摘要
触及精准定位和运送数据的财物盯梢模块，十分合适组成无电池节点的无线传感器网络(WSN)。无电池的网络节点简直能够布置在任何环境中，对保护作业的需求很少乃至没有。为了满意商场对先进无电池传感器标签处理计划日益增长的需求，本文提出一个在无线传感器网络中辨认财物和监测财物移动速度的盯梢体系，无电池的财物标签经过射频无线电力传输(WPT)架构接纳数据通讯所需电能，并选用一个独有的测速办法生成时域速度读数。本文还评测了一款RF WPT供电节点专用体系芯片(SoC)的功用特性和首要功用，提出一个立异的能够处理最高功率转化功率(PCE)与灵敏度彼此敌对和，功率转化功率与最高灵敏度彼此敌对问题的RF-DC转化处理计划，还供应一个能够核算财物辨认和测速所需读取器数量的规划战略和优化模型，做了模型验证测验，并供应了证明本文所提出的先进监控体系可行性的试验成果。
1.前语
物联网(IoT)技能及联网设备和智能处理计划的开发运用，让有望显着改进人们日常日子的新式无线传感器网络(WSN)取得空前开展[1]。无线智能传感器节点估量会出现在与物联网（IoT）相关的一切新式运用范畴[2]。实践上，针对才智城市、家庭自动化、办公自动化，有些企业现已推出了旨在进步服务质量、舒适性、安全性和能效的无线传感器网络渠道[3-9]。由于能够盯梢财物、个人物品等物资的精确方位和运送状况，无线传感器网络仍是财物盯梢运用的抱负挑选[10]。
在这个运用范畴，传感器节点向无线网络发送与财物的存在、品名、方位和移动速度相关的信息。由于体系传输的数据很少，所以对电能和带宽的要求不高。抱负的财物盯梢标签是一种简直能够在任何当地运用的价格低廉、免保护的非一次性设备[11-13]。一个切实有用的财物盯梢处理计划需求内置通讯、感知、信号处理、电源办理和自发电等功用[14,15]，与仅适用于近间隔物品辨认的简略标签应答器比较有很大的不同。
现在，无线传感器节点是一种愈加杂乱的有感知、剖析和通讯功用的设备[16]，不过，它们对电能的需求也变得更大，必需运用电池才干满意供电需求，导致厂商的体系本钱、保护和小型化担负加剧[17]。因而，除了尺度、本钱等要素外，功耗和在最大通讯间隔时的最大吞吐量是无线传感器网络节点最显着的功用特征[2,5]。经过整合高能效通讯计划与低功耗规划，无线传感器网络节点能够将电池寿数延至数月乃至几年[2]，因而，低功耗无线传感器网络规划广泛运用免答应的ISM (工业、医学和科学) 频段的无线协议，例如，ZigBee [18]、Bluetooth和Bluetooth Low Energy（BLE）[19]。尤其是BLE低能耗蓝牙协议，可下降功耗，易于设置，衔接智能设备简略[20-22]。经过战略性的硬件和固件协同规划，以及在终究运用中全面优化无线通讯协议，能够完结低能耗和高能效。传统电池供电体系并非总是最佳处理计划，由于电池会在本钱、分量和尺度方面带来更多的问题，电池寿数和体系保护就更不用说了。此外，电池和超级电容的运用也给体系电源办理带来问题[23,24]。
无线传感器网络的保护问题不仅仅体现在本钱方面；在电气安全和检修便利性方面，保护作业也或许变得十分杂乱，某些作业环境或许太热，致使电池无法安全可靠地供电。在正常工况环境中[25]，经过下降或消除待机功耗，能够大幅下降电池电量的耗费 [26-34]，延伸电池寿数，进一步减缩体系体积，削减保护干涉次数。将射频无线电力传输(WPT)技能用于远间隔无线充电，也能够便利电池供电节点的保护作业[35–40]。虽然这些处理计划能够协助缓解体系保护和小型化相关问题，但不能一下处理悉数问题。在可行的状况下，例如，在运用低占空比传感器的运用中，更可取的处理办法是开发无电池设备，其显着优势对错一次性产品，运用寿数简直无限，本钱效益更高，可用于电池或许会引发风险的环境[41–45]。由于这些原因，无电池处理计划风生水起[43,46–49]，越来越多的工程师挑选包含RF EH和WPT在内的可再生能量搜集(EH)技能。开发高能效的WPT和RF EH运用并非易事，由于即便射频能量无所不在，而且能够发射到视野看不到的当地，但其功率转化功率(PCE)到现在依然很低，针对这个问题，许多研讨人员宣布了极具启发性的论文[50-67]。
本文面向这一研讨范畴，研讨在无线传感器网络基础设施中，在电能发射器(读取器)与射频自供电的无电池BLE标签之间运用RF WPT技能，评论运用无电池BLE标签规划财物盯梢体系所面对的技能应战，并提出相应的处理计划。在读取器和标签的间隔随时改动的动态环境中，标签以某一速度相关于读取器移动。这项研讨的显着特点是，在移动环境中进行RF WPT充电，经过BLE技能传输数据。这项研讨的重点是预算为移动标签接连供电所需最小读取器数量，并介绍无任何电池的传感器怎么经过RF WPT完结自供电，丈量财物移动速度，生成时域读数，并经过物联网机制传输数据。最终，本文供应了财物辨认测速所需的最佳读取器数量、基础设施规划战略和数学模型。
本文具体评论了RF WPT供电节点专用体系芯片(SoC)的要害特性、体系结构和功用特征，供应了具体的测验、模仿仿真和试验成果。本文的结构如下：第2部分从读取器和无电池BLE财物标签的视点介绍体系架构。第3部分评论WPT体系的规划办法，其间包含当体系要害参数给守时，用于求算最佳规划所需最少射频读取器数量的公式和假定。第4部分评论无电池BLE标签速度丈量体系，介绍怎么用RF WPT和无电池BLE标签完结一个能够生成时域读数并经过物联网机制传输信息(速度)的速度丈量体系。第5部分介绍体系设备、试验成果及其与在规划阶段取得的数据的相关性。第6部分是定论。
2.体系阐明
远间隔射频无线电力传输（WPT）体系用于为无电池BLE财物标签长途供电。图1所示是本文提出的财物盯梢体系的框图，该体系架构依据双频体系，WPT输电和数据通讯两个单元运用不同的频率。关于长途电力传输，标签读取器和标签运用无需答应的ISM(工业、科学和医学)频段，载波中心频率868 MHz。读取器与财物标签的数据通讯选用2.4 GHz ISM频段，带宽80 MHz。读取器作业频率的挑选关于电力传输十分重要，这需求在标签和读取器的尺度约束与自由空间途径损耗（FSPL）最小化之间权衡折衷。事实上，尺度约束与自由空间途径损耗最小化这两个要求是彼此敌对的，由于标签尺度很大程度上取决于天线尺度，天线巨细与作业频率成反比，而作业频率又直接影响FSPL功用。依据Friis传输公式[68]，在自由空间中，868 MHz频段典型无线电力传输一米间隔后，传输功率将会衰减30 dB (1/1000)，然后每10 米就会继续衰减20 dB。
比较之下，为读取器挑选2.4 GHz频率将导致传输功率在仅一米传输间隔内就衰减40 dB (1/10,000)或许一个更大量级。这杰出标明，能量传输功率低是RF WPT技能固有缺陷，因而，需求对新架构和规划参数挑选进行继续研讨。虽然存在这些先天不足，射频电力传输依然不失为一个为物联网和无线传感器节点等低功耗设备供电的快捷办法[54,69,70]。数据通讯运用一个BLE射频芯片，由于盯梢体系需求一个契合相关数据交换量和通讯速率规范的超低功耗射频芯片。此外，BLE射频芯片答应天线规划得十分小。实践的BLE读取器是由一个低功耗射频sub-GHz收发器和一个BLE接纳器组成。射频收发器是意法半导体的Spirit1芯片，配有最高输出功率27 dBm的功率放大器，而BLE芯片是意法半导体的契合蓝牙5.0规范的BLE体系芯片BLUENRG-2。标签体系体系架构是由两颗芯片组成。无线电力传输专用体系芯片接纳并转化射频能量，标签数据通讯运用与读取器相同的BLE射频芯片。接纳射频能量的体系芯片对财物盯梢体系功用至关重要，咱们将用数学办法证明，RF-DC转化器的PCE功率和灵敏度功用在确认读取器数量进程中的重要性。
明显，这两个参数功用高会削减所需的读取器数量，然后下降体系全体本钱。本研讨事例中运用的体系芯片是一个2 W自供电芯片，集成一个宽带(350 MHz-2.4 GHz)RF–DC能量转化器，在868 MHz频率时，PCE最大值为37％，输入功率为18 dBm，最大输出电压为2.4V。超低功耗办理单元的静态电流功用是决议体系灵敏度凹凸的要害。图1描绘了该体系芯片的体系架构，组件包含RF-DC转化器、超低功耗办理单元、数字有限状况机（FSM）和DC/DC转化器。外部天线衔接体系芯片的RFin输入引脚，用于捕获射频能量。RF-DC转化器将射频能量转化为直流电能，经过输出引脚Vdc向外部储电电容器Cstorage充电。此外，RF-DC转化器还发生一个直流开路电压Voc，用于间接丈量射频输入功率。Voc和Vdc电压是超低功耗办理单元的输入端，为FSM单元供电。RF-DC转化器、超低功耗办理和FSM这三个单元组成一个闭环。依据Voc信号间接丈量到的输入射频功率，数字信号总线实时更新Nos信号，为RF-DC转化器挑选正确的级数（CMOS倍压电路）。RF-DC转化器、超低功耗办理模块和FSM单元构成的环路履行最大功率点盯梢(MPPT)运算，在射频输入功率改动进程中从射频提取最大的能量。这个原理概念将在第3部分中具体评论。从功用视点看，该体系芯片将从读取器接纳的射频能量转化为直流电压Vdc，充入外部储电电容器Cstorage。在输入功率相同的条件下，静态电流越低，传输到储电电容器的净电流就越大。该体系芯片集成了最小静态电流仅为75 nA的超低功耗办理电路，然后能够节约至少2 W的电能。
图1. 射频无线电力传输体系
图2给出了三种不同的完好的经过三个不同的BLE播送频道发送数据包的BLE播送发射办法。BLE设备装备为无法衔接的无方针播送形式，14 dBm发射功率，发射32字节播送数据包。在此作业形式下，BLE设备未衔接到任何网络，能够播送任何类型的信息，包含环境数据(温度、气压、湿度等)、微方位数据（财物盯梢、零售等）或方向数据（加速度，旋转，速度等）[71]。当标签接纳到读取器发射的能量时，储电电容器充电，Vstor电压开端上升，直到最大值Vh停止。此刻，超低功耗办理单元驱动DC/DC转化器，经过Vout为BLE设备供电。当电压Vout高于BLE设备最低作业电压（1.8 V）时，蓝牙电路激活，然后播送数据信息。由于蓝牙通讯所需电流远高于射频信号转化的电流，所以Cstorage电容器不可避免地会放电。实践上，如图3所示，Cstorage电容器向BLE设备供应的峰值电流是毫安级，而射频能量转化的电流一般是微安级，因而，作业电流远高于搜集转化的电能。
图 2. 体系芯片的功用信号
图 3.低能耗蓝牙(BLE)的电流耗费
BLE设备一旦停止作业，就会当即拉高“ shdnb”信号，触发体系芯片内部的有限状况机(FSM)重置“ en”信号，封闭DC/DC转化器，一同Vout电压下降。由于电压Vout下降，而且BLE设备不再加偏置电压，所以“ shdnb”信号拉低电平，这能够操控储电电容中的电压下降，将其约束在BLE设备的电能要求规模内，这些要求会随BLE设备的播送数据包长度和输出发射功率装备而改动。例如，若BLE设备加2V均匀偏置电压，装备为无法衔接的无方针播送形式，14 dBm发射功率，传输32字节广告数据包，则激活进程时刻估量约2.4毫秒，激活进程均匀电流估量约7.5 mA，发射能耗估量约36J。假如发射输出功率增加到+8 dBm，激活进程预估时刻不会改动，由于这个参数仅与播送数据包的长度有关；激活进程均匀电流估量增加到13.4 mA，因而，发射能耗估量上升到65J。播送数据包长度也会影响BLE发送数据所需电能。若将BLE设备装备为14 dBm发射功率，发送16字节播送数据，则激活进程时刻估量减到2毫秒，激活进程均匀电流估量约7 mA，发射能耗估量约28 J。Vstor的电压降一直坚持在最小值，不受BLE装备改动的影响，因而，体系能够更早地切换到提取能量形式，然后最大程度地下降占空比。这是这款体系芯片的一个独有功用，能够与任何物联网节点树立闭环通讯[72]。在本事例研讨中，作业环境是典型的动态财物盯梢体系，财物相关于读取器以特定速度v移动。需求留意的是，在这种状况下，标签不是停止不动的，而且接纳到的能量不能视为稳定能量。因而，该节点有必要途经若干个
读取器才干完结初始发动，使电压Vstor从0V上升到最大电压Vh，所需读取器的具体数量取决于BLE发射播送数据包所需电能、为储电电容器充电的均匀功率Pav、标签的移动速度v。值得留意的是，标签是移动的，功率Pav不是稳定的，因而，在标签初始发动期间，电压Vstor不是接连上升，而是阶梯式上升。图4所示是电压Vstor在初始发动期间和稳态时的行为特性。该图描绘一个正在向前移动的标签，但值得留意的是，标签的移动方向与无线电力传输进程无关。能够观察到，该节点有必要途经若干个读取器才干完结初始发动，所需读取器的具体数量取决于BLE发射信标所需的能量、标签接纳到可用的射频能量、标签的移动速度v。尔后，读取器射频能量转化的电流和BLE射频电流对Cstorage电容器替换充放电，两种电流的强度都十分不均衡。下一部分将评论体系规划，包含一些规划见地，并评论怎么依据BLE射频所需的能量和标签移动速度等已知体系规范，推导出读取器尺度和最小设备数量。下一部分还从灵敏度和PCE方面评论影响RF-DC功用的要素。
图 4. 无线电力传输和Vstor 的联系改动
3.体系规划
本文的首要研讨意图是怎么将基础设施本钱降至最低，基础设施本钱与读取器的设备数量直接相关。图4标明，完结初始发动所需读取器的数量NoR与两个参数相关：一个是电压Vstor能够到达的最大值Vh，另一个是标签每次跨过读取器间隔Dx后电压增量DVstor，如下面的公式所示：
Vstor的增量电压DVstor与RF-DC转化器输出的均匀电流Iavg以及标签跨过读取器间隔Dx所用时刻Dt相关，如以下公式所示：
其间Cstorage是储电电容。在财物运送体系中，物体的移动速度v坚持稳定。因而，能够假定：
实践上，公式(5)在对体系功用有影响的基本参数之间树立起一个有用的联系，为规划体系重要参数供应了有价值的见地，能够协助规划人员挑选最佳的体系架构，取得最佳的功用。该公式标明，在储电电容Cstorage、电压Vstor的最大值Vh和标签速度v给守时，经过最大化Iavg和Dx的乘积能够完结最佳功用。参数Iavg和Dx都与RF-DC转化器的规划和架构有关。实践上，Iavg是RF-DC转化器输出的均匀电流，电流值与PCE功用有关，因而，若发射功率已定，则PCE越高， Iavg电流值就越大。Dx取决于RF-DC转化器的灵敏度功用，因而，灵敏度功用越高，读取器间隔就越大。为了削减读取器数量，有必要将灵敏度和PCE双双进步。财物盯梢体系中的无线电力传输需求处理千差万别的功率状况。事实上，依据读取器与标签的间隔、天线方向、发射通道数量，输入功率在从极低到较高的规模内改动，更严峻的是，可用输入功率巨细或许是随机改动的。
在本文提出的体系中，财物标签在经过读取器时需求处理输入功率的巨大改动。当坐落读取器扫描规模的最远端时，标签接纳到能量很小；跟着标签逐步挨近读取器，收到的能量越来越高。规范RF-DC转化器体系结构仅优化标签间隔读取器相对较远时的接纳灵敏度，不适用本文提出的体系。同理，仅优化标签在某一特定输入功率时的PCE功用，虽然当标签挨近读取器时作用杰出，但也不胜任本文提出的体系。当然，在静态作业条件下，读取器和标签之间的间隔是固定并已知的，这些处理计划或许作用抱负，但在动态作业条件下则差强人意。不幸的是，关于典型的RF-DC电路架构，很难一同优化灵敏度和PCE功用，由于这两个参数往往是彼此敌对的。
因而，动态体系需求具有运用MPPT技能在较大规模内动态盯梢可用能量的才能[73-78]。一切的MPPT技能都有一个一同的要求，便是丈量输入功率。可是，这在超低功率环境中并不是一项简略的作业，由于这个功用不可避免地会耗费更多的电能，并有或许进一步下降体系的PCE功率，这也是为什么在被搜集能量十分低的状况下，一般很难确认MPPT电路是否有运用价值的原因。关于这一专题，参考文献[79]提出了一种立异技能，介绍了怎么经过监测仿制和空载的通用能量采集器(RF-DC转化器)的输出DC开路电压，有用、动态地盯梢标签接纳到的输入功率。
CMOS RF-DC转化器的典型结构是一系列级联倍压器，即经典的两级Dickson电荷泵[80]。到达体系要求的灵敏度功率值必需运用多级电荷泵。此外，在给定输入功率值Pin时，电路PCE功用一般是最大值，Pin取值十分挨近或在大多数状况下便是灵敏度功率值。体系使输出DC电压坚持固定，一般运用最大答应电压。可是，假如输出DC电压稳定，而且级数NoS坚持不变，则跟着输入功率变高，电路不再是最抱负状况，能效将会下降。如图5所示，这是一个依据6级RF-DC转化器的体系，射频功率分为三个等级：P1 = 18 dBm（灵敏度功率值），P2 = 12 dBm和P3 = 6 dBm。
图5. 静态RF-DC转化器的功率转化功率(PCE) 与DC输出电压联系
因而，如图6所示，为了坚持最高的灵敏度功用，一同康复和优化PCE功用，必需依据已知输入功率Pin改动转化器的级数NoS。此外，图6还给出了一个三级RF-DC转化器的三种不同设置，即N1 = 6，N2 = 4和N3 =2。当级数最高时，NoS = N1 = 6，PCE数值在最低输入功率Pin= P1 = 18 dBm时最大。假如功率增加到Pin = P2 = 12 dBm，经过将级数削减到NoS = N2 = 4，能够完结最大PCE。当输入功率进一步增加到Pin = P3 = 6 dBm时，要想取得最高 PCE，级数有必要减到NoS = N3 = 2。
图6. 动态RF-DC转化器的功率转化功率(PCE) 与DC输出电压联系.
图7. 在868 MHz时 PCE与输入功率的联系.
在本文提出的体系中，依照本文提出的规划主张，RF-DC转化器选用868 MHz频率。有限状况机（FSM）电路宣布数字信号NoS，用于确认RF-DC转化器的最佳级数，如图1所示。超低功耗办理单元经过开路电压Voc信号丈量输入接纳功率。这些功用使体系在灵敏度和PCE功用之间找到最佳平衡点。
当无电池BLE标签跨过读取器间隔Dx时，Cstorage电容器的瞬间充电电流Idc(x)不是稳定电流，而是读取器与标签之间的间隔x的函数。因而，下面是无电池BLE标签跨过读取器间隔Dx时接纳到的均匀充电电流Iavg的核算公式：
Idc(x)是接纳到的瞬间电流，电流巨细与以下要素相关：发射功率、接纳和发射天线的增益、读取器与节点之间的最小和最大间隔Dy和Dmax、RF-DC转化器的作业频率和 PCE功率。图8是RF-DC转化器的接纳瞬时电流Idc(x)与间隔x的联系图，其间读取器与节点之间的最小间隔Dy为0.5 m，RF-DC转化器灵敏度答应读取器与节点之间最大间隔Dmax为1.5 m。表征测验频率868 MHz，读取器发射功率设为27 dBm。功率发射器和射频能量搜集器均装有Laird的Revie Pro天线[81]。
图8. 在868 MHz时RF-DC输出电流与标签至读取器间隔的联系
4.速度丈量
本部分介绍怎么丈量一个装备无电池BLE标签的财物，以稳定速度v经过财物盯梢体系时的速度。测速场景与图4所示的场景相同，财物标签经过多个排成一条直线的间隔持平的射频读取器。下面是标签速度v的核算公式：
公式(7)表明怎么依据BLE标签发射第一个数据包时所穿过的读取器数量NoR来预算财物的移动速度，其间Vh、Iavg、Dx、Cstorage等参数都在体系规划阶段就确认下来了。
在实践体系中，这个公式相当于在无电池BLE标签完结初始发动，向读取器发送数据后，得悉已收到标签数据的读取器的序号。经过核算已收到RSSI(最高接纳信号强度)信号的读取器的数量,能够确认读取器序号。将RSSI与BLE播送数据包中包含的发射功率信息一同运用，还能够确认信号的途径损耗，并经过下面的公式确认设备的间隔：
这个核算成果能够协助优化定速财物运送体系（例如传送带）的本钱。这种办法的长处是不需求专门的传感器来检测物体的移动速度，由于该信息是体系固有参数。实践上，能够经过得悉读取器检测到的RSSI以及标签初次发射数据时所经过的读取器的数量，来估量财物的运送速度。因而，经过在BLE读取器和无电池BLE财物标签之间完结一个简略的RF WPT，该体系能够一同完结财物辨认、速度检测和操控功用，而无需设备硬件速度传感器。
5.试验成果
出于试验意图，本文提出的盯梢体系被开宣布来并进行了测验。实践体系规则读取器与标签的最小间隔Dy = 0.4 m。体系芯片的试验表征成果显现，在读取器与标签的最大间隔Dmax = 1.5 m时，均匀电流为1 A，依据公式（9），算出读取器间隔Dx是2.9 m
标签BLE芯片加2V偏置电压，装备为无法衔接的无方针播送形式，发射32字节播送数据包，输出功率14 dBm，如前文所述，在这种装备下，BLE的能耗EBLE估量约36 J，即BLE芯片从Cstorage电容器中耗费36 J电能。依据公式（10），为了最小化Cstorage电容值，电压Vstor的最大值Vh尽或许挑选最高值，而最小值Vl尽或许挑选最低值。因而，Vh = 2.4 V是由体系芯片的130 m CMOS技能所答应的最大作业电压界说的。设定Vl= 2V，是为了给BLE芯片加1.8V偏置稳压，给DC/DC转化器的功率级供应200 mV的电压裕量。
为了供应一些功率裕量和更多的能量，以便可挑选性地激活其它嵌入式传感器，在标签中运用了一个330 F的Cstorage电容器。试验设备包含四个读取器、便携式示波器、机器人和无电池BLE标签。把读取器摆放成正方形，相邻读取器2.9 米等长间隔。每个读取器都设为27 dBm发射功率。在丈量进程中，标签衔接便携式示波器，经过机器人恒速与读取器平行移动，标签与读取器的间隔Dy坚持稳定。在0.05 m/s、0.1 m/s、0.2 m/s三种不同的稳定速度下别离丈量数次。图9-11所示的波形描绘了在初始发动及今后的进程中电压Vstor的改动状况。这些数据是从其间一次丈量中提取的，并给出了示波器获取的试验数据。这些图表还给出了依据标签速度v、读取器间隔Dx、RF-DC转化器输出的均匀电流Iavg、Vstor电压最大值Vh和储电电容等试验条件
此外，这些图表还给出了经过公式（5）核算出的理论上的读取器数量NoR。这些试验成果与曾经的试验丈量值有杰出的相关性。还能够观察到，在初始发动期间，电压Vstor不会接连上升，而是依据标签的移动速度阶梯式上升。由于标签接连经过四个读取器，因而，标签在初始发动后继续坚持充电和发射状况。充放电形式似乎是不规则的，而且不是周期性的，由于在标签经过读取器的进程中，Cstorage电容的瞬间充电电流跟着标签的移动而改动。因而，能够观察到，当标签逐步挨近读取器时，电压Vstor的上升速率十分快，而当标签逐步远离读取器时，上升速率较慢。充电电流的不接连性是发生不规则且非周期性的充放电形式的原因，这与经过WPT为停止标签充电的状况彻底不同。这些图表证明公式（5）的预算成果是正确的。在财物盯梢体系中，初始发动是指财物第一次被盯梢辨认的事情，完结初始发动阶段所需的读取器数量NoR与财物移动速度v相关，速度v越高，所需读取器数量NoR越多。最终，标签发射被盯梢财物的ID，读取器接纳信息，并发送到WSN网络。
图9.标签以0.05 m/s的速度穿过读取器的试验成果
图10.标签以0.1 m/s的速度穿过读取器的试验成果
图11.标签以0.2m/s的速度穿过读取器的试验成果
体系功用验证测验是在有工业传送带的实践环境中进行的。试验设备包含一条传送带、六个便携式读取器、无电池BLE标签和便携式示波器。传送带长18 m，六个读取器设为接连发射功率27 dBm，并沿传送带一边等间隔摆放放置，读取器间隔Dx = 2.9 m，读取器与标签间隔Dy = 0.4 m，如图12所示。图13是标签和丈量标签的便携式示波器。在完结初始发动阶段前，标签一直在读取器之间往复移动。在第一个试验中，标签设备了一个330 F的Cstorage电容器，在跨过第 33个读取器后，完结初始发动阶段，与公式（5）的核算成果相符。在第二个试验中，Cstorage电容降到100 F，跳过13个读取器后初始发动成功，彻底契合公式（5）的核算成果。
这些试验重复做三遍，试验成果相同。
图12.试验设备：读取器的放置和设备在传送带上的标签及标签所连的示波器。
图13.试验设备：设备在传送带上的标签及标签所连示波器。
6.定论
本文具体介绍了一个依据RF WPT技能的无电池BLE标签财物盯梢体系，研讨意图是探究有助于最大程度削减射频读取器数量的规划见地和最佳处理计划。本着这个研讨意图，本文挑选了依据WPT和BLE通讯的体系架构，提出一个运用最大电压Vh、RF-DC转化器的灵敏度和PCE、标签的移动速度、能耗等体系参数，核算所需最少读取器数量NoR的数学模型。本文还开发一个体系规划办法，并选用该办法核算读取器的最小数量。数学模型还针对专门规划和表征的RF-DC转化器的特定电路体系结构，供应了体系规划见地和辅导准则。此外，本文还供应了无电池BLE财物盯梢标签的速度和读取器数量之间的数学联系。最终，为证明试验成果与所提出模型之间的一致性，所提出的核算最小读取器数量和丈量速度的办法的可行性，本文进行了实践体系测验。
