在車輛安監(jiān)預(yù)警類型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中,，確保RFID讀寫器能可靠地識讀到安裝在車輛內(nèi)部的電子標(biāo)簽是系統(tǒng)正常運作的前提和基礎(chǔ)[1]。超高頻RFID讀寫器憑借其遠(yuǎn)距離識讀能力占據(jù)了較大的應(yīng)用市場[2],，但是在實際部署過程中,，讀寫器的發(fā)射功率通常是恒定的，系統(tǒng)的能耗表現(xiàn)不佳,，且在惡劣天氣情況下,，讀寫器不能靈活調(diào)節(jié)其發(fā)射功率，容易出現(xiàn)漏讀的情況,。針對此問題,，參考文獻(xiàn)[3]在分析前后兩次讀取標(biāo)簽數(shù)量差值的基礎(chǔ)上，采用模糊控制算法來動態(tài)改變讀寫器的發(fā)射功率,，但該方法只適用于連續(xù),、大批量標(biāo)簽讀取業(yè)務(wù)，無法滿足間歇性小批量讀取系統(tǒng)的應(yīng)用需求,；參考文獻(xiàn)[4]設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于STM32和RMU900+的物聯(lián)網(wǎng)工程讀寫器,，可以在聯(lián)網(wǎng)模式下批量調(diào)節(jié)讀寫器的發(fā)射功率,大幅提高系統(tǒng)部署效率及使用過程中的靈活性，但該讀寫器未能引入自適應(yīng)的控制策略,，需要人工值守,。本文在基于STM32和RMU900+的物聯(lián)網(wǎng)工程讀寫器的基礎(chǔ)上，利用雨量傳感,、溫度傳感和雷達(dá)探測等模塊感知的信息,，制定了一套簡單、靈活且可靠的讀寫器功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略,。應(yīng)用該調(diào)節(jié)策略和傳輸網(wǎng)絡(luò),，讀寫器的發(fā)射功率可雙重自適應(yīng)控制，具有較高的識讀成功率和良好的節(jié)能效果。
1 系統(tǒng)的工作原理及整體結(jié)構(gòu)概述
    整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示,。主控機和物聯(lián)網(wǎng)多源信息終端通過3G,、LAN、WiFi等多種通信方式來實現(xiàn)組網(wǎng)[5],，它們是系統(tǒng)的傳輸與處理核心。每個物聯(lián)網(wǎng)多源信息終端可以連接最多16個讀寫器,，通過多源信息終端來實現(xiàn)異構(gòu)讀寫器協(xié)同工作,，降低讀寫器在通信方面的復(fù)雜度，并提高系統(tǒng)部署的靈活性,。為了實現(xiàn)讀寫器發(fā)射功率的自適應(yīng)調(diào)節(jié),，增加了溫度、雨量和雷達(dá)探測等傳感模塊,，利用這些模塊采集到的信息作為自適應(yīng)調(diào)節(jié)的原始數(shù)據(jù),。功率調(diào)節(jié)策略可以通過傳輸網(wǎng)絡(luò)由主控機遠(yuǎn)程設(shè)定，如未遠(yuǎn)程設(shè)定,，則執(zhí)行讀寫器本地存儲的默認(rèn)策略來控制射頻發(fā)射功率,。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
    功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)的超高頻RFID讀寫器硬件框架如圖2所示。

    根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]所述方案實現(xiàn)基本平臺,，控制核心采用STM32F103ZET6 MCU,可通過本地按鍵進(jìn)行控制,。在規(guī)模化部署時也可以通過串行通信方式與信息終端連接,，利用主控機進(jìn)行集中控制,、設(shè)置液晶顯示屏，用來顯示本地信息,；系統(tǒng)的射頻模塊選用RMU900+[3-4],，并通過SMA接口連接13 dBi增益的射頻天線；雨量傳感,、溫度傳感和雷達(dá)探測模塊將檢測到的信息通過I/O口傳輸給MCU,，MCU根據(jù)預(yù)先設(shè)定的調(diào)節(jié)策略實時地控制系統(tǒng)的射頻發(fā)射功率[6-8]。
2.1雷達(dá)探測模塊
    在預(yù)警型園區(qū)車輛管理系統(tǒng)中,只有當(dāng)車輛經(jīng)過時,，相應(yīng)的RFID讀寫器才需要工作;沒有車輛經(jīng)過時,，讀寫器可以處在休眠狀態(tài)，達(dá)到節(jié)省電能,、延長讀寫器工作壽命的目的,。在讀寫器兩邊分別布設(shè)10.525 GHz微波模塊來探測是否有車輛移動，如果有車輛移動,，則啟動RFID模塊工作,，準(zhǔn)備識讀標(biāo)簽(本系統(tǒng)同時也完成方向識別功能)。微波處理模塊電路如圖3所示,，根據(jù)雷達(dá)測速原理,，ft與fr的差值是計算車輛的移動速度的原始數(shù)據(jù),，該輸出信號會送入圖4所示的驅(qū)動電路進(jìn)行運算放大。

    在本系統(tǒng)中,，當(dāng)IF端的頻率為72 Hz時,，車輛移動速度大約為3.6 km/h，略高于成人正常的步行速度(在實際應(yīng)用系統(tǒng)中,，可以靈活調(diào)整),。
2.2 溫度傳感模塊
    在本系統(tǒng)中,在沒有車輛經(jīng)過的情況下RFID讀寫器可能長時間處于休眠狀態(tài)，且在極端氣候環(huán)境下,，射頻模塊可能因溫度原因無法立即被喚醒并正常工作,。因此,本文設(shè)計了溫度控制模塊, 將模塊溫度控制在0~+50℃之間。
　　溫度探測模塊直接使用2片DS18B20,該模塊在-10℃~+85℃范圍內(nèi)的精度可以滿足系統(tǒng)要求,，當(dāng)檢測溫度低于0℃時,，給RFID模塊供電以保持其溫度不至于過低；當(dāng)溫度高于5℃時,，恢復(fù)休眠狀態(tài),；當(dāng)檢測到溫度高于50℃時,啟動散熱風(fēng)扇工作，以免系統(tǒng)溫度過高,。
2.3 雨量傳感模塊
　UHF頻段的電磁波能量較容易被雨水吸收,，因此，在雨量比較大的惡劣天氣狀況下,，需要提高讀寫器的發(fā)射功率,。本文設(shè)計了一個紅外散射式雨量傳感器系統(tǒng)以檢測降雨情況。
    利用MCU內(nèi)的定時器輸出頻率為28 kHz的方波信號來驅(qū)動紅外發(fā)射管,，紅外光以固定角度投射到玻璃上,，反射光被紅外接收器接收。如果玻璃上無雨水,，則接收器收到的紅外線總量穩(wěn)定且與發(fā)射器發(fā)出的紅外線基本相等,；有降雨發(fā)生時，散射現(xiàn)象會導(dǎo)致接收到的紅外線總量小于發(fā)射總量,，系統(tǒng)以此來判定是否有降雨發(fā)生,。為盡量排除可見光的干擾，在玻璃下方疊加了一片濾光片,。
3 軟件系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
    在基于STM32和RMU900+的物聯(lián)網(wǎng)工程讀寫器的基礎(chǔ)平臺上,，發(fā)射功率自適應(yīng)調(diào)節(jié)模塊主要包括雷達(dá)探測、溫度檢控,、雨量檢控等功能,。具體軟件實現(xiàn)流程如圖5所示。

    參數(shù)預(yù)置模塊用于控制對應(yīng)場景的射頻發(fā)射功率調(diào)節(jié)策略，可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中預(yù)置,，也可以直接讀取本地存儲的預(yù)置參數(shù),。初始化并自檢通過后系統(tǒng)打開對應(yīng)中斷，開始各功能模塊的檢測工作;否則轉(zhuǎn)向錯誤處理模塊進(jìn)行處理并發(fā)出警告信息,。
4 測試與分析
    在模塊初始化成功后,，能通過網(wǎng)絡(luò)讀取和預(yù)置調(diào)節(jié)參數(shù)，人為斷開各功能模塊電路,，錯誤處理模塊均能做出響應(yīng)并向遠(yuǎn)程集控機提交警告信息,，系統(tǒng)進(jìn)入應(yīng)急工作模式。在基礎(chǔ)性模塊測試通過的基礎(chǔ)上逐項進(jìn)行功能性測試,。
4.1雷達(dá)探測模塊測試
    雷達(dá)探測模塊主要用于將休眠中的射頻模塊喚醒，設(shè)定好喚醒的速度閾值,，超過后就喚醒射頻模塊工作,，發(fā)射功率則由雨量傳感模塊控制?？紤]到在較低速度情況下汽車比較難于精確控制車速[9],，設(shè)計用改裝的電控小車來模擬車輛行駛狀態(tài)。測試數(shù)據(jù)如表1所示,。

    按照理論計算,，3.6 km/h應(yīng)為射頻輸出控制的閾值，經(jīng)實際測得,，車速在3.5 km/h時無射頻輸出,，車速超過4.0 km/h時有射頻輸出,表明雷達(dá)探測模塊能夠正常工作并喚醒射頻模塊輸出。
4.2 溫度傳感模塊
    由于受氣溫及實驗條件的限制,，低溫環(huán)境最低只能測試到0℃,，測試運行時臨時設(shè)定射頻模塊退出休眠的溫度為1℃，結(jié)果表明,，溫度檢控模塊也能按照預(yù)期正常運作,。測試數(shù)據(jù)如表2所示。
4.3 雨量傳感模塊
    雨量傳感模塊主要用于控制射頻模塊的發(fā)射功率,，以確?？煽孔R讀車內(nèi)標(biāo)簽。測試運行時,，分別用霧化裝置和花灑來模擬4檔降雨量,。測試數(shù)據(jù)如表3所示。

    在正常工作狀態(tài)下,，配合13 dBi增益的射頻天線,，系統(tǒng)的射頻輸出功率約15 dBm,可以實現(xiàn)約3 m的識讀距離。在微量降雨(LL)至高強度降雨(HH)等4種狀態(tài)下，射頻輸出功率自動調(diào)節(jié)為20 dBm~30 dBm,，基本實現(xiàn)了自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能,。
    本文通過多模塊協(xié)同工作，設(shè)計并實現(xiàn)了RFID讀寫器射頻發(fā)射功率的寬范圍自適應(yīng)調(diào)節(jié),，同時實現(xiàn)了調(diào)節(jié)策略本機單獨設(shè)定和網(wǎng)絡(luò)集中設(shè)定兩種模式,，方便靈活部署。
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