技术领域：
本发明属于商品防盗硬标签生产加工技术领域，具体是涉及一种适用硬标签机器插磁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rlc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，提出一种适用硬标签机器插磁控制硬标签谐振频率的电路及其控制方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种适用硬标签机器插磁控制电路，包括：
激励信号源模块、精密电阻r1、补偿电容单元、单线圈敏感探头、信号处理模块、控制单元；
所述激励信号源模块用于产生频率为硬标签需要调频的谐振频率f0的交流激励信号；
所述补偿电容单元包括固定电容c0和可调电容cx，所述固定电容c0和可调电容cx并联连接；
所述精密电阻r1的第一端与所述激励信号源模块的输出信号端连接，所述固定电容c0和可调电容cx并联后的第一端与所述精密电阻r1的第二端连接，所述固定电容c0和可调电容cx并联后的第二端与所述单线圈敏感探头的第一端连接，所述单线圈敏感探头的第二端与所述激励信号源模块的信号地电端连接；
所述补偿电容单元总电容c总和单线圈敏感探头等效电感l1在所述谐振频率f0对应的角频率w0时，对应的容抗和感抗大小应相等，即满足w0l1＝1/w0c总。
作为上述技术方案的优选，所述信号处理模块包括差分信号提取单元、有效值检测单元和ad转换单元；
所述差分信号提取单元用来获取精密电阻两端的差分电压信号；
所述有效值检测单元将差分信号提取单元的输出信号变成对应的直流电压输出；
所述ad转换单元将有效值检测单元直流电压输出电压转为数字量给控制单元。
作为上述技术方案的优选，所述控制单元采用msp430单片机。
作为上述技术方案的优选，所述激励信号源模块采用可编程波形发生器ad9833，所述激励信号源模块工作在正弦波输出模式。
作为上述技术方案的优选，所述差分信号提取单元采用差分至单端放大器tl1991。
作为上述技术方案的优选，所述有效值检测单元采用宽带均方根直流转换器ltc1968。
作为上述技术方案的优选，所述ad转换单元采用兼容i2c的16位高精度低功耗模数转换器ads1115。
一种适用硬标签机器插磁控制电路的控制方法，使用时包括如下步骤：
s1：控制单元控制激励信号源模块产生硬标签规定控制的谐振频率f0；
s2：用万用表测量有效值检测单元输出的直流电压，调节可调电容cx，当万用表测量到最大电压值时，停止调节，此时满足w0l1＝1/w0c总；；
s3：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，同时控制单元获取ad转换单元的数字量信号，当数字量信号由小变大，控制单元立刻控制步进电机停止下压，此刻是磁棒插入深度的最佳控制点，之后控制单元控制步进电机反转上升，完成一次插磁调频过程；
s4：重复上述步骤s3，完成多次插磁。
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，采用补偿电容单元设计有效消除传统单线圈检测电路存在频率偏移的问题。在控制磁棒插入过程中，当控制单元检测到ad转换单元数字量信号最小值时就可停止压入磁棒，控制方法简单，本电路及其控制方法为硬标签全自动化生产提供了技术支撑。
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适用硬标签机器插磁控制电路的电路模块连接示意图；
图2为本发明一个实施例的一种适用硬标签机器插磁控制电路的电路示意图；
图3为本发明一个实施例的一种激励信号源单元电路原理图；
图4为本发明一个实施例的一种差分单元电路原理图；
图5为本发明一个实施例的一种真有效值检测单元电路原理图。
图6为本发明一个实施例的一种ad转换单元电路原理图。
图7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，本发明的一种适用硬标签机器插磁控制电路，包括：激励信号源模块、精密电阻r1、补偿电容单元、单线圈敏感探头、信号处理模块、控制单元；
所述激励信号源模块用于产生频率为硬标签需要调频的谐振频率f0的交流激励信号；
所述补偿电容单元包括固定电容c0和可调电容cx，所述固定电容c0和可调电容cx并联连接；
所述精密电阻r1的第一端与所述激励信号源模块的输出信号端连接，所述固定电容c0和可调电容cx并联后的第一端与所述精密电阻r1的第二端连接，所述固定电容c0和可调电容cx并联后的第二端与所述单线圈敏感探头的第一端连接，所述单线圈敏感探头的第二端与所述激励信号源模块的信号地电端连接；
所述补偿电容单元总电容c总和单线圈敏感探头等效电感l1在所述谐振频率f0对应的角频率w0时，对应的容抗和感抗大小应相等，即满足w0l1＝1/w0c总。
所述信号处理模块包括差分信号提取单元、有效值检测单元和ad转换单元。
所述差分信号提取单元用来获取精密电阻两端的差分电压信号。
所述有效值检测单元将差分信号提取单元的输出信号变成对应的直流电压输出。
所述ad转换单元将有效值检测单元直流电压输出电压转为数字量给控制单元。
所述控制单元采用msp430单片机。
所述激励信号源模块采用可编程波形发生器ad9833，所述激励信号源模块工作在正弦波输出模式。
所述差分信号提取单元采用差分至单端放大器tl1991。
所述有效值检测单元采用宽带均方根直流转换器ltc1968。
所述ad转换单元采用兼容i2c的16位高精度低功耗模数转换器ads1115。
本实施例还提供一种适用硬标签机器插磁控制电路的控制方法，其特征在于，使用时包括如下步骤：
s1：控制单元控制激励信号源模块产生硬标签规定控制的谐振频率f0。
s2：用万用表测量有效值检测单元输出的直流电压，调节可调电容cx，当万用表测量到最大电压值时，停止调节，此时满足w0l1＝1/w0c总；s3：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，同时控制单元获取ad转换单元的数字量信号，当数字量信号由小变大，控制单元立刻控制步进电机停止下压，此刻是磁棒插入深度的最佳控制点，之后控制单元控制步进电机反转上升，完成一次插磁调频过程；
s4：重复上述步骤s3，完成多次插磁。
如图2所示，本发明电路工作原理：电子硬标签的电路结构可等效为图2中的右半部分，由l2，c2，r2串联，l2，c2，r2串联的谐振角频率：
r1为所述精密电阻，l1为单线圈敏感探头等效电感，m单线圈敏感探头与并标签线圈电感l2之间的互感系数；
图2中左右电路部分电压电流向量关系如下：
式(2)、(3)中的z1为r1、c总、l1串联总阻抗，z1为r2、c2、l2串联总阻抗。
由式(2-3)可得精密电阻r1两端的电压u0向量为：
显然，在激励信号源us幅值不变的情况下，精密电阻两端的电压与信号源频率w，标签线圈电感l2有关。
本发明中，信号源频率w大小设置为控制目标硬标签谐振频率w0，并通过调节可调电容cx，使得w0l1＝1/w0c总。在这种情况了，式(4)更改为式(5)。
显然根据式(5)可知，插磁过程中l2逐渐增大，在角频率为w0信号源激励下，硬标签总阻抗由容性向感性变化，总阻抗的模先变小后变大，向量u0有效值也先变小后变大，因此本发明在用于硬标签机器插磁控制硬标签谐振频率时，检测到精密电阻r1两端的电压u0最小值即可判定完成插磁控制要求。
本实施例中以生产58khz声磁硬标签机器插磁控制电路为例，一种优选的实施例主要组成电路单元的原理图如图3-6所示。
优选施例中，激励信号源模块采用dds(directdigitalfrequencysynthesis)电路。图3中采用了ad9833芯片，ad9833是adi公司的一款低功耗、dds器件，能够输出正弦波、三角波、方波。ad9833无需外接元件，输出频率和相位可通过软件编程设置，易于调节。其频率寄存器为28位，主频时钟为25mhz时，其精度为0.1hz。本实施例中采用25mhz晶振，提供时钟信号，3个串行接口fsync、sclk、sdata与单片机msp430的输入输出口连接，通过编程设置ad9833芯片输出为58khz正弦波。ad9833芯片引脚10信号输出端电连接精密电阻r1，图2中的单线圈敏感探头等效电感l1可优选市售内径：33mm，外径：39mm，厚度(高)：2.5mm，线径：0.25mm，电感值为480uh的线圈。
优选施例中，差分信号提取单元采用lt1991芯片，lt1991芯片可通过引脚将该器件配置成差分放大器，此芯片中其同相和反相输入端以及输出端上共封装了8只精密电阻，使用时只要对外部引脚进行适当连接，即可实现灵活的增益选择，无须增加外部电阻。本实施例中采用如图4所示，增益设置为4，差分输入信号取自精密电阻r1两端。
优选施例中，有效值检测单元采用ltc1968芯片，ltc1968是一款真正的rms至dc转换器，ltc1968的工作可接受单端或差分输入信号，并准确地支持高至4的峰值因数。在频率小于1％绝对误差(不依赖于电路的幅度稳定度)下可测量高达500khz的正弦波幅度。高达15mhz带宽。如图5所示，差分信号提取单元提取的差分信号rms-1通过ltc1968芯片引脚2输入，ltc1968芯片引脚2接地。
优选施例中，ad转换单元采用ads1115芯片，ads1115是兼容i2c的16位高精度低功耗模数转换器(adc)，ads1115还采用可编程增益放大器(pga)，ads1115可在数据速率高达每秒860个样本(sps)的情况下执行转换。如图6所示，有效值检测单元的输出a0信号，通过ads1115芯片引脚4输入。i2c协议接口scl、sda、可与单片机msp430的输入输出口连接，实现数据通信。
如图7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，检测到精密电阻r1两端的电压u0最小值即可判定完成插磁控制要求，停止步进电机下压，反转上升，完成一次压磁调频。
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。
1.一种适用硬标签机器插磁控制电路，其特征在于，包括：
激励信号源模块、精密电阻r1、补偿电容单元、单线圈敏感探头、信号处理模块、控制单元；
所述激励信号源模块用于产生频率为硬标签需要调频的谐振频率f0的交流激励信号；
所述补偿电容单元包括固定电容c0和可调电容cx，所述固定电容c0和可调电容cx并联连接；
所述精密电阻r1的第一端与所述激励信号源模块的输出信号端连接，所述固定电容c0和可调电容cx并联后的第一端与所述精密电阻r1的第二端连接，所述固定电容c0和可调电容cx并联后的第二端与所述单线圈敏感探头的第一端连接，所述单线圈敏感探头的第二端与所述激励信号源模块的信号地电端连接；
所述补偿电容单元总电容c总和单线圈敏感探头等效电感l1在所述谐振频率f0对应的角频率w0时，对应的容抗和感抗大小应相等，即满足w0l1＝1/w0c总。
2.根据权利要求1所述的一种适用硬标签机器插磁控制电路，其特征在于：所述信号处理模块包括差分信号提取单元、有效值检测单元和ad转换单元；
所述差分信号提取单元用来获取精密电阻两端的差分电压信号；
所述有效值检测单元将差分信号提取单元的输出信号变成对应的直流电压输出；
所述ad转换单元将有效值检测单元直流电压输出电压转为数字量给控制单元。
3.根据权利要求1所述的一种适用硬标签机器插磁控制电路，其特征在于：所述控制单元采用msp430单片机。
4.根据权利要求1所述的一种适用硬标签机器插磁控制电路，其特征在于：所述激励信号源模块采用可编程波形发生器ad9833，所述激励信号源模块工作在正弦波输出模式。
5.根据权利要求2所述的一种适用硬标签机器插磁控制电路，其特征在于：所述差分信号提取单元采用差分至单端放大器tl1991。
6.根据权利要求2所述的一种适用硬标签机器插磁控制电路，其特征在于：所述有效值检测单元采用宽带均方根直流转换器ltc1968。
7.根据权利要求2所述的一种适用硬标签机器插磁控制电路，其特征在于：所述ad转换单元采用兼容i2c的16位高精度低功耗模数转换器ads1115。
8.一种根据权利要求1-7任一所述的一种适用硬标签机器插磁控制电路的控制方法，其特征在于，使用时包括如下步骤：
s1：控制单元控制激励信号源模块产生硬标签规定控制的谐振频率f0；
s2：用万用表测量有效值检测单元输出的直流电压，调节可调电容cx，当万用表测量到最大电压值时，停止调节，此时满足w0l1＝1/w0c总；
s3：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，同时控制单元获取ad转换单元的数字量信号，当数字量信号由小变大，控制单元立刻控制步进电机停止下压，此刻是磁棒插入深度的最佳控制点，之后控制单元控制步进电机反转上升，完成一次插磁调频过程；
s4：重复上述步骤s3，完成多次插磁。
技术总结