射頻EAS系統的關鍵技術 - 技術及應用 - 溫州格洛博電子有限公司

射頻EAS系統的關鍵技術

摘要： 針對普通射頻EAS系統檢測靈敏度低、誤報率高的缺陷，採用了窄帶方式提高射頻EAS系統的信噪比和抗干擾能力，提出了幾個硬件關鍵技術，給出了各個關鍵技術的硬件方框圖。關鍵技術包括鎖相接收技術、梳狀濾波技術、滑動基準技術和瞬態脈衝吸收技術。經過實驗測試，這幾個關鍵技術能提高EAS系統的檢測靈敏度並使誤報率有顯著的改善。
關鍵詞： 電子商品防盜；EAS標籤；信噪比

　　射頻式商品電子防盜系統EAS(Electronic Article Surveillance)可以較好地防止自選超市商品的失竊，因而得到廣氾的應用。參考文獻[1]、[2]主要從軟件方面論述了採用標籤識別算法降低系統誤報率、提高系統檢測率和抗干擾能力的方案，但僅考慮軟件算法是不夠的。本文提出了幾個硬件關鍵技術來全面提高射頻EAS系統的性能。

1 射頻EAS系統的結構和工作原理
　　典型的射頻EAS系統由門道檢測器、EAS標籤、消碼器和開鎖器組成。門道檢測器一般安置在超市門口，由發射器和接收器組成。EAS標籤分為硬標籤和軟標籤，它就是一個LC諧振迴路，其諧振頻率為8.2 MHz±5%。一般硬標籤扣在商品（如服裝、箱包等）上，而軟標籤則粘在商品上。消碼器和開鎖器一般安置在收銀台處供收銀員使用，開鎖器用於拆下硬標籤，以便重複使用；消碼器產生能量足夠強的電磁場，擊穿軟標籤的薄膜電容而使之無效。圖1是射頻EAS系統的結構示意圖，發射器D發射一個8.2±0.5 MHz的掃頻信號，在門道監視區內A形成一個電磁場，當有標籤的商品進入監視區時，標籤B會產生一個擾亂電磁場的信號，由接收器C檢測出來，產生一個報警聲音信號^[3]。

2 門道檢測器
2.1 發射器
　　門道檢測器包括發射器和接收器。發射器由單片機STC12C2052、DAC0832和LPF產生一個頻率穩定的180 Hz正弦波信號，控制壓控振盪集成電路MC1648產生7.7 MHz～8.7 MHz的掃頻信號，掃頻信號經過電壓放大和功率放大激勵發射天線在門道內產生能量足夠強的高頻電磁場。下面介紹接收器的硬件設計。
2.2 接收器
　　圖2是普通接收器的方框圖。接收天線接收到的掃頻信號經過天線放大器放大和帶通濾波器（中心頻率為8.2 MHz，BW=4 MHz)選擇出掃頻信號；再經過帶AGC功能的電壓放大器放大后分成兩路。一路送入同步通道，FM解調器是由PLL（74HC4046）電路構成的鑑頻器，從掃頻信號中解調出180 Hz正弦波信號，經過脈衝整形電路后，主要為DSP提供一個180 Hz的中斷信號。另一路送入標籤信號處理電路，首先進行包絡檢波，然後經過帶通濾波器（頻率範圍1 kHz～4 kHz）取出標籤信號，再經過A/D轉換，送入DSP。A/D轉換器採用12位模數轉換器ADS7864，DSP處理器採用TMS320F206，片內有4 K字的RAM和32 K字的FLASH，不用外擴存儲器也能滿足該系統。DSP在每次中斷子程序中對標籤信號進行數據采樣和相關算法識別處理，如果有有效標籤信號，則發出聲光報警。

3.2 梳狀濾波技術和滑動基準技術
　　普通帶通濾波器是指在一定頻率範圍內連續頻率信號能夠通過的濾波器。而射頻EAS系統的標籤信號具有週期性(與180 Hz同步信號的週期相同)和諧波性，一般取有限次（如6～20次）諧波進行檢測分析。若採用普通帶通濾波器，選擇出標籤信號的同時，還串入了大量的干擾信號而導致信噪比下降。因此，為進一步壓縮標籤信號的頻帶來抑制干擾信號及提高信噪比，可以引入梳狀濾波器對標籤信號的諧波進行濾波。圖4是遞歸型梳狀濾波器的方框圖^[5]。去掉虛線框部分，就是梳狀帶通濾波器，從Y(n)輸出；加上虛線框部分，就是梳狀帶阻濾波器，從Y₁(n)輸出。

　圖5是利用PROTEUS仿真軟件對遞歸型梳狀帶通/帶阻濾波器的幅頻特性進行仿真的結果，延時單元的延時時間τ_d=5.555 ms，反饋係數g=0.7。由圖5可知：梳狀濾波器的齒峰或齒谷在1/τ_d=180 Hz的諧波點上，改變延時時間τ_d也就改變梳狀譜線的位置。改變反饋係數g的大小，可以改變梳狀譜線的增益和帶寬。g越大，梳狀譜線增益越大，梳狀譜線帶寬越窄，抑制干擾能力越強，信噪比越高。為了防止自激振盪，g的大小一般取0.6～0.7。從圖4可知，遞歸型梳狀濾波器的核心是延時單元Z^-M。延時單元Z^-M可以採用數字混響器（如數字混響集成電路M65831AP）來實現。

　梳狀帶通濾波器可以抑制大部分穩態干擾，但無法抑制與標籤信號諧波重疊的干擾信號。一般地，若標籤信號的諧波都受到強干擾，說明環境干擾已經非常嚴重了。為此射頻EAS系統引入梳狀帶阻濾波器來濾除標籤信號，提取出干擾信號，經過檢波得到直流電壓，這個電壓隨干擾大小變化而變化，它給DSP提供了一個環境干擾程度的基準信號。弱干擾或無干擾時，DSP採用高檢測靈敏度方式對標籤信號進行檢測識別處理；強干擾時，DSP採用低檢測靈敏度方式對標籤信號進行檢測識別處理；當環境干擾強到一定程度時，DSP將封鎖報警。這樣，射頻EAS系統對環境干擾具有自適應能力，從而有效降低了誤報的可能性。這種技術稱為滑動基準技術。
3.3 瞬態脈衝吸收技術
　　瞬態干擾具有突發性、並且其脈衝寬度很窄但幅度很大。帶通濾波器常常在瞬態干擾的衝擊下產生短時間的自激現象，並且可能導致放大器飽和，極易引起EAS系統誤報。為此引入截止型脈衝吸收電路來抑制瞬態干擾，如圖6所示。在正常情況下，V_i沒有瞬態脈衝干擾，K閉合；當環境干擾嚴重時，V_i的瞬態脈衝干擾(正常的標籤信號不會出現瞬態脈衝信號）經過窄脈衝識別電路提取出來，再經過脈衝展寬電路（由NE555組成的單穩態電路）形成較寬（如2 ms）的脈衝，使電子開關K斷開而關閉標籤信號通道，從而徹底消除了瞬態干擾引起的誤報。

本文提出的幾個硬件關鍵技術，使得射頻EAS系統的高頻電路和低頻電路的性能得到全面的改善；結合DSP對標籤信號的自相關、FFT等軟件算法，很好地提高了射頻EAS系統標籤信號的信噪比和抗干擾能力。通過實驗測試，在環境干擾極其嚴重的情況下，射頻EAS系統能夠穩定可靠地工作，特別是能夠很好地抑制無規律的瞬態脈衝干擾導致的誤報。