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关键词： Additive manufacturing   antennas   backscattering   energy harvesting   E-textiles   flexible semiconductors   harmonic transponders   microwave power transmission   MTT 70th Anniversary Special Issue   rectennas   printed electronics   RFID   RF sensing   sustainable electronics   wearable electronics  

摘要： This paper presents a holistic and authoritative review of the role of microwave technologies in enabling a new generation of wearable devices. A human-centric Internet of Things (IoT) covering remote healthcare, distributed sensing, and consumer electronics, calls for high-performance wearable devices integrated into clothing, which require interdisciplinary research efforts to emerge. Microwaves, the "interconnect" of wireless networks, can enable, rather than solely connect, the next generation of autonomous, sustainable, and wearable-friendly electronics. First, enabling technologies including wireless power transmission and RF energy harvesting, backscattering and passive communication, RFID, and electromagnetic sensing are reviewed. We then discuss the key integration platforms, covering smart fabrics and electronic textiles, additive manufacturing, printed electronics, natively-flexible and organic RF semiconductors, and fully-integrated CMOS systems, where opportunities for hybrid integration are highlighted. The emerging research trends, from mmWave 6G, RF sensing and imaging, to healthcare applications including neural implants, drug delivery, and safety upon exposure to microwaves are re-visited and discussed, presenting a future roadmap for interdisciplinary research towards sustainable and reliable next-generation wearables.

关键词： Backscatter communication   chipless RFID   doppler   motion-modulated chipless RFID   MTT 70th Anniversary Special Issue  

摘要： This paper addresses the new type of backscatter communication based on motion-modulated chipless Radio Frequency IDentification (RFID) tags. To clearly explain the concept, the different methods of backscatter communication are classified from a system point of view based on the two fundamental properties of linearity and variation in time. The principle of classical chipless RFID technology, as a non-modulated backscatter method, and the motion-modulated chipless RFID are described with general mathematical demonstrations, while the performance of the two approaches is compared in terms of read range. Motion-modulated chipless RFID is presented as an effective backscatter communication method for identification and sensing of moving objects at large distances. Three different types of motion-induced modulation as phase (Doppler) modulation, polarization modulation, and directional modulation are addressed based on three specially designed moving resonant scatterers. The modulation process in each case is theoretically described, and the performance of the motion-modulated tag is experimentally verified in terms of identification capability and large read range.

关键词： Ships  

摘要： T&W Operations provides smart radio fre- quency identification (RFID) inventory products and looked automate all manual and forklift-dependent processes for ship- ping/receiving and warehousing. Building upon earlier versions, the company used autonomous mobile robots (AMRS) to replace all manual pro- cesses. Both applications- the shipping/receiving RFID system and the manufacturing RFID system are autonomous.

关键词： radiofrequency identification   traffic engineering computing   prediction performance   long time lags   recurrent neural nets   traffic control   Time series   urban road section   time series   Neural nets   improved wavelet neural network   prediction methods   urban traffic control   long short-term memory neural network   Traffic engineering computing   RFID-ELP data   intelligent transportation systems   road traffic   prediction value   term traffic flow prediction approach incorporating vehicle functions   short-term traffic flow prediction method   RFID systems   improved WNN   wavelet transforms   radio frequency Identification electronic license plate data  

摘要： Short-term traffic flow prediction is particularly important for urban traffic control and congestion management. To improve the accuracy of traffic flow prediction, a new traffic flow prediction approach is proposed from the perspective of vehicle functions by using Radio Frequency Identification (RFID) electronic license plate (ELP) data. First, the improved Wavelet Neural Network (WNN) is introduced by adding three momentum terms to avoid local minimum and overfitting. The Long Short-Term Memory Neural Network (LSTM) is constructed to train the time series with long time lags. Second, a novel short-term traffic flow prediction method is developed by combining the improved WNN and LSTM in an urban road section. The proposed method performs a weighted combination to obtain a new prediction value according to whether the difference between the prediction values of the two methods satisfy the defined threshold, and then selects the one with the smallest error among the three prediction values as the final prediction result. Third, the experiments explore the prediction performance of the weekdays and weekends with 5 min-interval, 15 min-interval and 30 min-interval via using RFID-ELP data from Chongqing, China. Compared with existing prediction methods, the proposed approach can promote prediction performance and meet real-time requirements.

ISBN: (纸本)9787111718758

关键词： 射频识别技术   室内定位   路径规划   时间窗   冷库管理  

摘要： 随着物联网和通信技术的发展,传统行业也越来越重视信息化水平提升。冷库在现代仓储、物流和生产场景中扮演重要角色。冷库的货物存放量大,庞大的货物存放量和吞吐量导致冷库往往存在盘货困难,周转效率低下等问题。为了帮助企业提高仓储管理水平和周转效率,本文设计了基于射频识别技术(RFID)的冷库货物定位和出入库路径规划系统,主要实现货物位置信息查询功能以及生成基于货物存放位置的出入库路径规划方案。 为了实现上述两个目标功能,本文研究了室内定位和路径规划的相关算法。在Lobain单目标室内定位算法的基础上,使用约束总体最小二乘法(CTLS)代替最小二乘法(LS)进行参数估计,以消除系统误差,提高定位精度。冷库为典型的多待定位目标环境,存在信号反射后强度降低导致出现“假阳性”估计点、信号可加性导致“假阴性”估计点等问题。本文使用目标间干扰消除方法解决上述问题。本文路径规划策略选择在曼哈顿距离下拐角尽可能少的路线为最优路线。同时本文给出了一种单向通道代替双向通道的路径设计方案以提高仓储空间利用率,并针对单向通道特点给出了相应的基于时间窗的防碰撞算法。算法实现需要结合应用场景和软硬件设计来实现,因此根据功能划分进行定位和规划设计。货物定位设计部分,对冷库和RFID硬件的布局进行设计。完善了位置检测的时间节点方案。并将三维定位坐标转换到货架-层高形式,方便管理员更加直观的获取信息。路径规划设计部分包括时间窗更新设计、出/入库任务调度设计和移动终端显示方案设计三个部分。完成整体的设计部分后分别就硬件按选型、基础调试和终端软件开发进行相关工作。 在完成算法和软硬件设计后进行系统总体验证,分为定位验证和路径规划验证两部分。在定位验证中分别进行了二维和三维定位测试,并结合本文设计的布局方案,讨论了定位精度在应用场景下的适用性。在路径规划验证部分中,给出了三个同时段的出入库任务,根据时间窗分别进行了不同任务间的冲突判定、冲突处理。当三个任务间均不存在冲突后,在为管理者搭建的终端上对最终方案进行展示。

关键词： 射频识别   电子标签芯片   FSK调制   数模混合IC设计   芯片测试  

摘要： 低频射频识别（Radio Frequency Identification,简称RFID）标签技术是一种用于无线识别和物品跟踪的技术,工作频段为125k Hz,常用于宠物标识、物流管理、门禁等场景。随着大数据、物联网的发展,低频RFID标签的市场规模逐年增大,对标签的读写距离、制造成本和功能提出了新的要求。为此,本文采用理论分析法和实验研究法相结合的方法,设计并实现了一种基于频移键控（Frequency Shift Keying,简称FSK）调制的低频RFID标签芯片,芯片主要分为模拟前端电路、数字控制电路、电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable read only memory,简称EEPROM）。针对芯片模拟前端电路和数字控制电路进行了改进,以适应更复杂的应用场景,具体优化和实现的方面如下:（1）为了提高标签的抗干扰性和读写距离,标签芯片采用接收幅移键控（Amplitude Shift Keying,简称ASK）信号、发送FSK调制信号的数据通信方法。同时,设计了一种通过写入数据调整FSK频率的方法,以适应不同环境下的频率变化,实现标签FSK频率的精准可控。（2）设计了可在6ms内将整流电压稳定在6.5V的整流电路,加入过压保护电路,发送数据期间自动切断静态电流回路,解决了整流电路额外损耗能量的问题,保证了芯片工作电压的稳定性。利用单管放大器代替串联稳压电路中的运算放大器,在不影响电路功能的前提下实现了电源管理模块的整体电路规模的优化,降低芯片流片成本。（3）数字控制电路部分使用目前流行的Verilog系统建模—门级电路综合验证—自动布局布线物理实现的设计流程。为了保证标签数据的安全性和完整性,在通信协议的设计中实现了数据块锁定功能,可有效防止标签芯片的数据被篡改;设计了循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check,简称CRC）模块,降低数据传输的误码率。本文在0.35μm EEPROM工艺下完成了标签芯片整体版图设计,版图面积为1.26mm2。对流片后的标签芯片进行了实际测试。实验结果表明,该标签可实现数据的读、写、锁定功能;芯片成品率为91.0%,具有较高的读写成功率和稳定性。最长读写距离15cm。能够满足一些复杂应用场景的需求,具有实际应用价值。

关键词： 体质健康测试   B/S架构   嵌入式系统   RFID   人脸识别  

摘要： 青少年的体质健康状况关系着国家未来生产力、创造力以及竞争力的发展。在我国,青少年体质健康数据通常来源于各学校组织的体质测试活动。然而传统体测模式具有以下缺陷:首先,传统体测依赖于人工,效率较低且精确度较差。其次,传统体测缺乏对学生身体异常情况的监测与警报手段。此外,传统体测中数据存档的差异性大,因此难以将大量的体测结果汇总并分析。目前,用以解决上述问题的技术手段通常只能实现单一功能,无法搭建完整的包括体质测试、危险预警和数据管理的信息化流程。针对上述弊端,本文研究并设计了一种学生体质健康监测管理平台。平台集成了数据信息管理、体测管理、体测风险预警等功能,实现了体测全流程的信息化。本平台可分为以下两大模块:1.体测管理软件系统:设计了一套体测管理软件系统,实现了平台的信息管理、数据存储等功能。该系统可通过多种常见设备访问,并支持体测基本信息的查询与管理、体测结果数据的分析与导出等操作。2.体测硬件系统:设计了一套体测硬件系统,实现了平台的体测运行管理与体测风险预警等功能。该硬件系统主要包括主设备和学生手环。主设备提供体测运行管理、数据传输等功能,学生手环提供学生身份绑定、体测数据传输及运动风险监测功能。在平台的研究过程中,本文还做了以下工作:1.嵌入式设备环境中人脸识别的研究、实验与应用:为实现平台的人脸检测与识别功能,提升体测的效率与准确性,本文在硬件系统中对几种可能适用于嵌入式硬件的人脸检测与识别算法进行了实验,最终确定了系统使用的人脸检测与识别算法,并编写了相关程序。2.一种体测项目测试设备设计标准的建立:为了使本平台具有较好的可扩展性,本文提出了一种体测项目测试设备的设计标准。符合本标准的体测项目测试设备可作为本平台的扩展设备进行具体项目的测试工作,并通过射频识别技术(RFID)将体测结果数据传输至本平台。本文完成了整个学生体质健康监测管理平台的设计与构建。经测试,本平台各功能均可正常运行,实现了设计之初的目标。本平台具有使用高效性和数据一致性,对推动体测技术的发展和保障青少年身体健康具有现实意义。

关键词： RFID   Hadoop   大数据分析   电能计量装置管理   电力企业  

摘要： 电能计量装置管理系统(Electric energy metering device management system)是针对电力企业特种资产进行管理的具有便捷、多维度、易维护特性的程序。现有被广泛使用的类似管理系统代表性方案为传统的基于纸质文字资产标签的资产管理系统,采用条形码或二维码的改进型资产标签的管理系统。以上方案在当前时代背景下用于管理这种信息变化频繁的资产时都在自动化及智能化方面存在深刻的不足,其都无法感知计量装置的状态,因此无法及时应对计量装置的异常信息并及时进行更新。同时很大程度上依赖人工操作导致系统中存储的信息不一定符合真实情况,盘点时也完全依靠人工实地盘查。以及为解决适应现代化管理对数据的加工、梳理、应用的需求,系统也需要在大数据分析上面有一定侧重,并能通过数据运用于实际来解决问题。 为解决供电企业以及其基层单位面临的以上问题,需要在两各方面进行改进,首先是需要一个能够适应电能计量装置精细化管理需求的高效可靠的资产信息输入设备;其次是需要设计一套适应大数据处理平台的系统。通过部署新的电能计量装置管理系统,减少资产在分配、利用、转移过程中人工输入的部分。本文的创新点如下: (1).针对目前电能计量装置管理系统在大数据处理时出现的效率低,并且对于服务器性能利用率不佳,以及对于重复性问题处理速度低的现状。本文提出使用以MR(Map Reduce)技术为代表的并行计算技术应用到该系统里面。在系统处理并行计算数据的时候,利用Map阶段拆分数据以及流程步骤,在Reduce阶段统计、处理预定需要的数据,经过合理地程序设计可以大幅提升数据处理速度。实际部署运行后表明,本文使用的并行计算技术在通过开发人员合理的编程运用到系统以后,不仅在数据处理速度有所提升,而且大幅度降低服务器利用效率,运行稳定性也有所提升。 (2).系统数据通过人工输入时,无论是输入速度还是输入准确度对于现代资产管理系统来说都已经无法接受。但是现行的条形码扫描输入技术虽然可以保证数据数据准确性,但是其较慢的输入速度以及容易受到条形码污染的特性也使其变得不可接受。本文面对这种情况提出利用一种无线数据读取技术(Wireless Data Reading Technology)来代替现有条形码扫描技术,可以在设置允许的情况下批量读取数据。同时通过在限定的条件下与现有读取技术进行对比。实际部署运行结果表明,无线输入技术在保证数据可靠性的前提下可以大幅提升数据读取速度,同时其无线读取的特性也减少资产因为数据录入而产生的人力搬运时间。

关键词： RFID   RSSI   感知频次   距离辨识   状态检测  

摘要： 窗户的开度状态不仅影响建筑物的用能过程,也同样影响着建筑物的安全管理,因此窗户开度状态是建筑物运维时需要及时检测到的事件。在配置了RFID(Radio Frequency Identification)系统的建筑空间单元内,在RFID读写器固定安装的情况下,人员开关窗户的瞬间以及窗户的开度状态均会影响RFID读写器对信号的接收,因此可从RFID读写器感知到RFID标签响应信号的变化及时判断窗户的开度状态。面向由人员动作导致窗户状态变化的场景,可利用RFID读写器感知RFID标签时所获得的RSSI(Received Signal Strength Indication),以及单位时间内标签被感知到的次数即感知频次(Perceived Frequency)来实现对窗户开度状态变化的检测,从而完成人员开关窗的检测。针对人为操作导致窗户开度状态变化的情景,本文研究了基于RSSI和感知频次的人员开关窗状态检测方法,并实现了一套基于所提方法的人员开关窗状态检测系统。首先,为了确定RFID读写器的最佳安装范围,引入RFID读写器采集标签信息时的感知频次,利用朴素贝叶斯分类算法,构建基于RSSI和感知频次的距离判别模型,实现RFID读写器与标签之间距离的判别。结果表明,相较于仅采用RSSI一个变量进行距离辨识,使用RSSI和感知频次距离辨识模型辨识距离的精确率更高,且考虑到不同RFID读写器的感知范围不同,可将RFID感知区域分为感知稳定、感知激变、感知远端三个区域。其次,在RFID读写器感知稳定区域内,为达到通过RSSI和感知频次实现人员开关窗状态检测的目的,本文通过判断窗户开度状态的变化来确定是否有人员开窗或关窗,并依此构建基于RSSI和感知频次的人员开关窗状态检测模型。首先使用CART决策树算法对窗户的开度状态进行分类判别,再通过对窗户开度状态的前后变化检测是否有人员对窗户开度进行调控。结果表明,设计的方法能达到检测人员是否开关窗的目的,且相较于仅用RSSI进行检测判断,使用RSSI和感知频次联合的方式在人员开关窗状态检测上具有更高的准确性。最后,基于上述模型设计并实现一套基于RSSI和感知频次的人员开关窗状态检测系统。系统主要包括信号采集装置与本地信息处理节点,其中,信号采集装置用于采集RFID标签的相关数据,本地信息处理节点负责利用文中介绍的算法进行数据分析与处理,并将人员开关窗的信息上传至本地数据库,通过Web平台展示检测结果。结果表明,该系统可以实现对建筑物内人员改变窗户开度行为的检测。综上所述,本文依托于由人员动作导致窗户开度变化这一场景,研究基于RSSI和感知频次的人员开关窗状态检测方法。通过对RSSI和感知频次的联合分析,确定RFID读写器的有效感知范围,在此基础上对窗户的开度状态作出判别,最后根据窗户的开度变化确定人员对窗户开度的调控行为。该方法不仅可以为空间内的安全管理需求提供决策支持,还可以为空间内的行为节能提供决策依据。图[42]表[19]参[51]