一種集成傳感器rfid系統及該系統混合模式接口性能測試方法
2023-11-30 00:10:46
專利名稱：一種集成傳感器rfid系統及該系統混合模式接口性能測試方法
技術領域：
本發明涉及智能傳感器接口性能測試領域，尤其涉及一種集成傳感器RFID系統及該系統混合模式接口性能測試方法。
背景技術：
隨著今年來傳感網在工業應用中得到大力推行，基於IEEE 1451標準的網絡化智能傳感器，由於具有標準化、集成度高、成本低等優點，得到了專業人士的廣泛重視。尤其是適用於混合模式變送器、網絡適配器(NCAP)的IEEE1451.4混合模式接口標準的出現，使得越來越多的研究人員和企業投入到混合模式接口研究、設備生產領域內，各種基於標準混合模式接口的智能傳感設備不斷湧現。該標準通過統一傳感器通信接口實現傳感器即插即用，支持智能變送器的創建，採用最少存儲器容量的設計思想實現智能變送器的簡化和部署。為體現更高的性能，保證傳感器的輸出數據與輸入信號的高質量和正確性，IEEE 1451. 4標準使用了相較早期IEEE1451標準更少的通信接口，簡化了測量儀器系統的設置和維護。然而，不同的設計方案與製作工藝導致了不同品牌和型號的智能傳感設備混合模式接口性能有著顯著的差異，並且不同的混合模式接口智能傳感設備所標稱的接口性能參數都是基於不同的應用需求和測試方法，產品之間的比較缺乏一個統一的基準平臺，這就給同類產品性能表現進行有效公正的橫向相互比較以及系統集成應用帶來了困難。智能傳感器接口性能是保障傳感器有效輸出數據和接收信號的基礎。其中，測試 IEEE 1451智能傳感器接口性能的關鍵是測試智能傳感器接入時的有效性以及可靠性。目前，對IEEE 1451智能傳感器接口性能測試的研究仍然比較空白，而近年來智能傳感網絡的研究和應用熱潮，尤其是RFID傳感網絡，對智能傳感器的接口有著迫切的性能要求。因此，建立一種符合集成智能傳感器RFID系統發展趨勢所需的接口性能測試方法具有重要的研究意義和前瞻性。
發明內容
為解決上述中存在的問題與缺陷，本發明提供了一種集成傳感器RFID系統及該系統混合模式接口性能測試方法。所述技術方案如下一種集成傳感器RFID系統混合模式接口性能測試方法，包括根據單個待測傳感器掛接在Ι-wire總線上時的接口性能測試要求，將單個待測傳感器通過混合模式接口與集成傳感器RFID設備連接；通過邏輯分析儀採集待測傳感器接入過程中混合模式接口數位訊號，並對該數位訊號進行解碼處理；將解碼信號與智能傳感器混合模式接口標準中數位訊號傳輸協議作校驗，獲得混合模式接口即插即用性能參數，並根據I-wire總線識別URN及讀TEDS過程中的命令序列， 判斷混合模式接口即插即用是否正常；
對於正常實現混合模式接口即插即用的設備，對解碼後信號進行即插即用識讀時間測量；對滿足即插即用識讀成功率測試的混合模式接口進行可靠性測試。一種集成傳感器RFID系統，所述系統包括RFID閱讀器模塊、集成傳感器RIFD標籤節點模塊，所述集成傳感器RFID標籤節點模塊包括智能傳感器模塊STIM和網絡適配器 NCAP ；所述STIM在採集前端集成了智能傳感器的混合模式接口，並通過該混合模式接口與NCAP連接；所述NCAP在NCAP信息處理後端融入了無線傳感器RF收發單元，用以支持Zigbee 通信從而構建多跳網絡；所述RFID閱讀器模塊包括微處理器、RFID閱讀器、天線、電源及其接口 ；其中RFID 閱讀器實現對RFID標籤的能量輸送和通信；所述接口實現與後端監測平臺之間的通信。本發明提供的技術方案的有益效果是通過應用即插即用識讀速度、識讀成功率對混合模式接口進行定量評價，實現了對集成傳感器RFID系統混合模式接口性能的有效性測試；通過應用熱插拔成功率對混合模式接口進行定性評價，實現了對集成傳感器RFID 系統混合模式接口性能的可靠性測試。
圖1是集成傳感器RFID系統混合模式接口性能測試方法流程圖；圖2是集成傳感器RFID系統混合模式接口性能測試原理圖；圖3是集成傳感器RFID系統圖；圖4是即插即用性能測試流程圖；圖5是熱插拔性能測試流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述參見圖1，本實施例提供了一種集成傳感器RFID系統混合模式接口性能測試方法，所述方法包括以下步驟步驟10根據單個待測傳感器掛接在總線上時的接口性能，將單個待測傳感器通過混合模式接口與集成傳感器RFID設備連接；上述待測傳感器掛接在總線上時的接口性能是在不改變接口算法和接口掛接設備數量的基礎上進行的評價。步驟20通過邏輯分析儀採集待測傳感器接入過程中混合模式接口數位訊號，並對該數位訊號進行解碼處理；其解碼處理是通過將數位訊號上傳至主機，通過上位機軟體對採集的數位訊號進行解碼處理。步驟30將解碼信號與智能傳感器混合模式接口標準中數位訊號傳輸協議作校驗，獲得混合模式接口即插即用性能參數，並根據I-wire總線識別URN及讀TEDS過程中的命令序列，判斷混合模式接口即插即用是否正常；所述智能傳感器採用IEEE 1451. 4智能傳感器，按照l_wire總線的命令序列，依次檢查混合模式數字接口識別URN及讀TEDS過程中的總線初始化命令、總線主機功能請求命令與總線命令跟隨數據等，查看混合模式接口即插即用功能是否正常實現。步驟40對於正常實現混合模式接口即插即用的設備，對解碼後信號進行即插即用識讀時間測量。步驟50對滿足即插即用識讀成功率測試的混合模式接口進行可靠性測試；採用靜電放電槍分別對傳感器模塊接口、Ι-wire總線主機接口進行接觸放電、空氣放電破壞性試驗，並採用即插即用有效性測試辦法進行獨立通訊與聯合通訊質量檢測， 測試接口熱插拔性能。在執行上述步驟10之前還包括在集成傳感器RFID系統混合模式接口上連接邏輯分析套件，包括測量線、邏輯分析儀、主機，主機上裝有邏輯信號分析軟體。參見圖2，為集成傳感器RFID系統混合模式接口性能測試方法的測試原理，首先通過在集成傳感器RFID系統混合模式接口上連接邏輯分析套件，包括LA_Probe_E測量線、 LA6000邏輯分析儀、主機，接口傳輸信號經測量線、邏輯分析儀、主機，由上位機軟體解碼獲得接口傳輸信號特徵，與信號傳輸協議作校驗獲得混合模式接口即插即用性能參數，其次通過對混合模式接口總線上的主機接口和傳感器模塊接口分別進行靜電放電抗擾度試驗並進行獨立通訊與聯合通訊質量檢測，獲得混合模式接口的熱插拔性能評價結果。參見圖3，為集成傳感器RFID系統，該系統分成RFID閱讀器模塊和集成傳感器 RIFD標籤節點模塊組成的兩層結構，該系統實現對底層現場的數據採集及處理。集成傳感器RFID標籤節點採用IEEE1451. 4智能傳感器混合模式接口技術，可分成智能傳感器模塊(Smart Transducer Interface Module, STIM)及網絡適配器(Networked Capable Application Processor, NCAP)，即混合模式接口總線主機；採用WSN領域中基於IEEE 802. 15. 4的Zigbee網絡協議構建一個多跳的自組織網絡，WSN網絡節點(集成傳感器RFID 標籤節點模塊)集成了無源RFID標籤和傳感器，分別負責採集物品信息和環境參量；其中， STIM在採集前端集成了 IEEE 1451. 4中的混合模式接口，實現了對傳統模擬式傳感器的智能擴展；另外，NCAP在NCAP信息處理後端融入了無線傳感器RF收發單元，用以支持Zigbee 通信從而構建多跳網絡。集成傳感器RFID設備中的RFID閱讀器模塊包括微處理器、RFID 閱讀器、天線、電源以及其他接口 ；RFID閱讀器能夠實現對RFID標籤的能量輸送和通信，其他接口可以實現與後端監控平臺之間的通信。參見圖4，是即插即用性能測試流程圖，按IEEE 1451. 4智能傳感器混合模式接口數據傳輸協議，測試流程可分成兩部分，URN識別與TEDS識別。根據以上設計得到的混合模式接口有效性測試Petri網模型的位置及令牌意義可表示為Pl 邏輯分析儀已經啟動；P2 傳感器模塊已接入，等待5秒；p3 上位機軟體zlglogic已採集回波形；p4:解碼完成；p5a:搜索 ROM 成功；
p5b 搜索ROM不成功；P6a 校驗結果正確，URN值已記入當前表格；P6b 校驗結果錯誤，當前表格已記錄為「校驗錯誤」；P7a:匹配 ROM 成功；P7b 匹配ROM不成功；PSa 讀應用寄存器成功；PSb 讀應用寄存器不成功；P9a:匹配 ROM 成功；
P9a 匹配ROM不成功；PlOa 讀數據存儲器成功；PlOb 讀數據存儲器不成功；Plla 校驗結果為0，校驗正確，基本TEDS、標準TEDS和用戶區TEDS已記入當前表格；Pllb 表格當前數組已記錄為「讀取失敗」；P12 識讀時間已記入當前表格；P13a:即插即用成功；P13b:即插即用失敗。變遷實施意義可表示為tl 按照測試框圖連接好混合模式接口總線主機、測量線、邏輯分析儀和主機，啟動邏輯分析儀；t2:接入傳感器模塊；t3 通過上位機軟體zlglogic將Ι-wire總線中的波形採集回來；t4 點擊工具-插件管理器調出插件管理器對話框，選中Ι-wire總線分析插件，點擊設置按鈕彈出Ι-wire總線解碼設置對話框。設置對話框中信號名稱為One-wire，速度為標準或高速，設置完成後點擊確定按鈕即可完成解碼；t5:查詢解碼結果的開始是否成功實現搜索ROM功能，其中總線主機首先發出復位脈衝「RESET PULSE」，傳感器模塊發出應答脈衝「PRESENCEPULSE」，然後總線主機發出搜索ROM命令「Search R0M[F0H] 」，最後總線主機依次讀入8位元組URN ；t6 採用生成多項式x8+x5+x4+l的標準CRC校驗方法對URN進行逆校驗，其中最後一個字節為CRC校驗碼，記錄校驗結果；t7 繼續查詢解碼結果是否成功實現匹配ROM功能，其中總線主機發出復位脈衝 "RESET PULSE」，傳感器模塊發出應答脈衝「PRESENCE PULSE」，然後總線主機發出匹配ROM 命令「Match R0M[55H] 」，最後總線主機發出8位元組URN ；t8:繼續查詢解碼結果是否成功實現讀應用寄存器功能，並記錄測量值，其中總線主機發出復位脈衝「RESET PULSE」，傳感器模塊發出應答脈衝「PRESENCE PULSE」，然後總線主機發出讀應用寄存器命令「Read Applicati0nRegiSter[C3H]」，總線主機再發出8位數據讀取起始地址，最後總線主機讀入8位元組基本TEDS ；t9 繼續查詢解碼結果是否成功實現匹配ROM功能，其中總線主機發出復位脈衝 "RESET PULSE」，傳感器模塊發出應答脈衝「PRESENCE PULSE」，然後總線主機發出匹配ROM命令「Match R0M[55H] 」，最後總線主機發出8位元組URN ；tlO:繼續查詢解碼結果是否成功實現讀應用寄存器功能，並記錄測量值，其中總線主機發出復位脈衝「RESET PULSE」，傳感器模塊發出應答脈衝「PRESENCE PULSE」，然後總線主機發出讀EEPROM命令「ReadMemory
」，總線主機再發出8位數據讀取起始地址，最後總線主機讀入32位元組數據，其中包括第一個字節的校驗和以及剩下31位元組的標準TEDS 和用戶區TEDS ；til 對TEDS數據進行校驗和逆檢驗，將校驗和字節與基本TEDS、標準TEDS以及用戶TEDS各字節不進位相加，記錄校驗結果；tl2:對解碼結果進行時間分析，分析起始時刻為首次復位脈衝開始時，結束時刻為總線主機讀入32位元組EEPROM數據的末尾時刻，起始時刻與結束時刻的時間差記錄為識讀時間；tl3 記錄測試結果。對待測設備重複上述實驗10次，將成功次數佔實驗次數的比例記入測試報告表格中，並取所有成功實驗的識讀時間均值作為待測設備的識讀速度。參見圖5，是熱插拔性能測試流程，包括空氣放電測試與接觸放電測試。空氣放電測試步驟包括①將靜電槍電壓調至士 15KV，選用圓頭放電頭，採用空氣放電模式；②將槍頭靠近傳感器模塊混合模式接口，以正電壓對其進行掃描；③將槍頭靠近傳感器模塊接口，以負電壓對其進行掃描；④將受靜電放電抗擾度試驗後的傳感器模塊接口與未進行靜電放電抗擾度的完好總線主機接口連接進行通信，採用即插即用有效性測試方法檢驗通訊質量好壞；⑤對混合模式接口總線主機的接口重複上述實驗，同時與一個未進行靜電放電抗擾度試驗的傳感器模塊連接，採用即插即用有效性測試方法通訊檢驗通訊質量好壞；⑥將受測傳感器模塊與受測總線主機連接進行通信，採用即插即用有效性測試方法檢驗通訊質量好壞通訊檢驗通訊質量好壞。接觸放電測試步驟包括①將靜電槍電壓調至士8KV，選用尖頭放電頭，採用接觸放電模式；②將槍頭靠近傳感器模塊接口，以正電壓對接口放電10次，間隔0. ^ ；③將槍頭靠近傳感器模塊接口，以負電壓對接口放電10次，間隔0. 5s ；④將傳感器模塊接口與未進行靜電放電抗擾度試驗的完好總線主機接口連接進行通信，採用即插即用有效性測試方法檢驗通訊質量好壞；⑤對總線主機接口重複上述實驗，同時與一個未進行靜電放電抗擾度試驗的傳感器模塊接口連接，採用即插即用有效性測試方法通訊檢驗通訊質量的好壞；⑥ 將受測傳感器模塊與受測總線主機連接，採用即插即用有效性測試方法通訊檢驗通訊質量好壞。上述操作完成後，若受測的每個接口均通訊正常且通訊過程無異常，則表明混合模式接口通過接口抗擾度試驗，即具有帶電熱插拔能力；反之，則此混合模式接口不具備熱插拔能力。以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種集成傳感器RFID系統混合模式接口性能測試方法，其特徵在於，所述方法包括根據單個待測傳感器掛接在Iiire總線上時的接口性能測試要求，將單個待測傳感器通過混合模式接口與集成傳感器RFID設備連接；通過邏輯分析儀採集待測傳感器接入過程中混合模式接口數位訊號，並對該數位訊號進行解碼處理；將解碼信號與智能傳感器混合模式接口標準中數位訊號傳輸協議作校驗，獲得混合模式接口即插即用性能參數，並根據I-wire總線識別URN及讀TEDS過程中的命令序列，判斷混合模式接口即插即用是否正常；對於正常實現混合模式接口即插即用的設備，對解碼後信號進行即插即用識讀時間測量；對滿足即插即用識讀成功率測試的混合模式接口進行可靠性測試。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述混合模式接口有效性能測試採用即插即用識讀速度與即插即用識讀成功率作為評價指標；混合模式接口可靠性測試採用熱插拔成功率作為評價指標。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述混合模式接口有效性測試採用 LA6000邏輯分析儀提取即插即用過程接口傳輸信號，所述數位訊號解碼處理是通過上位機軟體實現。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述智能傳感器採用IEEE1451.4智能傳感器。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括採用靜電放電槍分別對傳感器模塊接口、Ι-wire總線主機接口進行接觸放電和空氣放電破壞，並採用所述即插即用有效性測試進行獨立通訊與聯合通訊質量檢測，測試接口熱插拔性能。
6.一種集成傳感器RFID系統，其特徵在於，所述系統包括RFID閱讀器模塊、集成傳感器RIFD標籤節點模塊，所述集成傳感器RFID標籤節點模塊包括智能傳感器模塊STIM和網絡適配器NCAP ；所述STIM在採集前端集成了智能傳感器的混合模式接口，並通過該混合模式接口與 NCAP連接；所述NCAP在NCAP信息處理後端融入了無線傳感器RF收發單元，用以支持Zigbee通信從而構建多跳網絡；所述RFID閱讀器模塊包括微處理器、RFID閱讀器、天線、電源及其接口 ；其中RFID閱讀器實現對RFID標籤的能量輸送和通信；所述接口實現與後端監測平臺之間的通信。
全文摘要
本發明公開了一種集成傳感器RFID系統及該系統混合模式接口性能測試方法，通過在集成傳感器RFID系統混合模式接口上連接邏輯分析套件，包括LA_Probe_E測量線、LA6000邏輯分析儀、主機，接口傳輸信號經測量線、邏輯分析儀、主機，由上位機軟體解碼獲得接口傳輸信號特徵，與信號傳輸協議作校驗獲得混合模式接口即插即用性能參數，其次通過對混合模式接口總線上的主機接口和傳感器模塊接口分別進行靜電放電破壞性試驗，並採用即插即用有效性測試方法重新進行獨立通訊與聯合通訊質量檢測，獲得混合模式接口的熱插拔性能評價結果。該方法所測試的混合模式接口性能指標主要包括即插即用速度、即插即用成功率、熱插拔成功率；上述性能指標能夠監測混合模式接口即插即用有效性與可靠性，符合集成智能傳感器RFID系統發展趨勢所需的接口性能測試要求。
文檔編號G06F11/26GK102495779SQ20111037336
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月22日 優先權日2011年11月22日
發明者劉桂雄, 吳斯棟, 洪曉斌 申請人:華南理工大學