【摘 要】
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随着传感器、物联网及人工智能技术的持续进步及其在工业应用领域的快速发展,射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）成为工业过程物品识别与数据集成的关键技术。集成超低功耗传感器的无源RFID传感器标签可通过射频能量回收供电同时完成物品身份识别和参数感知的功能,因其小型化、无线供电、柔性可粘贴、非视距传输等独特优势具有广泛的应用前景。论文针对物品供应链识别与检测
【基金项目】
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国家自然科学基金（51805143）；
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随着传感器、物联网及人工智能技术的持续进步及其在工业应用领域的快速发展,射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）成为工业过程物品识别与数据集成的关键技术。集成超低功耗传感器的无源RFID传感器标签可通过射频能量回收供电同时完成物品身份识别和参数感知的功能,因其小型化、无线供电、柔性可粘贴、非视距传输等独特优势具有广泛的应用前景。论文针对物品供应链识别与检测过程分离和工业现场感知数据与终端用户无法有效共享的难题,提出了一种集成高频（13.56 MHz）和超高频（860～960 MHz）的双频无源RFID传感器设计方法。运用该方法设计的传感器标签体积小且同时支持高频和超高频两种模式,可满足工业现场和终端用户两种应用场合的便捷测量与数据共享。论文主要研究工作总结如下:首先,集成既可完成射频数据收发又可输出直流电压的射频模块,使传感器标签同时支持高频和超高频数据通信与传感器参数感知,并通过合理安排天线和电路布局实现了双频RFID传感器集成和标签的小型化设计。其次,针对射频芯片供电带负载能力有限问题,采用电荷泵与射频芯片配合完成射频能量回收和管理然后给感知处理模块供电的方法,提高标签在超高频模式下读取距离;同时为提高标签工作性能、减少能量损失、降低高频和超高频模块通信之间的相互影响,在射频收发模块和感知处理模块之间设计了通信及电源判断电路。然后,通过将传感器数据集成到超高频EPC C1G2（Electronic Product Code Class-1Generation-2）用户数据区和高频NDEF（NFC Data Exchange Format）数据格式中,利用通用RFID读写设备即可方便地完成测量与读取,可增强传感器标签在供应链检测中的通用性。最后,搭建了双频无源RFID传感器标签实验平台测试了其在高频以及超高频模式下的性能。实验结果表明,集成双频RFID传感器可同时支持高频和超高频射频接口读写,通过对射频读写器天线的能量回收产生直流电压供电完成测量和通信任务,并验证了利用电荷泵来提高射频能量使用效率,进而增大传感器标签读取距离的可行性。论文研究双频无源RFID传感器标签作为快速便携的识别与测量方法,对未来“智能产品”和智能化工业网络数据集成与融合具有重要理论意义和实际应用价值。
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