不同距离、偏移和旋转角度对RFID读取率的影响

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Hans Journal of Agricultural Sciences 农业科学, 2017, 7(1), 1-10
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Published Online February 2017 in Hans. www.hanspub/journal/hjas  doi/10.12677/hjas.2017.71001
original什么意思
文章引用: 王亓剑, 雷龙海, 赵馀, 王卫华, 杨启良. 不同距离、偏移和旋转角度对RFID 读取率的影响[J]. 农业科学,
Effect of Different Distance, Offt and  Rotation Angle on Read Rate of RFID
Qijian Wang 1,2, Longhai Lei 3, Yu Zhao 4, Weihua Wang 2, Qiliang Yang 2*
1Lushan College of Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou Guangxi
2
Faculty of Modern Agricultural Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming Yunnan 3
The Office of Water and Soil Conrvation of Bijie City, Bijie Guizhou 4
Hunan Water Resources and Hydropower Rearch Institute, Changsha Hunan
Received: Jan. 20th , 2017; accepted: Feb. 3rd , 2017; published: Feb. 10th
, 2017
Abstract
To study the effects of different distances, offt and rotation angle on the RFID read rates, the paper t the tag reading distance (M) 5 treatments (1 m, 2 m, 3 m, 4 m, 5 m), the offt angle (A) 5 treat-ments (0˚, 15˚, 30˚, 45˚, 60˚) and the rotation angle (R) 4 treatments (0˚, 90˚, 180˚, 270˚). No-load plants and different potted plants were studied. The result show the  effective tag reading range and the offt angle in the no-load condition: when the distance is 1 m, the valid range of the offt a
ngle is 0˚ - 60˚ and the reading rate is more than 98.0%; when the distance is 2 to 5 m, the valid range of the offt angle is 0˚ - 45˚ and the reading rate is more than 97.4%. When the potted plants are poin-ttias and Jatropha, the effective range of tag read distance, the offt angle and the rotation angle is: The farthest distance is 5 m; when the distance is 1 m, the offt angle range is 0˚ - 60˚; when the dis-tance is 2 m - 3 m, the offt angle range is 0˚ - 45˚; when the distance is 4 m, the offt angle range is 0˚ - 15˚; when the distance is 5 m, the offt angle range is 0˚; when the distance is 0 - 3 m, the effec-tive range of its rotational angle is 0˚ - 270˚. In this reading range, RFID read rate reaches more than 93.06%. When the distance is 4 m and the offt angle is 0˚ - 15˚, the valid range of its rotation angle is 0˚ - 90˚ and RFID reading rate reaches 82.7%. When measurement condition is same, Jatropha reading rate is higher than pointtia.
Keywords
RFID, Read Rate, Distance, Offt Angle, Rotation Angle
惊喜英文怎么写surpri不同距离、偏移和旋转角度 对RFID 读取率的影响
王亓剑1,2,雷龙海3,赵馀4,王卫华2,杨启良2*
*
通讯作者。
王亓剑等
1广西科技大学鹿山学院,广西柳州
2昆明理工大学现代农业工程学院,云南昆明
3毕节市水土保持办公室,贵州毕节
4湖南省水利水电科学研究院,湖南长沙
收稿日期:2017年1月20日;录用日期:2017年2月3日;发布日期:2017年2月10日
摘要
为研究不同距离、偏移和旋转角度对RFID读取率的影响,本文设定标签读取距离(M)5个处理(1 m、2 m、
hen的音标3 m、
4 m、
5 m)、偏移角度(A) 5个处理(0˚、15˚、30˚、45˚、60˚)、旋转角度(R)4个处理(0˚、90˚、180˚、
270˚),针对空载和不同盆栽植物分别进行试验。结果表明:空载条件时标签读取距离、偏移角度的有效范围:当距离为1 m时,偏移角度的有效范围为0˚~60˚,读取率达到98.0%以上;距离为2~5 m时,偏移角度的有效范围为0˚~45˚,读取率达到97.4%以上。当盆栽植物为一品红、小桐子时,标签读取距离、偏移角度和旋转角度的有效范围:距离最远5 m;当距离为1 m时,偏移角度范围为0˚~60˚;距离为2 m~3 m时,偏移角度范围为0˚~45˚;距离为4 m时,偏移角度范围为0˚~15˚;距离为5 m时,偏移角度范围为0˚;当距离为0~3 m时,其旋转角度的有效范围均为0˚~270˚,在此读取范围内其RFID的读取率均达到
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93.06%以上;当距离为4 m,偏移角度为0˚~15˚时,其旋转角度的有效范围为0˚~90˚,其RFID的读取率
均达到82.7%。测定条件相同时,小桐子的读取率高于一品红的读取率。
iota关键词
RFID,读取率,距离,偏移角度,旋转角度
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1. 引言
无线射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)是一项利用射频信号进行空间耦合,实现非接触信息传递的自动识别技术[1]。典型的RFID系统包括三部分:标签、读写器和应用系统;具有可快速扫描、体型小型化、可重复写入读取、实用、精准和安全等特点[2] [3] [4] [5]。因此,RFID技术可以用于植物的单株标识,而RFID读取率和读取范围是单株标识的关键。目前,国内外对RFID读取率的研究主要方法:一是基于Friis能量传输模型基础建立了一些复杂的读取操作范围模型,二是读取率试验方法[6]
[7]。国外Hodges等提出一种结合机械手自动化采集数据来优化RFID标签在应用对象上的安装位置的衰
减阈值新方法,可确定无源UHF型RFID系统的有效读取范围[8]。国内钱建平等人针对单株果树标识进行试验,并获得RFID标签不同悬挂方式时对读取率的影响;结果表明,在2.0 m范围内读取效果较好,在3、3.5 m时,读取率显著下降,读取率不到50% [9]。而综合考虑不同距离、偏移和旋转角度对RFID 读取率的影响研究还尚未见报道。因此本研究首先在空载条件下测定出能够读取时标签与RFID读写器之间的最大距离、偏移和旋转角度,再通过盆栽一品红和小桐子进行试验,测定出RFID系统的读取率和有效读取范围,该研究将为今后RFID系统在农业中的应用提供技术参考。试验采用选盆栽一品红和
王亓剑等
小桐子均为旺盛生长阶段;其中小桐子取自云南省元谋干热河谷地区,一品红极具观赏价值。小桐子和一品红均属于被子植物门、双子叶植物纲、大戟目,但两者之间的形态差异较大。具有研究价值。
2. 试验装置与方法
2.1. 试验目的
RFID技术在农业中应用时,读取率为评价其应用效果的重要指标之一。影响其读取率的因素较多,包括试验对象、标签与RFID读写器之间的距离(M)、偏移角度(A)和标签的旋转位置(R)等。本文首先在空载条件下测定出标签与RFID读写器之间的最大距离、偏移和旋转角度,然后通过对盆栽一品红和小桐子进行试验,确定RFID的读取率与读取距离、偏移角度、标签的旋转位置之间的变化关系,最后获得试验对象影响下RFID的有效读取范围。
2.2. 试验装置
2014年11月-2015年1月本试验在昆明理工大学现代农业工程学院智能温室大棚中进行,所选盆栽一品红和小桐子均为旺盛生长阶段,一品红冠幅50 cm,最高生长点到盆表面高度78 cm;小桐子冠幅24 cm,最高点到盆表面高度56 cm。RFID读写器为国产UHFREADER18型,该读写器采用18000-6B、EPC 双协议行业标准,工作频率为902~928 MHz,圆极化天线,采用光谱跳频发射方式进行工作,输出功率最大30 dBm,典型读取距离5 m,功耗低,采用交流供电,具有快速读写、一次识别多个标签、抗干扰能力强等特点。整个测试装置固定在简易平台上,读写器和笔记本电脑通过RS232接口进行连接。
2.3. 试验方法
基于RFID设备提供的API控制函数,通过C#语言开发一套上位机控制软件。该软件包括:通信端口、
读写EPC码、用户操作界面、读取间隔等。
利用上位机控制软件,通过设定读取时间周期T = 100 ms,每个实验条件测试1 min,理论读取次数为600次/min,测出成功读取次数n,读取率p为成功读取次数n与600之间的比值,即:P = (n ÷ 600) × 100%。
razorRFID技术在实际应用时,标签与RFID读写器之间的距离(M)、偏移角度(A)和标签的旋转位置(R)均对RFID读取率p有影响。为确定距离(M)、偏移角度(A)和旋转位置(R)的有效范围,设定距离(M)5个处理:1 m、2 m、3 m、4 m、5 m,偏移角度(A)5处理个:0˚、15˚、30˚、45˚、60˚,旋转角度(R)4个处理:0˚、90˚、180˚、270˚。其中距离(M)和偏移角度(A)的布设为:以RFID读写器中央位置为原点,与读写器垂直的位置为纵轴,水平的位置为横轴;以横轴为基准,偏移量为15˚画射线;以原点为圆心分别画半径为1 m、2 m、3 m、4 m、5 m和6 m的半圆,具体如图1。当测量盆栽植物时,以标签与读写器之间空间距离最短为位置1,旋转步长角度90˚,逆时针进行旋转,旋转位置如图2(位置1:0˚,位置2:90˚,位置3:180˚,位置4:270˚)。
采用Microsoft Excel 2003软件处理数据并制图,用SAS统计软件的ANOVA和Duncan(P = 0.05)对数据进行多重比较和方差分析。
2.4. 测试条件
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2.4.1. 空载条件
空载条件,即标签与RFID读写器之间无障碍。方法如下:空载测定时,标签位于射线与半圆交点处,如图一中标签位置,标签与读写器处在同一水平线上。测定出不同距离(M)、偏移角度(A)条件下的
王亓剑等
Figure 1. Tags position
图1. 标签位置
Figure 2. Tag specific location during potting rotation
图2. 标签在盆栽旋转时的具体位置
读取次数并算出读取率p。
2.4.2. 盆栽条件
在空载条件下测定的有效距离和偏移角度基础上进行盆栽一品红和小桐子试验;标签贴在最外侧的叶片上,标签与读写器之间处于同一水平。带有标签的盆栽植物放置于射线与半圆交点处,如图1中标签(盆栽)位置。测定出不同距离(M)、偏移角度(A)条件下的读取次数并算出读取率p。当标签与读写器距离、偏移角度一定时,标签与读写器之间空间距离最短为位置1,并以90˚为旋转步长角度在同一水平面进行逆时针旋转,测定盆栽植物在不同旋转位置时的读取次数并算出读取率p;标签在盆栽旋转时的具体位置如图2所示。
3. 结果分析与讨论
3.1. 空载条件时试验结果
表1为空载条件时距离(M) (M1:1 m、M2:2 m、M3:3 m、M4:4 m、M5:5 m)和偏移角度(A) (A0:0˚、A1:15˚、A2:30˚、A3:45˚、A4:60˚)对读取率(p)的影响。由表1可知,RFID的p值与M和A 成反比,A值相同时,p值随着M的增大而减小;M值相同时,p值随着A的增大而减小。
显著性分析可知,A的范围为0˚~60˚时,距离M1~M5之间对读取率无显著影响。M的范围为1~5 m 时,60˚处的p值均显著低于0˚~45˚,但0˚~45˚之间的p值并无显著差异。当M为2~5 m时,60˚处的p 值均显著低于0˚~45˚;但0˚~45˚之间的p值无显著性差异。
路透社英文网数据分析表明,在0˚~45˚时,M为5 m时的p值均高于97.4%,最远读取距离为5 m。与M1A0相比,M1A5的p值显著降低44.2%,即当M为1 m时,其有效可读取的最大A为60˚。与M2A0、M3A0、
王亓剑等
M4A0、M5A0相比,M2A4、M3A4、M4A4和M5A4的p值分别显著降低38.7%、42.1%、32.2%和34.2%;即当M为2~5 m时,其有效可读取的最大A为45˚。
3.2. 盆栽一品红试验结果
图3为盆栽一品红时距离(M1:1 m、M2:2 m、M3:3 m、M4:4 m、M5:5 m)和偏移角度(A0:0˚、A1:15˚、A2:30˚、A3:45˚、A4:60˚)对读取率(p)的影响。由图3可知,盆栽一品红p值与M和A 成反比,即p值随着M和A的增大而降低(M5A0处理除外)。
根据空载时测试出的距离(M) 的最佳范围为1~5 m (M1~M5),偏移角度(A) 的最佳范围为0˚~60˚(A0~A4),通过对盆栽一品红进行相关试验发现。当M为1 m时,A对盆栽一品红p值无显著影响;
当M为2~3 m时,60˚处的读取率显著低于0˚~45˚处的p值,且0˚~45˚之间的p值无显著影响;当M为4~5 m时,A对p值有显著影响(M4A1处理除外)。
数据分析表明,当M为1 m时,盆栽一品红p值随着A的增加而降低(A0~A4);p值均大于96.79%,其最小p值在60˚处取得;即当M为1 m时,其有效可读取的最大A为60˚。当M为2~3 m时,p值最小值在M3A4处理取得,其值为75.7%,此时,其有效可读取的最大A为45˚。与M4A0相比,M4A2和M4A3的p值分别显著降低26.2%和39.0%,即当M为4 m时,其有效可读取的最大A为15˚;与M5A0相比,M5A1和M5A2的p值分别显著降低31.2%和56.7%,即当M为5m时,其有效可读取的最大A为0˚。
表2为盆栽一品红时其距离(M) (M1:1 m、M2:2 m、M3:3 m、M4:4 m、M5:5 m)、偏移角度Table 1. Distance and offt angle influence on the reading rate
表1. 距离和偏移角度对读取率的影响
A(偏移角度/˚)
fsdfsd距离M A0 (0˚)A1 (15˚)A2 (30˚)A3 (45˚)A4 (60˚) M1 (1 m) 100Aa 99.8 ± 0.19Aa 98.8 ± 1.19Aa 98.4 ± 0.75Aa 98.0 ± 0.57Aa M2 (2 m) 99.9 ± 0.08Aa 99.3 ± 0.51ABa 98.7 ± 0.58Aa 98.1 ± 0.58Aa 61.2 ± 2.23CDb M3 (3 m) 99.9 ± 0.10Aa 99.1 ± 0.21ABa 98.4 ± 0.41Aa 97.8 ± 0.31Aa 57.8 ± 2.35Db M4 (4
m) 99.8 ± 0.18Aa 98.9 ± 0.24ABa 98.2 ± 0.25Aa 97.5 ± 0.42Aa 67.6 ± 2.14Bb M5 (5 m) 99.7 ± 0.20Aa 98.4 ± 0.23Ba 98.0 ± 0.21Aa 97.4 ± 0.32Aa 65.5 ± 3.13BCb
注:表中大写字母为纵向之间显著性差异、小写字母为横向之间显著性差异,字母不同时表示处理之间有显著性差异(<0.05)。
Figure 3. Distance and offt angle influence on the reading rate of the pointtia
图3. 距离和偏移角度对一品红读取率的影响

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