一种硬标签插磁数字量控制电路及其控制方法与流程

技术领域：

本发明属于商品防盗硬标签生产加工技术领域，具体是涉及一种硬标签插磁数字量控制电路及其控制方法。

背景技术：
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在电子商品防盗系统(eas)中，电子防盗标签按结构不同可分为软标签和硬标签两大类，其中防盗硬标签又可以细分为瓶标、扣标、罐标和其他类共四种。eas按工作频率不同可分为射频系统(4.75mhz/8.2mhz/10mhz)、声磁系统(58khz)。

电子标签的内部结构主要是一个lc振荡回路。判定标签是否合格的标准之一是看标签在谐振频率范围内是否产生谐振。目前，在硬标签生产过程中，硬标签谐振频率的调整是通过将磁棒插入绕有线圈的骨架中，以调整硬标签谐振回路中电感值大小，使硬标签电感和电容组成的串联回路谐振频率符合行业要求，此过程称为插磁工序。

查阅现有文献，为插磁控制装置提供硬标签谐振频率信号的传感技术，按其探头线圈数可分为单线圈、双线圈和三线圈式。论文《三线圈式无源电子标签质量参数检测技术研究》阐述了三线圈式硬标谐振频率签检测原理，可有效解决单线圈、双线圈间接获取与测试频率偏移的问题，可其原理忽略了硬标签对左接收线圈的影响。专利公告号为cn107239079a、cn108268929a、cn108549265a的三个专利基于三线圈式传感探头技术公开了插磁装置及其相应的控制方法，实现了半自动插磁，插磁质量和效率都优于传统手动插磁。可此三个专利技术也存在一些不足，一是三线圈探头结构装配调试调零比较繁琐，二是三线圈式传感技术检测谐振频率存在原理误差；三是基于三线圈式传感探头技术插磁控制方法复杂，控制精度不高。

技术实现要素：
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针对上述技术问题，本发明采用单线圈探头，提出了一种基于相位变化特性感知硬标签谐振频率变化，以开关信号作为输出的硬标签插磁数字量控制电路及其控制方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种硬标签插磁数字量控制电路，包括：

控制单元、信号源单元、补偿电容单元、敏感探头、精密电阻r1、过零比较器、边沿d触发器；

所述信号源单元用于产生激励信号，所述激励信号的频率为插磁过程控制硬标签谐振频率的目标频率f0；

所述补偿电容单元包括电容c1和微调电容c2，所述电容c1和微调电容c2并联连接，所述电容c1和微调电容c2并联后的第一端与所述信号源单元的输出信号端连接；

所述敏感探头的第一端与所述电容c1和微调电容c2并联后的第二端连接；

所述精密电阻r1的第一端与所述敏感探头的第二端连接，所述精密电阻r1的第二端与所述信号源单元的接地端连接；

所述补偿电容单元的总电容c总和所述敏感探头等效感l1在所述目标频率f0对应角频率w0时，对应容抗和感抗大小相等，即满足w0l1＝1/w0c总；

所述过零比较器包括第一过零比较器a和第二过零比较器b，所述第一过零比较器a的输入端与所述信号源单元的输出信号端连接，所述第二过零比较器b的输入端与所述精密电阻r1的第一端连接；

所述边沿d触发器的时钟脉冲cp输入端与所述第一过零比较器a的输出端连接，所述边沿d触发器的边沿d输入端与所述第二过零比较器b的输出端连接，所述边沿d触发器的第一信号输出端q端与所述控制单元的i/o口电连接。

作为上述技术方案的优选，所述信号源单元采用可编程波形发生器ad9833，所述信号源单元工作在正弦波输出模式。

作为上述技术方案的优选，所述敏感探头是由铜丝绕制而成的多股线圈。

作为上述技术方案的优选，所述第一过零比较器a、第二过零比较器b采用型号为tlv3502的比较器。

作为上述技术方案的优选，所述边沿d触发器采用型号为sn74lvc1g79的边沿d触发器。

作为上述技术方案的优选，所述控制单元采用msp430单片机。

一种硬标签插磁数字量控制电路的控制方法，其特征在于：

s1：控制单元控制信号源单元产生激励信号，所述激励信号的频率为插磁过程控制硬标签谐振频率的目标频率f0；

s2：将待调频硬标签放入插磁底座中，控制步进电机带动压块下压将磁棒压入待调频硬标签的骨架中，同时第一过零比较器a和第二过零比较器b工作，第一过零比较器a将接收到的信号us整形为第一方波信号p1，第二过零比较器b将接收到的信号u0整形为第二方波信号p2；

s3：第一过零信号比较器将第一方波信号p1发送到边沿d触发器的时钟脉冲cp输入端，第二过零信号比较器将第二方波信号p2发送到边沿d触发器的边沿d输入端，边沿d触发器的第一信号输出端q端将输出电平发送到所述控制单元的i/o口；

s4：控制单元实时接收边沿d触发器的第一信号输出端q端发送的输出电平，当检测到第一信号输出端q端上升沿时，此时第一过零比较器a接收到的信号us与第二过零比较器b接收到的信号u0相位一致，是磁棒插入深度的最佳控制点，控制单元控制步进电机停止下压并反转上升，完成一次压磁调频。

本发明的有益效果在于：单线圈探头设计结构简单，安装调试方便，采用基于相位变化特性感知硬标签谐振频率变化，有效解决了以幅值变化为控制信号，硬标签与检测探头互感系数m随插磁变化而造成的控制精度受影响的不足；本电路中控制信号是开关信号，控制方法程序设计简单，有效地提高了插磁装置硬标签生产谐振频率控制精度。

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为本发明一个实施例的一种硬标签插磁数字量控制电路模块连接示意图；

图2为本发明一个实施例的一种硬标签插磁数字量控制电路示意图；

图3为本发明一个实施例的一种硬标签插磁数字量控制电路信号变换示意图；

图4为本发明一个实施例的硬标签插磁调频的机械装置结构示意图。

图中符号说明：

1-插磁底座，2-硬标签，3-磁棒，4-敏感探头，5-丝杠，6-步进电机，7-压块。

具体实施方式：

如图1、图2所示，本发明的一种硬标签插磁数字量控制电路，包括：

控制单元、信号源单元、补偿电容单元、敏感探头、精密电阻r1、过零比较器、边沿d触发器；

所述信号源单元用于产生激励信号，所述激励信号的频率为插磁过程控制硬标签谐振频率的目标频率f0；

所述补偿电容单元包括电容c1和微调电容c2，所述电容c1和微调电容c2并联连接，所述电容c1和微调电容c2并联后的第一端与所述信号源单元的输出信号端连接；

所述敏感探头的第一端与所述电容c1和微调电容c2并联后的第二端连接；

所述精密电阻r1的第一端与所述敏感探头的第二端连接，所述精密电阻r1的第二端与所述信号源单元的接地端连接；

所述补偿电容单元的总电容c总和所述敏感探头等效感l1在所述目标频率f0对应角频率w0时，对应容抗和感抗大小相等，即满足w0l1＝1/w0c总；

所述过零比较器包括第一过零比较器a和第二过零比较器b，所述第一过零比较器a的输入端与所述信号源单元的输出信号端连接，所述第二过零比较器b的输入端与所述精密电阻r1的第一端连接；

所述边沿d触发器的时钟脉冲cp输入端与所述第一过零比较器a的输出端连接，所述边沿d触发器的边沿d输入端与所述第二过零比较器b的输出端连接，所述边沿d触发器的第一信号输出端q端与所述控制单元的i/o口电连接(图中未示出)。

所述信号源单元采用可编程波形发生器ad9833，所述信号源单元工作在正弦波输出模式。

所述敏感探头是由铜丝绕制而成的多股线圈。

所述第一过零比较器a、第二过零比较器b采用型号为tlv3502的比较器。

所述边沿d触发器采用型号为sn74lvc1g79的边沿d触发器。

所述控制单元采用msp430单片机。

如图2所示，硬标签的电路结构可等效为图2中l3，c3，r3串联，当信号源频率w大小设置为控制目标硬标签谐振频率w0，并通过调节微调电容c2，使得w0l1＝1/w0c总，参考专利cn201710202121.8一种eas电子标签质量参数检测仪及其检测方法，可知：

即

在硬标签插磁过程中——磁棒插入绕有线圈的骨架，电阻r3、电容c3值保持不变，电感l3增大，敏感探头与硬标签电感l3之间的互感系数m也变大。

对式(2)定性分析可知：角频率为w0时，硬标签l3，c3，r3串联等效电路总阻抗成容性时，信号us相位超前信号u0；硬标签l3，c3，r3串联等效电路总阻抗成感性时，信号us相位滞后信号u0；硬标签l3，c3，r3串联等效电路总阻抗成阻性时，信号us与信号u0相位一致。

在硬标签生产插磁过程中，信号us相位先超前u0，后滞后u0，信号us与信号u0相位一致时，此时是磁棒插入深度的最佳控制点。

信号us、u0分别经过过零比较器a和过零比较器b整形为方波信号，再经过边沿d触发器处理，如图3所示，信号us超前、滞后u0分别对应d触发器q输出端的低电平、高电平。

本实施例还提供一种硬标签插磁数字量控制电路的控制方法，包括如下步骤：

s1：控制单元控制信号源单元产生激励信号，所述激励信号的频率为插磁过程控制硬标签谐振频率的目标频率f0；

s2：将待调频硬标签放入插磁底座中，控制步进电机带动压块下压将磁棒压入待调频硬标签的骨架中，同时第一过零比较器a和第二过零比较器b工作，第一过零比较器a将接收到的信号us整形为第一方波信号p1，第二过零比较器b将接收到的信号u0整形为第二方波信号p2；

s3：第一过零信号比较器将第一方波信号p1发送到边沿d触发器的时钟脉冲cp输入端，第二过零信号比较器将第二方波信号p2发送到边沿d触发器的边沿d输入端，边沿d触发器的第一信号输出端q端将输出电平发送到所述控制单元的i/o口；

s4：控制单元实时接收边沿d触发器的第一信号输出端q端发送的输出电平，当检测到第一信号输出端q端上升沿时，此时第一过零比较器a接收到的信号us与第二过零比较器b接收到的信号u0相位一致，是磁棒插入深度的最佳控制点，控制单元控制步进电机停止下压并反转上升，完成一次压磁调频。

如图4所示，本实施例提供了一种配合本发明实现硬标签插磁调频的机械装置示意图，敏感探头4固定在压块7上，可以手动或自动先将磁棒3放入待调频硬标签2，再将待调频硬标签2放入插磁底座1；控制步进电机6工作，丝杠5旋转带动压块7下压，刚开始本发明电路图2中q端输出低电平，当控制检测到q端上升沿时，停止步进电机下压，反转上升，完成一次压磁调频。

本实施例提供了一种硬标签插磁数字量控制电路及控制方法，控制电路包括控制单元、信号源单元、补偿电容单元、敏感探头、精密电阻r1、过零比较器、边沿d触发器。本发明采用单线圈探头设计结构简单，安装调试方便，采用基于相位变化特性感知硬标签谐振频率变化，有效解决了以幅值变化为控制信号，硬标签与检测探头互感系数m随插磁变化而造成的控制精度受影响的不足；本电路中控制信号是开关信号，控制方法程序设计简单，有效地提高了插磁装置硬标签生产谐振频率控制精度。

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。