02实验2RFID超高频读写器参数设置及功率频率对标签读取距离影响

实验2RFID超高频读写器设置及功率频率对标签读取距离影响班级：13物联网工程1班座号学号：20130865129姓名：王智源任课教师：余文琼课程名称：RFID（射频识别）技术日期：2016.3.7实验目的：熟悉RFID超高频读写器设置与使用，了解超高频读写器各参数的含义和设置方法，探究读写器功率及频率对标签读取距离影响实验设备：每2人一组，每组一个RFID实验箱（RF－ST001）、一台计算机实验材料：1、超高频读写器模块1块、超高频读写器天线1块（白色方块）、超高频标签2条2、连接线：电源线1条、USB转串口线（方口线）1条、超高频馈线1条实验软件：读写器控制软件RFIDReader、安装设置好USB转串口驱动程序软件所在位置：@218.5.241.13，教师——教学辅助材料——0RFID（射频识别）技术准备知识：国际上目前还没有统一的RFID编码规则，日本支持的UID标准和欧美支持的EPC标准是当今影响力最大的两大标准。1.EPC的Gen1协议Gen1标准是EPCglobal的前身Auto-IDCenter制定的。EPC的Gen1是第一代之意，Gen是generation(世代)的缩写。它包括Class0协议和Class1协议，其中Class0协议下的标签是只读的，不可以写入；而Class1协议下的标签虽是可读写的，但是只能写一次，写完后就成为只读标签，这两种协议下的标签都不具有保密性。Class0和Class1协议都是EPC的标准协议。2.EPC的Gen2协议Gen2是EPCglobal制定的Class1UHF频段射频识别空中接口的第二代标准。在Gen2协议下的标签可以重复读写，并且增加了保密性能。此后EPCGlobal和国际标准化组织合作以该标准为基础出台了ISO18000-6C国际标准。目前几乎所有的标签厂商停止Gen1协议的超高频芯片的开发和生产，超高频领域市场上主流产品均为符合C1G2协议产品。实验内容与要求：1、超高频读写器的添加与设置：掌握各参数设置与使用，了解各参数的意义2、改变RFID超高频读写器的功率，观察对应功率下标签最大读取距离的变化趋势（教师考核点1）3、改变RFID超高频读写器的频率，观察对应频率下标签最大读取距离的变化趋势（教师考核点2）4、将自己做的实验报告提交到院FTP指定处：实验报告将为你未来工作积累经验，请认真总结你的经验和教训，将实验报告写出自己的特点，这将为以后留下最适合自己特点的宝贵资料实验步骤：（请学生将以下实验步骤补充完整，并截几幅你认为重要的图，插入相应的位置，特别是容易出错的或出现标志性结果的图，并加以简单的文字说明）一、读写器的添加与设置：1.硬件连接：确认超高频读写器已用馈线连接超高频天线（白色方形）、已用USB连接线连接实验箱和电脑、电源已连接，然后启动电源。2.软件安装：确认已在电脑上安装USB转串口驱动程序（检查设备管理器是否识别到4个USB转串口）、读写器控制软件。3.添加超高频读写器：在电脑上打开读写器控制软件，进入主界面，点击主菜单“control”，选择下拉菜单中“AddUHFReader”。如图B1-1示：图1-1选择串口（直接使用默认串口），如图B1-2示，点击ok图B1-2超高频读器添加完毕，出现一个超高频读写器界面，主界面上显示读写器基本信息，如图B1-3示：图B1-34.超高频读写器的设置鼠标选中该读写器，鼠标右击、选中“ReaderSettingsandDiagnostics”,进入读写器参数设置界面。如图B1-4示：图1-4读写器参数的了解和设置，界面如图B1-5示：图B1-51)InventoryDelay参数，用于设置读写器读取标签的频率，例如：其值设置10ms表示读写器每间隔10ms读取一次标签信息。读写器读取标签的次数在主界面上实读取标签的频率标签的工作模式：选择一种协议类型，市场上大部分标签都遵守Gen2协议，在Gen2协议下的标签可以重复读写，且增加了保密性能（即ISO18000-6C国际标准）。对EPCGen2协议本身的设置：是UHF频段射频识别空中接口的第二代标准输出功率：功率越大读取标签的距离就越大读写器的灵敏度：越小越灵工作频率设置：选择一个国家，不同国家和地区对UHF频段设置了不同标准对应的含义为读写器输出功率在最大输出功率的基础上衰减的分贝数时动态显示，如图B1-6示：图B1-62)TagModel参数，选择协议类型，具体有Gen2(ISO16000C)、Gen2+RSSI、ISO6B(ISO16000B)。目前，市场上大部分标签都遵守Gen2协议。Gen2+RSSI表示主界面上将同时动态显示读写器读取标签的次数和返回的射频信号强度，如图B1-7示：图B1-73)Outputlevel参数和Sensitivity参数，两者分别用于调节读写器读取功率和灵敏度。功率设置值越大，读写器读取标签的有效距离越长；灵敏度设置值越小，读写器读取标签的灵敏度越高。（功率与标签读取距离的关系请做实验验证）4)Frequencies中有八项参数，其中Profile参数表示全球不同国家和地区对UHF频段设置的不同标准，包括USA、Europe、Japan、Chin***.625、Chin***.125、Korea等，一旦选择某一标准，其余的七项参数也随即确定，如图B1-8示：（频率与标签读取距离的关系请做实验验证，记录不同国家支持的超高频UHF的工作频段，找出该读写器的最佳响应频段）图B1-8了解各项参数实际功用和意义后，也可对这些参数进行自定义设置。5)Gen2Setting中的4项参数是对协议本身进行参数的设定，此项内容设置方法可以参考ISO18000-6C协议等资料。二、探究读写器发射功率对RFID标签读取距离的影响。1.系统设置打开读写器后台控制软件，RFID读写器后台控制软件和RFID读写器连接成功后，选中标签，将读写器的功率参数（Outputlevel）设置为-19，此设置对应的含义为读写器输出功率在最大输出功率的基础上衰减了19dBm。如图B3-1示：图B3-12.测量距离按开始扫描——取一超高频标签对准白色天线——移动标签远离天线，改变RFID标签平面与RFID读写器天线之间的垂直距离，直到RFID读写器刚好能够读到RFID标签，此时标签到读写器天线之间的距离即最大读取距离；测量最大读取距离（单位为cm），将该数据记录在表3-1中；3.更改功率依次将outputlevel更改为-15,-10,-5,0，重复步骤2，并将所有测得的距离记录在3-1中。4.更改标签依次将不同型号的标签放在读写器前，重复2—5步骤，并将所有测得的数据记录在表3-1中。5.实验结果表3-1RFID读写器功率的改变对RFID标签读取距离的影响记录表（教师检查点1）序号标签型号-19（读取距离cm）-15（读取距离cm）-10（读取距离cm）-5（读取距离cm）0（读取距离cm）154-ED61014.538.558.75287-OE81332.540.547结论：RFID读写器输出功率越大，读取距离就越长（越长或越短？）6.思考题：1）Outputlevel设置为0时读写器端口对应的输出功率约为30dBm（即1000mW），假设Outputlevel设置为-30时对应的输出功率应该为多少？（提示：该读写器的功率参数值（Outputlevel）对应的含义为读写器输出功率在最大输出功率的基础上衰减的分贝数）答：1000mW。2）从理论上进行计算，Outputlevel设置为-3对应的输出功率是设置为0时输出功率的1/2吗？为什么？（提示：dBm单位表示相对于1毫瓦的分贝数，1dBm=10lg(P/1mW),可读为分贝毫瓦）答:不是，因为功率密度曲线不是一个规律的曲线.三、探究读写器频率对标签读取距离影响1.系统设置打开读写器后台控制软件，RFID读写器后台控制软件和RFID读写器连接成功后，选中标签，将读写器的起始频率840.125kHz，结束频率为844.875kHz。如图B4-1示：图B4-12.测量距离改变RFID标签平面与RFID读写器平面之间的垂直距离，直到RFID读写器刚好能够读到RFID标签，测量RFID读写器天线与RFID标签之间的距离（单位为cm），将该数据记录在表4-1中。3.更改频率依次将频率更改为中国2、欧洲、美国、中国1、日本等工作频段。重复步骤4，将所测得的数据记录到4-1表中。4.更改标签依次替换不同型号的标签，放置在读写器前。重复2—5步骤。并将所测得的数据记录到4-1表中。5.实验结果表4-1RFID读写器频率的改变对RFID标签读取距离的影响记录表（教师检查点2）序号标签型号840.125-844.875读取距离cm865.7-867.5读取距离cm902.750-927.250读取距离cm920.625-924.375读取距离cm915.250-915.250读取距离cm952.4-953.6读取距离cm917.300-920.300读取距离cm中国频段2欧洲美国中国频段1美国频段内日本韩国154-ED15.51839.538.539.521.525.5287-OE7.512.517181721.525.5结论：读写器天线和标签天线均存在最佳响应频段，实验室的超高频读写器天线和标签天线的最佳响应频段是902.750-927.250美国频段。6.思考题1）点击”profile”下拉式按钮，查出各国为超高频RFID划分的工作频段是如何规定的，哪个国家为超高频RFID划分的频段最宽？答：各国为超高频RFID划分的工作频段如下：中国频段2：840.125-844.875欧洲：865.7-867.5美国：902.750-927.250中国频段1：920.625-924.375日本：952.4-953.6韩国：917.300-920.300其中，美国为超高频RFID划分的频段最宽2）某厂商拟设计一种能够在美国和中国均可正常工作的标签，则该标签应当设计至少在哪个频段具有较好的读取特性？答：在美国频段内即：902.750-927.2507.知识学习读写器天线和标签天线均存在最佳响应频段，在最佳响应频段内可以获得较好的读取距离。当工作频率偏离天线设计的工作频率范围时，会引起天线电参数的变化，例如引起方向图的变形、输入阻抗的改变等，从而引起辐射范围的改变。实验结果：1、学会了超高频读写器参数的设置，了解了各参数的意义2、描述你所观察到的超高频读写器功率及频率对标签读取距离影响结果，并描述为什么会产生这样的结果？1）读写器读取功率值设置越大，读取标签的有效距离越长；2）读写器天线和标签天线均存在最佳响应频段，实验室的超高频读写器天线和标签天线的最佳响应频段是902.750-927.250。3、按要求完成实验报告，并提交到院FTP经验总结和知识拓展：1、在完成本实验过程中，你遇到了什么困难？最后是如何解决的？（请学生写出详细的解决过程）。答：暂时没有遇到什么困难。2、思考题汇总：1）Outputlevel设置为0时读写器端口对应的输出功率约为30dBm（即1000mW），假设Outputlevel设置为-30时对应的输出功率应该为多少？（提示：该读写器的功率参数值（Outputlevel）对应的含义为读写器输出功率在最大输出功率的基础上衰减的分贝数）答：1000mW2）从理论上进行计算，Outputlevel设置为-3对应的输出功率设置为0时输出功率的1/2吗？为什么？（提示：dBm单位表示相对于1毫瓦的分贝数，1dBm=10lg(P/1mW),可读为分贝毫瓦）答:不是，因为功率密度曲线不是一个规律的曲线.3）点击”profile”下拉式按钮，查出各国为超高频RFID划分的工作频段是如何规定的，哪个国家为超高频RFID划分的频段最宽？答：各国为超高频RFID划分的工作频段如下：中国频段2：840.125-844.875欧洲：865.7-867.5美国：902.750-927.250中国频段