基于虚拟仪器的动物标签测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于虚拟仪器的动物标签测试系统，系统的物理层发射机和接收机在PXIe平台上的LabVIEW FPGA中实现，其中核心部件是中频收发器PXIe-5641R。其中发射机基带信号处理部分主要由组帧，CRC校验，编码，调制组成，然后利用LabView FPGA中的射频模块部分，实现与PXIe硬件的交互。接收机基带信号处理部分由低通滤波模块，自适应阈值同步模块，解调模块和解码模块组成，最终接收机能够正确地将标签返回的信息进行解析。与现有技术相比，本发明专利技术的测试系统实现简单、运算速度快、实时性高，并且系统的灵活性和可移植性得到大大提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子无线通信领域，具体涉及一种通过PXIe虚拟仪器平台搭建的动 物标签测试系统。
技术介绍
1.动物标签技术 近年来，随着网络的发展，射频识别（RFID, Radio Frequency Identification)作 为一种实时、快速、准确采集与处理信息的高新技术，通过对包括零售商品、物流单元、生产 零部件等实体对象的唯一有效标识，正被广泛应用于物流管理，高速公路收费管理，生产自 动化等众多领域。 动物标签是指对动物个体或群体进行标志，就是利用特定的标签，以RFID技术手 段与需要识别的动物相对应，这样就可以随时对动物的相关属性进行跟踪与管理。对动物 进行跟踪和识别的主要用途在于：（1)对外来动物疾病进行控制，监督与预防；（2)加强官 方对动物的接种与疾病预防管理；(3)动物产品效能管理和顾客关心的食品安全性问题的 需要。（4)国际贸易的安全性和风险管理的需要。 动物标签属于低频电子标签，低频电子标签工作频率范围是30kHz~300kHz，其 中动物标签工作频率为134. 2kHz。动物标签工作原理是通过电感耦合方式从读写器耦合线 圈的辐射场中获得能量，读写距离小于1米。动物标签的优点是省电廉价，可穿透性强，非 常适用于距离近、速度低和数据量要求少的识别应用。 2.虚拟仪器技术 所谓虚拟仪器（VI，Virtual Instrument)，是以通用计算机为核心，根据用户对仪 器的设计定义，用软件实现虚拟控制面板设计和测试功能的一种计算机仪器系统。在虚拟 仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入和输出，软件才是整个仪器系统的关键，使用 者可以通过修改软件很便捷地改变仪器系统的功能和规模，所以说"软件就是仪器"。 在虚拟仪器技术中，使用范围最广的编程语言是由NI公司开发的 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)图形化编程语言。 LabVIEW共有三个图形化编程面板：第一个是前面板，即用户接口。用于向程序中输入各 种控制参数，并以图形或数字等各种形式输出测试结果，相当于传统仪器的面板。利用 LabVIEW强大的界面功能，前面板可以做的和传统仪器面板非常相似，并且还可以给工程师 提供创新的空间，按照工程师自己的想法和思路重新设计出新的富有个性的界面。第二个 是程序框图，即源代码面板。程序框图利用图形化编程，无需敲写繁杂的文本代码，只需用 连接线把需要的图标连接即可。相当于传统仪器中用来实现仪器功能的零部件和接线。第 三个是函数面板，即含有大量函数模块的面板。用户可以即选即用，通过该模块集，用户可 以大大简化工作量，提高工作效率。 传统的测试仪器系统的硬件平台搭建方式较为复杂，需要自行开发或者购买相应 的功能模块再进行调试和开发，开发周期长，实验过程复杂，并且不灵活。因此如何充分利 用虚拟仪器技术，快速构建一种实时性高且功能易扩展的动物标签测试系统是本专利技术需要 研宄的课题。
技术实现思路
为解决现有技术不足，本专利技术目的在于提出了一种基于虚拟仪器技术的动物标签 测试系统，实现系统构建周期短、运算速度快、实时性高，并且提高系统的灵活性和可移植 性。 为实现上述专利技术目的采用如下技术方案： -种基于虚拟仪器的动物标签测试系统，系统中的物理层发射机和接收机为基于 PXIe模块化仪器利用LabVIEW FPGA实现的发射机和接收机，系统包括PXIe主控器、PXIe 中频信号收发器、PXIe总线背板、平板天线和动物标签；主控器通过PXIe总线背板与中频 信号收发器连接，用于通过背板总线把用户配置信息传送给中频信号收发器，以及接收并 显示中频信号收发器反馈的显示内容信息；所述用户配置信息包括硬件设备类型、动物标 签中心载频频率、功率增益、测试命令类型和发送数据协议相关参数配置；所述显示内容信 息包括发射机的发送信号波形图和接收到的动物标签返回的整体信号波形图；中频信号收 发器与平板天线连接，用于对用户配置信息进行基带信号的编码和调制并通过平板天线把 信号发送给动物标签，以及通过平板天线接收动物标签的响应信号并进行解调和解码得到 显示内容信息。 进一步地，主控器和中频信号收发器之间通过FIFO和全局变量实现数据传输与 共享。 进一步地，中频信号收发器中设有发射机模块，发射机模块包括通信起始模块、组 帧模块、CRC校验模块、编码模块和调制模块；通信起始模块，用于识别标签并将标签激活 为高级标签；组帧模块，用于将发送命令进行组帧，转化为比特流；CRC校验模块，用于对比 特流进行CRC校验计算，并将CRC校验码附加在比特流之后；编码模块模块，用于对比特流 进行PIE编码，得到基带信号；调制模块，用于将基带信号调制为射频信号。 进一步地，中频信号收发器中还设有接收机模块，接收机模块包括低通滤波模块、 自适应阈值同步模块、解调模块、解码模块和协议解析模块；低通滤波模块，用于对经过AD 转换后的标签响应信号进行滤波，去除高频部分；自适应阈值同步模块，用于对低通滤波后 的信号进行同步，得到标签响应信号的同步头；解调模块，用于对同步后提取到的有用的标 签响应信号进行解调，得到比特流；解码模块，用于将对比特流进行解码，恢复编码前的数 据；协议解析模块，用于从解码后的数据中解析出相应的数据字段，并进行CRC校验和协议 一致性测试。 进一步地，所述编码模块采用的编码方法包括如下步骤： (11)初始化，编码后比特流为0,编码比特数为0,编码后长度为0 ; (12)向编码后比特流中加入帧头SOF，SOF为01101111 ; (13)判断编码比特数有没有超过命令长度，如果超过命令长度，向编码后比特流 中加入帧尾EOF，EOF为01111111，编码完毕，结束； (14)如果没有超过命令长度，判断码元是0还是1 ; (15)如果码元是1，编码为0111，同时编码后长度加4 ;如果码元是0,编码为011， 同时编码后长度加3 ; (16)编码比特数加1，重新执行步骤（13)~步骤（16)，直至编码完毕。 进一步地，所述解码模块采用的解码方法包括如下步骤： (21)初始化计数器为0,设置32位寄存器存放需要解码的比特； (22)当计数器小于32时，将比特按顺序放入寄存器中，计数器递增，当计数器为 32时，进入步骤（23); (23)当寄存器中数值在ffffOOOO~ffffOOff之间或者在OOOOffff~OOffffff 之间，得到解码码元为〇,记解码正确； (24)当寄存器中数值在00000000~OOOOOOff之间或者等于ffffffff，得到解码 码元为1，记解码正确； (25)当寄存器中数值不在上述数值之间，记解码错误； (26)每32个比特解码结束过后，计数器重新初始化为0,重新执行步骤（22)~步 骤（26)，进行下次解码。 进一步地，所述自适应阈值同步模块采用的方法包括如下步骤： (31)初始化判断最大值等于CW波均值，判断极大值等于CW波均值，连续上升点数 等于〇 ;...

【技术保护点】
一种基于虚拟仪器的动物标签测试系统，其特征在于，系统中的物理层发射机和接收机为基于PXIe模块化仪器利用LabVIEW FPGA实现的发射机和接收机，所述系统包括PXIe主控器、PXIe中频信号收发器、PXIe总线背板、平板天线和动物标签；所述主控器通过PXIe总线背板与中频信号收发器连接，用于通过背板总线把用户配置信息传送给中频信号收发器，以及接收并显示中频信号收发器反馈的显示内容信息；所述用户配置信息包括硬件设备类型、动物标签中心载频频率、功率增益、测试命令类型和发送数据协议相关参数配置；所述显示内容信息包括发射机的发送信号波形图和接收到的动物标签返回的整体信号波形图； 所述中频信号收发器与平板天线连接，用于对所述用户配置信息进行基带信号的编码和调制并通过平板天线把信号发送给动物标签，以及通过平板天线接收动物标签的响应信号并进行解调和解码得到所述显示内容信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：裴文江，高伟，薛峰，王开，孙庆庆，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32