一种硬标签质量参数检测电路的制作方法

技术领域：

本发明属于检测设备技术领域，具体是涉及一种硬标签质量参数检测电路。

背景技术：
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iso/iec18046-3-2007等标准给出了电子商品防盗系统(eas)标签检测的基本规范要求。目前国内硬标签生产厂家对标签质量检测设备的方法与iso/iec18046-3-2007中给出的方法一致。从现有文献来看，国内外研究的对象以软标签为主，围绕双线圈结构传感器进行。如：宋小锋、朱亚萍研究了单线圈传感器模型和双线圈传感器模型结构特点；李佳骏利用磁场仿真软件ansofthfss，对多种双线圈传感器模型进行仿真建模。研究表明：双线圈式传感器圈的面积、绕制匝数、标签放置位置及标签与传感器相对位置都会影响硬标签质量参数准确性。这种双线圈结构存在缺陷在于发射与接收线圈间，标签与发射和接收线圈间都会互相干扰；同时，发射线圈对接收线圈的影响叠加于标签产生的磁场上，无法区分。这些都会导致谐振频率fx产生偏差，对品质因素q值判定误差的影响将更为严重。

硬标签电子元器件的核心是由插有磁棒的多圈线圈和与电容串联。对电子标签的电路结构进行等效，其电路原理图如图1所示。此电路的谐振角频率：

其中，l为标签线圈等效电感，c为标签的等效电容，w为角频率。

在监视区，发射器以一定的频率向接收器发射信号。发射器与接受器一般安装在零售店、图书馆等的出入口，形成一定的监视空间。当标签经过检测区域时，检测区域含有随频率变化的磁场，标签内部的电感会产生感应电压，形成感应电流，此感应电流也会产生磁场，反过来干扰检测区域的磁场分布，使检测线圈产生一个明显的扰动信号，这种干扰信号也会被接收器接收，再经过微处理器的分析判断，就会控制警报器的鸣响。接收线圈接收到的感应信号还有标签的质量参数信息。显然当标签发生谐振时产生的扰动信号最强，标签的品质因数q值越大，标签的选频特性越好，相应接收器越容易识别标签的存在。

目前常规的测试装置与实际中所使用的eas系统相似。朱亚萍对这种双线圈检测方法研究表明：标签线圈与发射和接收线圈间的互感系数增大，谐振频率偏差加剧，甚至无法对标签进行检测。

技术实现要素：
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针对上述技术问题，本发明提出了一种硬标签质量参数检测电路。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种硬标签质量参数检测电路，包括：

主控模块，所述主控模块为单片机；

激励信号产生模块，所述激励信号产生模块用于产生发射线圈的交流激励信号，所述激励信号产生模块的方波信号输出口与所述主控模块连接，用于提供交流激励信号频率信息；

da模块和第一放大电路模块，所述da模块的输入端与所述主控模块连接，所述da模块的输出端连所述第一放大电路模块，所述第一放大模块的输出端连接所述激励信号产生模块的输入端，所述da模块输出端的模拟电压经过所述第一放大电路模块放大后输出调频电压给所述激励信号产生模块；

传感器等效电路模块和跟随电路模块，所述传感器等效电路模块连接所述跟随电路模块，所述跟随电路模块连接所述激励信号产生模块，所述激励信号产生模块产生的正弦波信号经过跟随电路模块中的跟随电路后连接到所述传感器等效电路模块中的发射线圈上；

二级积分电路模块和ac-dc转换电路模块，所述二级积分电路模块与所述传感器等效电路模块连接，所述ac-dc转换电路模块与所述二级积分电路模块连接，所述二级积分电路模块对所述传感器等效电路模块中接收线圈的输出信号进行处理，并将处理后的接收线圈的信号传输到ac-dc转换电路模块中完成ac-dc转换，获取信号的有效值电压；

第二放大电路模块和ad模块，所述第二放大电路模块与所述ac-dc转换电路模块连接，所述ad模块的输入端与所述第二放大电路模块连接，所述ad模块的输出端与所述主控模块连接，所述第二放大电路模块对所述有效值电压进行比例运算放大，放大后的有效值电压经过ad模块完成ad转换后送入到所述主控模块中进行数据处理；

液晶显示模块，所述液晶显示模块与所述主控模块连接，所述液晶显示模块用于显示主控模块进行数据处理后获取的硬标签质量参数。

作为上述技术方案的优选，所述传感器等效电路模块中的传感器采用四线圈传感器探头，所述四线圈传感器探头包括第一发射线圈、第二发射线圈、主接收线圈、辅接收线圈。

作为上述技术方案的优选，所述第一发射线圈和所述第二发射线圈结构相同，所述第一发射线圈和所述第二发射线圈在工作时组成亥姆赫兹线圈，所述主接收线圈和所述辅接收线圈直径相同，旋向相反，所述第一发射线圈的直径是所述主接收线圈直径的4倍，所述主接收线圈的直径大于硬标签中的磁棒线圈的直径，所述主接收线圈的直径小于1.5倍硬标签中的磁棒线圈的直径。

作为上述技术方案的优选，所述主控模块采用at89c51单片机。

作为上述技术方案的优选，所述激励信号产生模块采用信号发生器芯片icl8038，所述信号发生器芯片icl8038工作在调频模式。

作为上述技术方案的优选，所述da模块采用12位的数模转换芯片max5822。

作为上述技术方案的优选，所述ac-dc转换电路模块采用ad736芯片。

作为上述技术方案的优选，所述ad模块采用max1240芯片。

作为上述技术方案的优选，所述液晶显示模块采用lm016l液晶模块。

作为上述技术方案的优选，所述硬标签质量参数包括硬标签谐振频率和品质因素。

本发明的有益效果在于：它利用at89c51为处理器设计了硬标签质量参数的检测电路，能够准确的测定硬标签质量参数，结构简单、运行稳定。

附图说明：

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为硬标签电路原理图；

图2为本发明一个实施例的硬标签质量参数检测电路图；

图3为本发明一个实施例的传感器结构示意图；

图4为本发明一个实施例的传感器等效电路工作模型；

图5为本发明一个实施例的传感器仿真电路原理图；

图6为本发明一个实施例的传感器电路仿真曲线示意图；

图7为本发明一个实施例的硬标签质量参数软件程序流程图。

图中符号说明：

lf1-第一发射线圈，lf2-第二发射线圈，lz-主接收线圈，lf-辅接收线圈。

具体实施方式：

如图2所示，本发明的硬标签质量参数检测电路，包括：

主控模块，所述主控模块为单片机；所述主控模块采用at89c51单片机。

激励信号产生模块，所述激励信号产生模块用于产生发射线圈的交流激励信号，所述激励信号产生模块的方波信号输出口与所述主控模块连接，用于提供交流激励信号频率信息；所述激励信号产生模块采用信号发生器芯片icl8038，所述信号发生器芯片icl8038工作在调频模式。

da模块和第一放大电路模块，所述da模块的输入端与所述主控模块连接，所述da模块的输出端连所述第一放大电路模块，所述第一放大模块的输出端连接所述激励信号产生模块的输入端，所述da模块输出端的模拟电压经过所述第一放大电路模块放大后输出调频电压给所述激励信号产生模块；所述da模块采用12位的数模转换芯片max5822。

传感器等效电路模块和跟随电路模块，所述传感器等效电路模块连接所述跟随电路模块，所述跟随电路模块连接所述激励信号产生模块，所述激励信号产生模块产生的正弦波信号经过跟随电路模块中的跟随电路后连接到所述传感器等效电路模块中的发射线圈上；本实施例中，所述传感器等效电路模块中的传感器采用四线圈传感器探头，如图3所示，所述四线圈传感器探头包括第一发射线圈lf1、第二发射线圈lf2、主接收线圈lz、辅接收线圈lf。所述第一发射线圈和所述第二发射线圈结构相同，所述第一发射线圈和所述第二发射线圈在工作时组成亥姆赫兹线圈，所述主接收线圈和所述辅接收线圈直径相同，旋向相反，所述第一发射线圈的直径是所述主接收线圈直径的4倍，所述主接收线圈的直径大于硬标签中的磁棒线圈的直径，所述主接收线圈的直径小于1.5倍硬标签中的磁棒线圈的直径。

二级积分电路模块和ac-dc转换电路模块，所述二级积分电路模块与所述传感器等效电路模块连接，所述ac-dc转换电路模块与所述二级积分电路模块连接，所述二级积分电路模块对所述传感器等效电路模块中接收线圈的输出信号进行处理，并将处理后的接收线圈的输出信号传输到ac-dc转换电路模块中完成ac-dc转换，获取信号的有效值电压；所述ac-dc转换电路模块采用ad736芯片。

第二放大电路模块和ad模块，所述第二放大电路模块与所述ac-dc转换电路模块连接，所述ad模块的输入端与所述第二放大电路模块连接，所述ad模块的输出端与所述主控模块连接，所述第二放大电路模块对所述有效值电压进行比例运算放大，放大后的有效值电压经过ad模块完成ad转换后送入到所述主控模块中进行数据处理；所述ad模块采用max1240芯片。

液晶显示模块，所述液晶显示模块与所述主控模块连接，所述液晶显示模块用于显示主控模块进行数据处理后获取的硬标签质量参数。所述液晶显示模块采用lm016l液晶模块。所述硬标签质量参数包括硬标签谐振频率和品质因素。

本实施例中，传感器探头的工作原理为：当发射线圈施加交流激励时，在轴中心附近较大范围内产生均匀磁场，主、辅接收线圈形成的闭合区域内磁通量为零(主、辅接收线圈旋向相反)。将硬标签置于主接收线圈中心区域，硬标签感应也产生磁场，此磁场对于第一发射线圈组成的闭合区域而言，磁通量为零；第二发射线圈和辅接收线圈离硬标签较远，不受硬标签感应磁场的影响，但对于主接收线圈而言，因为直径与硬标签磁棒线圈相近，且位于硬标签的感应磁场区域内，因而主接收线圈的磁通变化可以认为完全由硬标签感应磁场决定。

传感器电路等效模型分析时，将线圈互感的感应电压等效为电流控制的电压源。由上述传感器探头工作原理，传感器探头对应的电路模型如图4所示。其中，rs为发射线圈1、2的内阻，lf1、lf2为发射线圈1、2的等效电感，lz为主接收线圈等效电感、lf为辅助线圈等效电感。图4中发射和标签部分电路的向量关系如下：

由式(2-3)可得接收线圈输出信号：

对式(4)两边取模，并将标签归一化幅频特性曲线公式(5)，可得公式(6)。

归一化幅频特性曲线公式：

上述式(2-6)中，m1、m分别为硬标签与发射线圈、主接收射线圈的互感系数，z，z1为标签、发射线圈的阻抗，θ为向量电流与标签导纳(1/z)之间的的向量角。由式(6)可知，对传感器和某一检测硬标签来说，参数m、m1、r都是确定值，对于给定的激励源时，电流的模，及其与z的向量角也是确定的。因此，由可以得到硬标签t(jw)的信息。

本传感器电路设计中，根据式(6)中t(jw)与图3接收线圈上的信号u0的转换关系，还需要处理w²，仿真时采用二级积分电路处理。传感器仿真采用的仿真电路和具体参数如图5、图6所示，使用proteus的频率分析功能，图5中的c3(1)处的输出信号以图5中激励u1为参考的归一化幅频特性曲线如图6所示，根据仿真结果，由图6的曲线可获取标签的质量参数fx和q值，说明此方法的可行性。

本实施例中硬件电路设计以检测58khz声磁硬标签为对象，电路原理图如图2所示。系统的主控模块采用at89c51单片机；发射线圈的交流激励信号由信号发生器芯片icl8038产生，icl8038工作在调频模式，icl8038方波信号输出口与at89c51单片机p3.4口相接，提供交流激励信号频率信息。调频电压uf由12位的数模转换芯片max5822控制，max5822芯片模拟电压输出经一级比例放大电路i输出uf；icl8038芯片产生的正弦波信号经跟随器电路后接到传感器的发射线圈上，传感器接收线圈的输出信号通过二级积分电路模块处理，经ad736处理，完成ac-dc转换，获取信号的有效值电压，此有效值电压被一级同向比例放大电路ii后，经max1240芯片，实现a/d转换后送入单片机进行数据处理，处理数据的结果标签谐振频率fx和品质因数q用lm016l液晶模块显示。

本实施例中，软件程序采用模块化设计方案，采用c51语言编写，c51语言的结构化和高效性能更好的实现模块化设计。主要由主程序、a/d转换子程序、方波频率测量子程序、d/a转换子程序、led显示驱动子程序几个模块构成。其中a/d转换子程序、d/a转换子程序、led显示驱动子程序的编程不再赘述。

主程序流程如图7所示，首先完成对i/o口、定时器/计数器t0及液晶驱动的初始化设置，然后调用d/a转换子程序输出扫频控制电压uf，接着调用a/d转换子程序记录响应信号udc值，调用方波频率测量子程序，记录激励信号频率f；频控电压uf由小变大扫频结束后，最后程序寻找udc最大值及其对应的fx值，并寻找0.707(udc)max对应的两个频率值f1、f2，求出q，显示fx、q。

本实施例所述的一种硬标签质量参数检测电路，包括主控模块、激励信号产生模块、da模块、第一放大电路模块、传感器等效电路模块、跟随电路模块、二级积分电路模块、ac-dc转换电路模块、第二放大电路模块、ad模块、液晶显示模块。它利用at89c51为处理器设计了硬标签质量参数的检测电路，能够准确的测定硬标签质量参数，结构简单、运行稳定。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。