基于虛擬儀器的動物標(biāo)簽測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子無線通信領(lǐng)域，具體涉及一種通過PXIe虛擬儀器平臺搭建的動 物標(biāo)簽測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 1.動物標(biāo)簽技術(shù)
[0003] 近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，射頻識別（RFID, Radio Frequency Identification)作 為一種實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確采集與處理信息的高新技術(shù)，通過對包括零售商品、物流單元、生產(chǎn) 零部件等實(shí)體對象的唯一有效標(biāo)識，正被廣泛應(yīng)用于物流管理，高速公路收費(fèi)管理，生產(chǎn)自 動化等眾多領(lǐng)域。
[0004] 動物標(biāo)簽是指對動物個體或群體進(jìn)行標(biāo)志，就是利用特定的標(biāo)簽，以RFID技術(shù)手 段與需要識別的動物相對應(yīng)，這樣就可以隨時(shí)對動物的相關(guān)屬性進(jìn)行跟蹤與管理。對動物 進(jìn)行跟蹤和識別的主要用途在于：（1)對外來動物疾病進(jìn)行控制，監(jiān)督與預(yù)防；（2)加強(qiáng)官 方對動物的接種與疾病預(yù)防管理；(3)動物產(chǎn)品效能管理和顧客關(guān)心的食品安全性問題的 需要。（4)國際貿(mào)易的安全性和風(fēng)險(xiǎn)管理的需要。
[0005] 動物標(biāo)簽屬于低頻電子標(biāo)簽，低頻電子標(biāo)簽工作頻率范圍是30kHz~300kHz，其 中動物標(biāo)簽工作頻率為134. 2kHz。動物標(biāo)簽工作原理是通過電感耦合方式從讀寫器耦合線 圈的輻射場中獲得能量，讀寫距離小于1米。動物標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)是省電廉價(jià)，可穿透性強(qiáng)，非 常適用于距離近、速度低和數(shù)據(jù)量要求少的識別應(yīng)用。
[0006] 2.虛擬儀器技術(shù)
[0007] 所謂虛擬儀器（VI，Virtual Instrument)，是以通用計(jì)算機(jī)為核心，根據(jù)用戶對儀 器的設(shè)計(jì)定義，用軟件實(shí)現(xiàn)虛擬控制面板設(shè)計(jì)和測試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。在虛擬 儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入和輸出，軟件才是整個儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，使用 者可以通過修改軟件很便捷地改變儀器系統(tǒng)的功能和規(guī)模，所以說"軟件就是儀器"。
[0008] 在虛擬儀器技術(shù)中，使用范圍最廣的編程語言是由NI公司開發(fā)的 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)圖形化編程語言。 LabVIEW共有三個圖形化編程面板：第一個是前面板，即用戶接口。用于向程序中輸入各 種控制參數(shù)，并以圖形或數(shù)字等各種形式輸出測試結(jié)果，相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器的面板。利用 LabVIEW強(qiáng)大的界面功能，前面板可以做的和傳統(tǒng)儀器面板非常相似，并且還可以給工程師 提供創(chuàng)新的空間，按照工程師自己的想法和思路重新設(shè)計(jì)出新的富有個性的界面。第二個 是程序框圖，即源代碼面板。程序框圖利用圖形化編程，無需敲寫繁雜的文本代碼，只需用 連接線把需要的圖標(biāo)連接即可。相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器中用來實(shí)現(xiàn)儀器功能的零部件和接線。第 三個是函數(shù)面板，即含有大量函數(shù)模塊的面板。用戶可以即選即用，通過該模塊集，用戶可 以大大簡化工作量，提高工作效率。
[0009] 傳統(tǒng)的測試儀器系統(tǒng)的硬件平臺搭建方式較為復(fù)雜，需要自行開發(fā)或者購買相應(yīng) 的功能模塊再進(jìn)行調(diào)試和開發(fā)，開發(fā)周期長，實(shí)驗(yàn)過程復(fù)雜，并且不靈活。因此如何充分利 用虛擬儀器技術(shù)，快速構(gòu)建一種實(shí)時(shí)性高且功能易擴(kuò)展的動物標(biāo)簽測試系統(tǒng)是本發(fā)明需要 研宄的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為解決現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明目的在于提出了一種基于虛擬儀器技術(shù)的動物標(biāo)簽 測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)建周期短、運(yùn)算速度快、實(shí)時(shí)性高，并且提高系統(tǒng)的靈活性和可移植 性。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0012] -種基于虛擬儀器的動物標(biāo)簽測試系統(tǒng)，系統(tǒng)中的物理層發(fā)射機(jī)和接收機(jī)為基于 PXIe模塊化儀器利用LabVIEW FPGA實(shí)現(xiàn)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，系統(tǒng)包括PXIe主控器、PXIe 中頻信號收發(fā)器、PXIe總線背板、平板天線和動物標(biāo)簽；主控器通過PXIe總線背板與中頻 信號收發(fā)器連接，用于通過背板總線把用戶配置信息傳送給中頻信號收發(fā)器，以及接收并 顯示中頻信號收發(fā)器反饋的顯示內(nèi)容信息；所述用戶配置信息包括硬件設(shè)備類型、動物標(biāo) 簽中心載頻頻率、功率增益、測試命令類型和發(fā)送數(shù)據(jù)協(xié)議相關(guān)參數(shù)配置；所述顯示內(nèi)容信 息包括發(fā)射機(jī)的發(fā)送信號波形圖和接收到的動物標(biāo)簽返回的整體信號波形圖；中頻信號收 發(fā)器與平板天線連接，用于對用戶配置信息進(jìn)行基帶信號的編碼和調(diào)制并通過平板天線把 信號發(fā)送給動物標(biāo)簽，以及通過平板天線接收動物標(biāo)簽的響應(yīng)信號并進(jìn)行解調(diào)和解碼得到 顯示內(nèi)容信息。
[0013] 進(jìn)一步地，主控器和中頻信號收發(fā)器之間通過FIFO和全局變量實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與 共享。
[0014] 進(jìn)一步地，中頻信號收發(fā)器中設(shè)有發(fā)射機(jī)模塊，發(fā)射機(jī)模塊包括通信起始模塊、組 幀模塊、CRC校驗(yàn)?zāi)K、編碼模塊和調(diào)制模塊；通信起始模塊，用于識別標(biāo)簽并將標(biāo)簽激活 為高級標(biāo)簽；組幀模塊，用于將發(fā)送命令進(jìn)行組幀，轉(zhuǎn)化為比特流；CRC校驗(yàn)?zāi)K，用于對比 特流進(jìn)行CRC校驗(yàn)計(jì)算，并將CRC校驗(yàn)碼附加在比特流之后；編碼模塊模塊，用于對比特流 進(jìn)行PIE編碼，得到基帶信號；調(diào)制模塊，用于將基帶信號調(diào)制為射頻信號。
[0015] 進(jìn)一步地，中頻信號收發(fā)器中還設(shè)有接收機(jī)模塊，接收機(jī)模塊包括低通濾波模塊、 自適應(yīng)閾值同步模塊、解調(diào)模塊、解碼模塊和協(xié)議解析模塊；低通濾波模塊，用于對經(jīng)過AD 轉(zhuǎn)換后的標(biāo)簽響應(yīng)信號進(jìn)行濾波，去除高頻部分；自適應(yīng)閾值同步模塊，用于對低通濾波后 的信號進(jìn)行同步，得到標(biāo)簽響應(yīng)信號的同步頭；解調(diào)模塊，用于對同步后提取到的有用的標(biāo) 簽響應(yīng)信號進(jìn)行解調(diào)，得到比特流；解碼模塊，用于將對比特流進(jìn)行解碼，恢復(fù)編碼前的數(shù) 據(jù)；協(xié)議解析模塊，用于從解碼后的數(shù)據(jù)中解析出相應(yīng)的數(shù)據(jù)字段，并進(jìn)行CRC校驗(yàn)和協(xié)議 一致性測試。
[0016] 進(jìn)一步地，所述編碼模塊采用的編碼方法包括如下步驟：
[0017] (11)初始化，編碼后比特流為0,編碼比特?cái)?shù)為0,編碼后長度為0 ;
[0018] (12)向編碼后比特流中加入幀頭SOF，SOF為01101111 ;
[0019] (13)判斷編碼比特?cái)?shù)有沒有超過命令長度，如果超過命令長度，向編碼后比特流 中加入幀尾EOF，EOF為01111111，編碼完畢，結(jié)束；
[0020] (14)如果沒有超過命令長度，判斷碼元是0還是1 ;
[0021] (15)如果碼元是1，編碼為0111，同時(shí)編碼后長度加4 ;如果碼元是0,編碼為011， 同時(shí)編碼后長度加3 ;
[0022] (16)編碼比特?cái)?shù)加1，重新執(zhí)行步驟（13)~步驟（16)，直至編碼完畢。
[0023] 進(jìn)一步地，所述解碼模塊采用的解碼方法包括如下步驟：
[0024] (21)初始化計(jì)數(shù)器為0,設(shè)置32位寄存器存放需要解碼的比特；
[0025] (22)當(dāng)計(jì)數(shù)器小于32時(shí)，將比特按順序放入寄存器中，計(jì)數(shù)器遞增，當(dāng)計(jì)數(shù)器為 32時(shí)，進(jìn)入步驟（23);
[0026] (23)當(dāng)寄存器中數(shù)值在ffffOOOO~ffffOOff之間或者在OOOOffff~OOffffff 之間，得到解碼碼元為〇,記解碼正確；
[0027] (24)當(dāng)寄存器中數(shù)值在00000000~OOOOOOff之間或者等于ffffffff，得到解碼 碼元為1，記解碼正確；
[0028] (25)當(dāng)寄存器中數(shù)值不在上述數(shù)值之間，記解碼錯誤；
[0029] (26)每32個比特解碼結(jié)束過后，計(jì)數(shù)器重新初始化為0,重新執(zhí)行步驟（22)~步 驟（26)，進(jìn)行下次解碼。
[0030] 進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)閾值同步模塊采用的方法包括如下步驟：
[0031] (31)初始化判斷最大值等于CW波均值，判斷極大值等于CW波均值，連續(xù)上升點(diǎn)數(shù) 等于〇 ;