5.实验结果
出于实验目的,本文提出的跟踪系统被开发出来并进行了测试。实际系统规定读取器与标签的最小距离Dy = 0.4 m。系统芯片的实验表征结果显示,在读取器与标签的最大距离Dmax = 1.5 m时,平均电流为1 A,根据公式(9),算出读取器间距Dx是2.9 m。
(9)
标签BLE芯片加2V偏置电压,配置为无法连接的无目标广播模式,发射32字节广播数据包,输出功率14 dBm,如前文所述,在这种配置下,BLE的能耗EBLE估计约36 J,即BLE芯片从Cstorage电容器中消耗36 J电能。根据公式(10),为了最小化Cstorage电容值,电压Vstor的最大值Vh尽可能选择最高值,而最小值Vl尽可能选择最低值。因此,Vh = 2.4 V是由系统芯片的130 m CMOS技术所允许的最大工作电压定义的。设定Vl= 2V,是为了给BLE芯片加1.8V偏置稳压,给DC/DC转换器的功率级提供200 mV的电压裕量。
(10)
为了提供一些功率裕量和更多的能量,以便可选择性地激活其它嵌入式传感器,在标签中使用了一个330 F的Cstorage电容器。实验装置包括四个读取器、便携式示波器、机器人和无电池BLE标签。把读取器排列成正方形,相邻读取器2.9 米等长间距。每个读取器都设为27 dBm发射功率。在测量过程中,标签连接便携式示波器,通过机器人恒速与读取器平行移动,标签与读取器的间距Dy保持恒定。在0.05 m/s、0.1 m/s、0.2 m/s三种不同的恒定速度下分别测量数次。图9-11所示的波形描述了在初始启动及以后的过程中电压Vstor的变化情况。这些数据是从其中一次测量中提取的,并给出了示波器获取的实验数据。这些图表还给出了根据标签速度v、读取器间距Dx、RF-DC转换器输出的平均电流Iavg、Vstor电压最大值Vh和储电电容等实验条件。此外,这些图表还给出了通过公式(5)推算出的理论上的读取器数量NoR。这些实验结果与以前的实验测量值有良好的相关性。还可以观察到,在初始启动期间,电压Vstor不会连续上升,而是根据标签的移动速度阶梯式上升。由于标签连续通过四个读取器,因此,标签在初始启动后继续保持充电和发射状态。充放电模式似乎是不规则的,并且不是周期性的,因为在标签通过读取器的过程中,Cstorage电容的瞬间充电电流随着标签的移动而变化。因此,可以观察到,当标签逐渐接近读取器时,电压Vstor的上升速率非常快,而当标签逐渐远离读取器时,上升速率较慢。充电电流的不连续性是产生不规则且非周期性的充放电模式的原因,这与通过WPT为静止标签充电的情况完全不同。这些图表证明公式(5)的估算结果是正确的。在资产跟踪系统中,初始启动是指资产第一次被跟踪识别的事件,完成初始启动阶段所需的读取器数量NoR与资产移动速度v相关,速度v越高,所需读取器数量NoR越多。最后,标签发射被跟踪资产的ID,读取器接收信息,并发送到WSN网络。