本发明涉及射频技术领域，尤其是一种自适应环境的低频rfid阅读器及其谐振参数调整方法。
背景技术：
低频rfid(radiofrequencyidentification，射频识别)阅读器在日常生活中使用广泛，例如门禁、动植物的管理等等。请参考图1示出的电路图，低频rfid阅读器的基础结构是一个由电感l1、电容c1以及电阻r1组成的串联谐振电路，电感l1即为天线，这个天线l1既是发射天线也是接收天线，天线l1通过耦合磁场给在磁场内的低频标签供电，同时也通过分析耦合磁场的变化达到通讯的目的。
一般情况下，电感l1与电容c1以及电阻r1的匹配在低频rfid阅读器出场时已经调整到最优化参数，在近距离低频rfid阅读器使用中，用户那里环境即使有轻微变化也影响较小，用户基本可以忽略这种影响；但在大型远距离低频rfid阅读器使用中，环境变化往往出乎意料，例如周围有金属栏杆、铁磁介质等等，而且大型远距离低频rfid阅读器中的天线面积比较大，由于天线本身是一款纯电感性的空心线圈，在天线范围内放入任何金属或者铁磁介质都会影响天线的电感量和交流阻抗，因此此类阅读器中的天线更容易受到外界其他介质的影响，从而破坏出场时调整好的谐振参数，影响阅读器的读取效果和正常使用。
技术实现要素：
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种自适应环境的低频rfid阅读器及其谐振参数调整方法，本申请公开的低频rfid阅读器采用锁相环驱动源和电子开关电路自动切换来匹配电容和电阻，使得设备每次上电初始自动调整谐振参数，让天线工作在最优化的环境下。
本发明的技术方案如下：
一种自适应环境的低频rfid阅读器，该低频rfid阅读器包括：驱动源、固定电阻、固定天线、固定电容、第一阻抗调整电阻、第二阻抗调整电阻、n个谐振调整电容、微控制单元mcu以及n+2个电子开关电路，驱动源具有锁相环特性，每个电子开关电路分别包括正输入端、负输入端以及两个输出端，且电子开关电路在两个输出端之间连接有常开型开关，n为正整数；驱动源的正极依次串联固定电阻、固定天线以及固定电容后连接至负极，固定天线与固定电容的公共端连接至mcu，每个调整组件分别与一个电子开关电路对应，每个调整组件分别与各自对应的电子开关电路中的常开型开关串联组成串联电路，调整组件的一端作为串联电路的第一端、另一端连接对应的电子开关电路的一个输出端，电子开关电路的另一个输出端作为串联电路的第二端，调整组件包括第一阻抗调整电阻、第二阻抗调整电阻以及n个谐振调整电容；第一阻抗调整电阻与对应的电子开关电路组成的串联电路与固定电阻并联，第二阻抗调整电阻与对应的电子开关电路组成的串联电路与固定电阻并联，每个谐振调整电容与各自对应的电子开关电路组成的串联电路分别与固定电容并联，第一阻抗调整电阻以及n个谐振调整电容对应的n+1个电子开关电路的负输入端分别相连，第二阻抗调整电阻对应的电子开关电路的负输入端悬空，n+2个电子开关电路的正输入端分别连接mcu。
一种低频rfid阅读器自适应环境的谐振参数调整方法，该方法应用于上述自适应环境的低频rfid阅读器中，该方法包括：
按照存储的谐振参数控制n+2个电子开关电路的状态；
启动驱动源，当频率锁定后确定低频rfid阅读器在当前环境下按照谐振参数进行工作的实时工作特性，并检测实时工作特性是否符合预设要求，实时工作特性至少包括低频rfid阅读器的实时频率和实时电路品质因子；
若实时工作特性不符合预设要求，则通过调整各个电子开关电路的状态调整低频rfid阅读器的谐振参数，直至低频rfid阅读器的实时工作特性与预设要求之间的误差最小时启动峰值频点自动开始工作。
其进一步的技术方案为，确定低频rfid阅读器在当前环境下按照谐振参数进行工作的实时工作特性，并检测实时工作特性是否符合预设要求，包括：
获取固定天线与固定电容的公共端处的频率值，确定频率值为低频rfid阅读器的实时频率；
检测实时频率与设定频率之间的误差是否在误差范围内，若误差超出误差范围，则确定实时频率不符合预设要求；
若实时频率与设定频率之间的误差在误差范围内，则获取固定天线与固定电容的公共端处的电压值，根据电压值计算低频rfid阅读器的实时电路品质因子；
检测实时电路品质因子是否在预设品质因子范围内，若实时电路品质因子超出预设品质因子范围，则确定实时电路品质因子不符合预设要求。
其进一步的技术方案为，若实时频率不符合预设要求，则通过调整各个电子开关电路的状态调整低频rfid阅读器的谐振参数，包括：
若实时频率与设定频率之间的误差超出误差范围，且实时频率低于设定频率，则断开若干个谐振调整电容对应的电子开关电路直至低频rfid阅读器的实时频率与设定频率之间的误差最小；
若实时频率与设定频率之间的误差超出误差范围，且实时频率高于设定频率，则闭合若干个谐振调整电容对应的电子开关电路直至低频rfid阅读器的实时频率与设定频率之间的误差最小。
其进一步的技术方案为，采用两分法分级数断开或闭合若干个谐振调整电容对应的电子开关电路。
其进一步的技术方案为，若实时电路品质因子不符合预设要求，则通过调整各个电子开关电路的状态调整低频rfid阅读器的谐振参数，包括：
若实时电路品质因子超出预设品质因子范围，且实时电路品质因子大于预设品质因子范围的最大值，则断开第一阻抗调整电阻和/或第二阻抗调整电阻对应的电子开关电路直至低频rfid阅读器的实时电路品质因子与预设品质因子范围之间的误差最小；
若实时电路品质因子超出预设品质因子范围，且实时电路品质因子小于预设品质因子范围的最小值，则闭合第一阻抗调整电阻和/或第二阻抗调整电阻对应的电子开关电路直至低频rfid阅读器的实时电路品质因子与预设品质因子范围之间的误差最小。
其进一步的技术方案为，该方法还包括：
将存储的谐振参数更新为调整后的谐振参数。
本发明的有益技术效果是：
本申请公开了一种自适应环境的低频rfid阅读器及其谐振参数调整方法，该低频rfid阅读器对传统的低频rfid阅读器的电路结构进行了调整，采用锁相环驱动源和电子开关电路自动切换来匹配电容和电阻，设备每次上电初始就会自动调整谐振参数，使得天线工作在最优化状态下，减小了环境对低频rfid阅读器的影响，实现了自适应环境的参数调整。同时采用了最新的电子开关技术，切换速度达到毫秒级，不会影响阅读器的工作，避免了电路调整带来的影响。
附图说明
图1是现有的低频rfid阅读器的电路结构图。
图2是本申请公开的低频rfid阅读器的电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种自适应环境的低频rfid(radiofrequencyidentification，射频识别)阅读器，该低频rfid阅读器通过对传统的低频rfid阅读器的电路结构进行调整从而实现自适应环境的谐振参数调整功能。请参考图2示出的本申请中的低频rfid阅读器的电路图，该低频rfid阅读器包括：驱动源v1、固定电阻r1、固定天线l1、固定电容c1、第一阻抗调整电阻rj1、第二阻抗调整电阻rj2、n个谐振调整电容cj1-cjn、微控制单元mcu以及n+2个电子开关电路er1、er2、ec1-ecn，n为正整数，通常情况下设n＝8，则低频rfid阅读器的调整范围为28＝256级。驱动源v1具有锁相环特性，每个电子开关电路分别包括正输入端in+、负输入端in-以及两个输出端，且电子开关电路在两个输出端之间连接有常开型开关，电子开关电路主要由二极管、三极管、继电器、电阻和电容等常用电子元件组成，电子开关电路是电路中常用的电路模组，本领域技术人员可以明确理解其内部组成和工作原理，本申请对此不再赘述。在本申请中，每个调整组件分别与一个电子开关电路对应并相连，这里的调整组件包括上面提到的第一阻抗调整电阻rj1、第二阻抗调整电阻rj2以及n个谐振调整电容cj1-cjn，如图2所示，第一阻抗调整电阻rj1与电子开关电路er1对应相连，第二阻抗调整电阻rj2与电子开关电路er2对应相连，谐振调整电容cj1-cjn依次与电子开关电路ec1-ecn对应相连。每个调整组件分别与各自对应的电子开关电路中的常开型开关串联组成串联电路，具体为：调整组件的一端作为串联电路的第一端、另一端连接对应的电子开关电路的一个输出端，电子开关电路的另一个输出端作为串联电路的第二端。
驱动源v1的正极依次串联固定电阻r1、固定天线l1以及固定电容c1后连接至负极，固定天线l1与固定电容c1的公共端连接至mcu。第一阻抗调整电阻rj1与对应的电子开关电路组成的串联电路与固定电阻r1并联，第二阻抗调整电阻rj2与对应的电子开关电路组成的串联电路与固定电阻r1并联，每个谐振调整电容与各自对应的电子开关电路组成的串联电路分别与固定电容c1并联，对于每个调整组件，当调整组件串联的电子开关电路中的常开型开关闭合时，该调整组件接入电路，否则不接入。第一阻抗调整电阻rj1以及n个谐振调整电容cj1-cjn对应的n+1个电子开关电路er1、ec1-ecn的负输入端in-分别相连，第二阻抗调整电阻rj2对应的电子开关电路er2的负输入端in-悬空，第二阻抗调整电阻rj2用于对整个电路的频率进行粗调，第一阻抗调整电阻rj1与n个谐振调整电容cj1-cjn组成微调部分对整个电路的频率进行微调。n+2个电子开关电路er1、er2、ec1-ecn的正输入端in+分别连接mcu，mcu通过控制各个电子开关电路的正输入端in+的高低电平来控制电子开关电路内部的常开型开关的开闭。
本申请还公开了一种低频rfid阅读器自适应环境的谐振参数调整方法，该方法应用于如图2的低频rfid阅读器中，该方法过程如下：
设备上电初始，mcu按照存储的谐振参数控制整个电路中的n+2个电子开关电路的状态，存储的谐振参数是上一次调整时的参数记录，则电子开关电路处于上一次的调整最佳状态。此时启动锁相环驱动源v1，等频率锁定后，mcu测量固定天线l1与固定电容c1的公共端处的频率值和电压值，利用实时测量得到的频率值和电压值来检测低频rfid阅读器的实时工作特性是否符合预设要求，主要有以下几种不同的情况：
第一种情况，确定测量得到的频率值即为低频rfid阅读器的实时频率，检测实时频率与设定频率之间的误差是否在误差范围内，设定频率和误差范围均为预设值，误差范围比如可以为±0.3khz范围。若实时频率与设定频率之间的误差在误差范围内，则利用公式vpp＝vdrv*q根据测量得到的电压值计算出低频rfid阅读器的实时电路品质因子q，其中，vpp即为测量得到的电压值，vdrv为驱动源v1的电压值。若检测到实时电路品质因子q也在预设品质因子范围内，则认为本次无需调整谐振参数，可以沿用存储的上一次调整时的谐振参数，则直接启动峰值频点自动开始工作。
第二种情况，若检测到实时频率与设定频率之间的误差超出误差范围，且实时频率低于设定频率，则将已经切入的谐振调整电容采用两分法分级数快速退出，也即采用两分法分级数断开若干个谐振调整电容对应的电子开关电路，直至实时频率与设定频率之间的误差最小为止。然后利用如上公式根据实时测量得到的电压值计算得到实时电路品质因子q。若实时电路品质因子q超出预设品质因子范围，且实时电路品质因子q大于预设品质因子范围的最大值，根据公式q＝2πfl/r可知，在频率f和天线电感量l一定的情况下，整个电路的电阻值r和实时电路品质因子q成反比关系，则将切入的阻抗调整电阻断开增加整个电路的电阻值r，也即断开第一阻抗调整电阻rj1和/或第二阻抗调整电阻rj2对应的电子开关电路er1、er2，使得电路品质因子q减小直至实时电路品质因子q与预设品质因子范围之间的误差最小为止。若实时电路品质因子q超出预设品质因子范围，且实时电路品质因子q小于预设品质因子范围的最小值，则将继续并入新的阻抗调整电阻来减小整个电路的电阻值r，从而增大实时电路品质因子q，也即闭合第一阻抗调整电阻rj1和/或第二阻抗调整电阻rj2对应的电子开关电路er1、er2直至实时电路品质因子q与预设品质因子范围之间的误差最小为例。调整至实时频率和实时电路品质因子都与预设要求误差最小时，启动峰值频点自动开始工作。
第三种情况，若实时频率与设定频率之间的误差超出误差范围，且实时频率高于设定频率，则将没有切入的谐振调整电容采用两分法分级数快速加入，也即采用两分法分级数闭合若干个谐振调整电容对应的电子开关电路，直至实时频率与设定频率之间的误差最小为止。同理，通过控制第一阻抗调整电阻rj1和/或第二阻抗调整电阻rj2对应的电子开关电路er1、er2的状态来调整实时电路品质因子q的方法如第二种情况，本申请对此不再赘述。调整至实时频率和实时电路品质因子都与预设要求误差最小时，启动峰值频点自动开始工作。
在本申请中，设备每次上电后都会采用上述方法自动调整谐振参数，由于整个电路都采用了电子开关电路，因此切换速度都是毫秒级的，电路调整时间几乎可以忽略不计，谐振参数调整过后可以保证低频rfid阅读器工作在最优化状态下，同时mcu将存储的谐振参数更新为调整后的谐振参数，设备下一次上电时，使用更新后的谐振参数作为初始的参数。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。