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关键词： Autonomous robot   global localization   indoor positioning   Industry 4.0   Internet of Things   iterative unscented Kalman filter   MIMO   multihypothesis Kalman filtering   phase-based localization   radio frequency identification   RFID robot   self-localization   synthetic aperture   UHF RFID  

摘要： This paper presents an indoor localization approach that determines the absolute position of a mobile robot platform with centimeter precision by fusing RFID localization results based on cost-effective, standard passive UHF RFID technology with the robot's odometry data. The mobile robot platform is equipped with a multistatic UHF RFID interrogation system, and several RFID tags are arbitrarily placed within the localization environment, serving as landmarks. The RFID localization concept is based on phase evaluations. To overcome the problem of ambiguous position estimations due to the 2x-phase ambiguity of the RFID signal phase and mitigate the linearization problem of the nonlinear system, a novel algorithm based on an iterative multihypothesis Kalman filter is introduced. A realistic simulation setup is developed to validate the proposed filter algorithm. By tracking a UHF RFID-equipped mobile robot platform in a real-world office environment, the proposed approach is also practically tested in terms of real-time capability, everyday suitability, and multipath resistance. Given that centimeter precision is only achieved in environments with weak multipath propagation, the RFID localization results are fused with odometry data provided by the robot. This effectively compensates for offset and drift in the odometry sensor, achieving a root-mean-square localization error of 2.7 cm.

关键词： PLC   加香加料   RFID   变异系数   串级控制   PID  

摘要： 加香加料系统属于制丝线上重点设备,是关系到卷烟质量的关键工序,能够一定程度上去除卷烟物料自身的刺激性气味,提高烟叶外在品质,改善卷烟吸味。某烟厂加香加料系统均为2007年所购置,受限于当时的加香加料工艺理念和控制水平,主要考核批次累计计量精度,对加香加料施加的均匀性、运维管理、过程信息的采集与追溯等方面关注度不够,成为制约制丝线加香加料工艺水平进一步提升的重要因素。本文拟通过加香加料系统施加过程研究,对某烟厂加香加料系统的现状进行调研,根据需求并说明其改造的必要性;分析影响加香加料过程控制精度和提升加香加料设备受控程度的关键因素,开发一套新式加香加料装置,以解决工厂加料控制系统控制精度不理想、变异系数超限等问题;并建立基于RFID的防错牌系统,增强数据存储、追溯、分析功能,保障过程质量和产品质量的稳定性,降低加料系统的质量风险。首先,根据课题的背景、研究现状、相关理论,对加香系统的总体控制方案进行说明和算法进行改进,应用基于数据驱动PID控制方法针对料头料尾部的流量突变情况加以预测修正,有效解决生产过程中由于料头料尾流量波动造成的PID调节过量导致料液回流影响加香/加料精度的问题;还运用串级控制方法对料罐温度的稳定性进行了研究,提高了料液温度的稳定性,系统加香效果更好。其次,对硬件部分进行了设计选型和模拟实验分析,确保改造效果;对软件部分运用PLC对相关部分进行了编程,实现加香系统现场监控、数据分析。最后,对改造设计后的加香加料系统进行测试与验证。系统的技术指标达到工艺要求,香料配置和使用准确率达到100%,控制水平达到行业先进水平,促进制丝线工艺、技术、管理等能力的全面提升,实现制丝车间精益制造、精益质量、精益管理的目标。

关键词： Synchronization   Acoustics   Receivers   Microphones   Systems architecture   Machine learning   Standards   Indoor ultrasonic positioning   RFID synchronization   RFID tag   edge machine learning  

摘要： Indoor positioning of objects and people is becoming of great importance in the Internet of Things (IoT), in-home automation, and navigation in malls, airports, or very large buildings. Positioning is determined by multiple distance measurements between reference points and sensors. Distance measurement uses the time of flight of an ultrasonic signal traveling from an emitter to receiving sensors. This requires close synchronization between the emitter and the sensors and a sharp time resolution of the time of arrival (TOA) of the ultrasonic signal. Usually, TOA is detected using cross-correlation processing requiring significant computational resources at the sensors level. In this work, the synchronization is done using the RFID standard protocol features. The TOA detection is performed firstly by training off-line a Machine Learning model using as input the peaks indexes of the ultrasonic signal received and the output of a cross-correlation based positioning system, as ground-truth. In a second phase, the positioning is evaluated and tested on-board using the previously trained model on a microcontroller. The system architecture is presented and experimental results on the positioning accuracy are shown accordingly. Results show a mean positioning error below 25 cm in 95% of the positionings in a typical room.

关键词： Semiconductor device measurement   Voltage measurement   Impedance measurement   Impedance   Current measurement   Frequency measurement   RFID tags   Calibration   CMOS integrated circuits   current-voltage characteristics   impedance measurement   radio frequency identification (RFID)   RFID tags  

摘要： This work provides the measurement data of 16 high-frequency (HF) radio frequency identification (RFID) transponder (tag) chips. In particular, the chip input impedance was characterized versus chip input voltage at 13.56 MHz. The measurement is based on the radio frequency current-voltage impedance measurement method and achieves, compared to previous work, higher measurement accuracy of better than 1.5%. Along with the measurement data, the work presents a detailed analysis of six specific proximity and vicinity HF RFID chips, including a tag performance analysis of their magnetic field strength, their resonance frequency, and their quality factor, considering a typical credit-card-sized tag antenna.

关键词： 金属结构健康检测   射频识别   标签天线   结构健康检测软件  

摘要： 在建筑结构的安全保障领域中,结构健康检测技术是对建筑安全状况检测的关键方式。金属材料在建筑领域中被广泛使用,因此对金属结构安全状况的检测变得尤为重要。金属的结构健康问题主要分为结构应变与结构缺陷,其中结构产生应变代表建筑结构整体发生位移,往往是结构承载失效的预兆。结构表面产生缺陷存在导致结构承载失效的可能性。因此对金属结构的健康检测变得尤为重要,本次研究针对射频识别技术在结构健康检测领域中的应用展开分析。首先,本次研究实验中射频识别系统所采用的阅读器为体积更小,操作更便捷的商用阅读器。该阅读器所处的频段为射频超高频段,因此所设计的标签天线的谐振频率应处于射频识别系统的超高频段内。在结构应变检测标签天线的设计中,本文基于微带天线结构设计了具有良好抗金属性能的标签天线,该标签天线谐振频率处于射频识别系统工作频段的中心点,并具有良好的回波损耗性能。在实验验证中,以标签天线反向散射信号相位信息作为传感指标,分析结构应变检测标签天线的检测能力,结果表明结构应变检测标签天线能够检测到金属结构件横向厘米级的应变状况。其次,在结构缺陷检测标签天线的设计中,从标签天线电流流动角度分析,对标签天线底部开槽得到金属结构缺陷检测标签天线。结合仿真结果可知,随着金属结构缺陷的拓展,标签天线回波损耗的谐振频率向低频移动,标签天线具有对金属结构缺陷宽度与深度拓展的检测能力。以标签天线反向散射信号强度大小作为传感指标,分析了谐振频率移动与反向散射信号强度变化之间的关系,随着金属结构表面缺陷的拓展,反向散射信号强度规律性的减小,研究所设计的结构缺陷检测标签天线能够检测金属结构件表面缺陷毫米级的拓展状况。最后,本研究为了解决射频识别技术应用于结构健康检测领域中时所产生的检测步骤繁琐等问题。采用前后端分离的软件开发技术,设计实现了射频识别结构健康检测软件。通过该软件能够完成对射频识别系统中阅读器的控制,检测数据的采集与保存,检测结果的显示。本文以超高频射频识别技术的反向散射信号作为传感指标,设计了能够对金属结构应变与结构缺陷进行检测的标签天线,配合所设计的射频结构健康检测软件,对射频识别技术在结构健康检测领域中的发展具有良好的推动作用。

关键词： RFID技术   采食行为   方舱猪舍   图像识别  

摘要： 我国是世界上最大的猪肉生产和猪肉消费大国。自2018年以来,受非洲猪瘟疫情和新冠肺炎疫情冲击,我国的养殖业受到了沉重的打击,智能化防疫和信息化管理成为了当下我国自动化养猪亟待解决的问题。采取方舱养猪,用全密封式的箱体装备,阻隔病原传播途径,对解决疫病侵袭问题是十分有效的。然而,当前市面上的方舱猪舍猪只缺乏综合管理和对个体的精准饲养,对于生猪病疫的爆发不能及时防范与隔离病猪,这样直接制约了生猪的生长和养殖事业的发展。有鉴于此,本文提出了一种基于多传感器的方舱猪舍猪只采食行为分析系统,旨在为养殖企业和养殖户提供猪只的采食数据,预警猪只的采食异常,推动促进动物福利和动物管理工作,加强对于病疫情况的追踪与防范。系统以RFID技术对猪只进行编号并以此建立猪只的身份档案,又以RFID技术结合图像识别技术与重力传感器对猪只的运动行为进行判别,确定猪只的采食时间与采食频率,最后采用串口通信技术对称重传感器的信息进行获取得到猪只的采食量数据。通过对猪只采食数据的分析判断猪只的健康状况及时对饲养员进行预警。 整个系统包括RFID模块,猪只运动判别算法设计,称重模块,猪只身份信息管理模块等部分。硬件主要由RFID读写器,增益天线,电子标签,称重传感器,温湿度传感器,摄像头,工控机组成,主要实现了对猪只采食数据的收集与处理,串口通信,电子标签识别等功能。系统的上位机主要协调硬件设备完成数据采集、猪只采食监测、猪只采食数据的分析等功能。 研究表明,在方舱猪舍的复杂养殖环境下,采用改进的自适应的高斯混合模型对摄像头获取到的视频帧做背景减法比传统的高斯混合模型更能适应现实场景的变化。因此,本文设计了一套基于改进的自适应的高斯混合模型的猪只运动判别算法,以期结合RFID技术与称重传感器的数据支撑获取到猪只的采食时间与采食数据。 系统不仅可以实时检测猪只的采食信息,还通过建立猪只身份以及采食数据的数据库,为用户提供了查询猪只历史进食数据的资料,为猪只采食数据的深入挖掘提供材料。 最后通过连续对系统的测试,系统运行稳定,采集数据与上位机界面均现实正常,说明系统能够适应实际生产环境的运行要求。

关键词： 无芯片射频识别   谐振器   极化转换特性   雷达散射截面   金属裂纹传感器  

摘要： 射频识别技术(RFID,Radio Frequency Identification)具有非接触、非视距传输的优点,采用这种技术的无芯片RFID传感器更兼具低成本、长寿命和在恶劣环境中使用等优点,可以广泛应用于众多场景中。无芯片RFID传感器应用到结构安全检测具有明显优势,正成为当前研究的热点。本文从传感器的结构设计、传感原理和监测性能三方面入手,研究分析了金属表面裂纹无芯片RFID传感器的设计方法和传感性能。论文主要工作和成果如下: 1)为实现对金属表面裂纹的位置与方向的检测判断,提出了一种基于频域的无芯片RFID传感器。通过在传感器覆盖面内划分出不同检测区域,合理设置金属条带数目和位置,实现裂纹位置的检测。此外将金属条带分别水平和垂直放置,即可对水平和垂直极化平面波产生各自散射,能够实现裂纹方向(水平或垂直)的检测。为此,在8-11.5GHz的工作频带内分别设计了4个水平和4个垂直的金属条带谐振器。通过搭建传感器模型并仿真,对两种极化方式激励产生的8个谐振频率进行判别,实现了对金属表面裂纹位置和方向的识别。最后实际制作了传感器实物并进行了实测,所设计传感器能够将裂纹位置定位在宽度为4mm的区域内,宽度,深度为1mm的裂纹在检测区域内最高可以达到310MHz的谐振频率偏移,验证了所设计传感器的可行性和实用性。 2)为扩大传感器监测金属表面裂纹区域,提高传感器对裂纹位置监测精度,提出了一种通过传输线耦合互补开口矩形谐振环CSRRR(Complementary Split Rectangular Resonant Ring)的传感器。在被检测金属表面产生的裂纹时,谐振器的谐振频率会发生变化,利用RFID技术分析频率变化即可检测出金属裂纹的产生。通过合理摆放3个不同尺寸CSRRR单元的相互位置,设计的传感器工作频带约为4-5GHz。当裂纹出现在不同位置时会导致3个CSRRR的谐振频率发生不同变化。通过搭建传感器仿真模型,分析并优化传感器结构。仿真与实测结果表明,当金属表面产生宽度,深度为1mm的裂纹时,传感器对该裂纹在监测区域内每1mm位置变化都可以进行有效识别,能够实现对裂纹位置的精准识别。 3)为实现对金属表面裂纹深度与宽度的检测识别,本文进一步利用CSRRR单元,提出了一种具有极化转换特性的无芯片RFID传感器。首先分析并研究了金属表面裂纹处于CSRRR单元下不同位置时,对传感单元谐振频率的影响。当裂纹位于CSRRR中心下方时,裂纹深度与宽度的变化对传感单元的谐振频率影响效果相同。当裂纹位于CSRRR内环枝节下方时,裂纹深度与宽度的变化对传感单元的谐振频率影响效果不同。通过分析并拟合裂纹在不同位置处裂纹尺寸与谐振频率的变化曲线,并合理设置传输线两侧CSRRR的相互位置,实现了对毫米级金属表面裂纹深度和宽度的检测。最后将两个CSRRR单元耦合在具有极化转换功能的超宽带RFID天线的传输线上进行检测。结果表明,所设计传感器实现了对毫米级金属表面裂纹宽度与深度的检测,通过计算得到的裂纹尺寸与实际相比,误差不超过30%,验证了所设计传感器的可行性。

关键词： Indexes   Supply chains   RFID tags   Correlation   Mobile computing   Acceleration   Wireless communication   RFID   shift hashing   ID encoding   correlation-based identification  

摘要： Tag identification is a critical operation in large-scale RFID applications. Typically, in the RFID-enabled warehouse, the reader needs to execute tag identifications to obtain the inventory information of numerous tagged items. The existing schemes usually divide the time frame into multiple slots and map each tag to one of them for replying its identity. This imposes serious tag collisions because two or more tags may be mapped to the same slot and their responses corrupt with each other. When tag collision happens, all the collided tags cannot be identified by the reader, which significantly increases the identification delay. To overcome the collision problem in the identification process, this paper proposes a Group Tag Identification (GTI) framework to identify grouped tags in both singleton and collision slots. The key novelty of GTI is in leveraging tag-correlation to identify grouped tags in the collision slots without any extra transmission overhead. The main challenge of this work is to overcome the communication and architectural limitations of RFID systems in the context of building ID and slot-correlation between tags. Extensive simulations show that GTI significantly reduces the identification delay by up to 40 percent when compared with the state-of-the-art dynamical frame slotted aloha schemes.

关键词： 无线射频识别   丢失标签检测   丢失标签数量估计   随机噪声信道模型  

摘要： 无线射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)技术是物联网(IOT,Internet of Things)技术中的关键一环,在物流运输,仓储管理等领域已得到充分的应用。RFID技术通过RFID标签唯一标识系统中的物品,并通过阅读器对物品状态进行管理。当系统中的物品由于管理失误或偷盗行为而丢失,系统的正常运行会受到影响,物品所有者也会受到经济损失。RFID系统通过识别丢失标签事件提供解决方案。因此,有必要针对实际生产生活中的应用场景研究RFID系统中的丢失标签检测和数量估计方法。论文的主要工作与创新点如下:1.针对存在多种物品分类的RFID系统,论文研究了面向系统中的所有物品类别检测是否发生丢失标签事件的协议。通过设置类别标识符来区分标签的类别。为压缩标签发送的类别标识符中的冗余位,论文提出“主、从类别”的概念,将系统中标签的类别依据对应的类别集合的大小划分为主要检测类别和次要检测类别,即主类和从类。在帧时隙Aloha协议的框架下,标签发送响应的时间帧被划分为两个部分,主类标签可选择在时间帧中的任意时隙发送响应,从类标签只在时间帧的第一部分发送响应。该协议还提出了根据系统运行过程中活跃类别的数量来动态压缩调整标签类别标识符长度的方法,压缩了类别标识符的冗余位。仿真结果表明,论文提出的协议在满足系统要求检测精度的同时,较其它协议有着更少的时间开销。2.论文研究了随机噪声信道模型下的丢失标签检测问题。信道噪声会导致传统的丢失标签检测协议的结果中出现“误报”事件,即将正常的标签检测为丢失标签,降低协议结果的可信度。论文提出的协议首先筛选出系统中候选的丢失标签,然后执行一定轮数的标签状态确认过程,由择多译码的原则最终确定标签的状态。为减少协议执行时间和简化标签确认的过程,检测过程只选用仅由单个标签选择响应的单时隙。仿真结果表明,和传统方案相比,论文提出的对信道噪声干扰的纠正措施可以有效降低协议报告结果中“误报”事件的比率。3.论文研究了随机噪声信道模型下的丢失标签数量估计问题。标签在时间帧中映射的时隙的分布状况可以反映标签集合大小的统计特性。通过检测特定时隙的状态就可以建立概率模型对系统中的标签数量进行估计。通过综合随机噪声信道模型下的比特传输错误率,以及在接收标签响应的时间帧中第一个预期非空时隙但实际解码判定为没有标签响应的空时隙在响应帧中的位置,论文设计了丢失标签数量估计器。论文通过理论分析,给出了在无噪声信道模型和随机噪声信道模型下的丢失标签数量估计公式,并对相关参数的优化进行讨论。仿真结果表明,相较于其它协议,论文提出的协议在随机信道噪声的干扰下保证了可靠的估计精度。

摘要： RFID最早可追溯于第二次世界大战期间出现的雷达技术，英国、美国和德国军队通过使用它来识别飞机是朋友还是敌人。但这种不算先进的技术却正在帮助当今的零售公司制定全渠道供应链战略。商用RFID标签的第一个专利于1973年获得。从那时起，该技术就开始用于制造、物流和交付网络，其中在定位和监控相关产品中的位置至关重要，以及包括消费品、汽车、电子、农业和零售在内的广泛领域。