標誌以下）。電動自行車以51公里/小時的恒定速度通過三個讀取點。每一個讀取點列中的數字代表讀寫器和仲介軟體讀取96位元EPC的頻率。
表4為電動自行車和FT89標籤的測試結果。在讀取點1，EPC（96位標籤的唯一識別碼）被讀出1次；在讀取點2，EPC被讀出5次；在讀取點3，EPC被讀出39次。
標籤 |
速度 |
標籤和天線之間的距離 |
讀取點1 |
讀取點2 |
讀取點3 |
FT89 |
51 km/h |
2.5 米 |
1 |
5 |
39 |
3.2帶VT86s標籤的電動賽車
該VT86s經優化後，體積小、穩健，在金屬上具有最佳功能。因此，該標籤安裝在金屬板上（參見圖4，安裝在防滾架上的綠色金屬板）。
表5 帶VT86s標籤的電動賽車測試結果。
標籤 |
速度 |
標籤和天線之間的距離 |
讀取點2 |
VT86s |
59 公里/小時 |
2.5 米 |
4 |
VT86s |
87 公里/小時 |
2.5 米 |
1 |
3.3帶SL89標籤的高速有軌電車
本套SL89固定在汽車的右後翼（參見圖5）。車輛在車道上以200km/h的恒定速度行駛，通過三個讀取點。
| 圖5 : SL89套件（帶有金屬托架）。帶槽的金屬托架能作為天線用，非常適合高速應用和惡劣環境。 |
|
表6 帶SL89標籤的高速電車測試結果。在200公里/時該標籤被讀取九次。
標籤 |
速度 |
標籤和天線之間的距離 |
讀取點1 |
讀取點2 |
讀取點3 |
SL89 |
200 公里/小時 |
2.5 米 |
./. |
1 |
9 |
當速度為200km/h，Ha-VIS仲介軟體、RF-R500-p-EU和WR80-30天線的組合能夠九次讀取96位EPC的SL89！
3.4帶SL89標籤的燃油賽車─技術細節
不同的標籤有不同的儲存體。在儲存區域1，TID用32位元儲存，在RFID晶片製造過程中被儲存，TID編號具有惟一性且不可改變。在儲存區域2，電子產品代碼用96位元儲存。這個編號可以改變。設置後可以通過密碼進行加密。
迄今為止，當車輛通過所有三個讀取點，唯讀取96位的EPC。在一些身份認證很重要的應用中，讀取EPC和TID會很有用。當車輛通過讀取點2（見表7）時，對比唯讀取EPC和讀取EPC+TID的次數，和預期類似，讀取EPC+TID次數比唯讀EPC的次數少。當速度為114km/h時，可讀取五次EPC+ TID（96位+32位=128位）。
表7 只與EPC比較，EPC+ TID可被讀取的頻率。
標籤 |
速度 |
標籤和天線之間的距離 |
讀取數據 |
讀取點2 |
SL89 |
114 km/h |
2.5 米 |
EPC |
8 |
SL89 |
114 km/h |
2.5 米 |
EPC+TID |
5 |
最後，我們比較了兩個帶功率分配器的WR80-30天線配置，以及發射2W的單天線讀寫器（這導致每個天線發射2 W 有效發射功率 ）。作為初步結果，沒有功率分配器的單天線選項有與功率分配器相連的兩個天線結果相似。
4.總結
我們演示了一輛速度為200km/h的車輛，採用標準的UHF RFID元件能夠可靠地識別。速度為200km/h時，SL89標籤被讀取9次。因此，當速度超出100公里/小時，SL89為高速應用的最佳選擇。
當速度超出120公里/小時，Ha-VIS RF-R500 RFID讀寫器與Ha-VIS RF-ANT-WR80-30的組合被證明是最佳選擇。
事實證明Ha-VIS仲介軟體適合高速度和高輸送量的應用。無需任何程式設計，Ha-VIS仲介軟體搭建了硬體和軟體之間的橋樑，通過簡單的配置能提供完全滿足客戶需要的資料。
因為存在很多改進空間，浩亭RFID團隊期待迎接下一次挑戰。
致謝
浩亭非常感謝在這個項目中給予大力支持的各方。特別感謝波塔韋斯特法利卡機場（www.edvy.de）的完美支援和熱情款待、機場餐廳的餐飲、Kreis Minden-Lubbecke支援速度測量。感謝點火競賽車隊（www.ignition-racing.de）優質的賽車和專業合作。感謝Tiletschke先生提供的高速有軌電車、Janine Hempelmann支援和安排使用波塔韋斯特法利卡機場、Kai Reifenberg提供的精美照片和錄影，和Lisa Schulz的完美協作。
（本文作者Rene Wermke、Olaf Wilmsmeier和Jan Regtmeier博士任職於浩亭公司）
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