第2章-EPC和RFID技術PPT優(yōu)秀課件

1、內(nèi)容提要： 物聯(lián)網(wǎng)時代，如何將“現(xiàn)實的世界萬物”與 “虛擬的互聯(lián)網(wǎng)”連接起來？ 標簽技術是實現(xiàn)無接觸的信息傳遞。 本章介紹EPC與RFID這兩種關鍵技術 2.1 EPC編碼編碼 2.1.1 EPC編碼協(xié)議 2.1.2 EPC系統(tǒng)結構 2.1.3條形碼技術 2.1.4條形碼、RFID和EPC區(qū)別 2.2 RFID系統(tǒng)系統(tǒng) 2.2.1應答器原理 2.2.2閱讀器 2.2.3 RFID天線 2.2.4 RFID中間件 本章內(nèi)容 問題探究：問題探究： 1. EPC-64,EPC-96,256三種編碼的原理與范圍？三種編碼的原理與范圍？ 2. 二進制編碼原理、二進制編碼原理、ASCII編碼、曼徹斯特編碼

2、編碼、曼徹斯特編碼 GB2312作拓展性探究。作拓展性探究。 任務實踐：任務實踐： 1.一維條形碼商品的輸入輸出應用一維條形碼商品的輸入輸出應用 2.二維碼（手機）掃描應用舉例分析二維碼（手機）掃描應用舉例分析 2.1 EPC編碼 2.1.1 EPC2.1.1 EPC編碼協(xié)議編碼協(xié)議 1999美國麻省理工學院一位教授提出了EPC開放網(wǎng) 絡構想，在國際條碼組織(EAN.UCC)寶潔公司 (P&G)、吉利、可口可樂等83家跨國公司的支持下， 于2003正式成立了EPC全球組織，沃爾瑪2005年1 月開始使用EPC電子標簽。 EPC統(tǒng)一了世界范圍內(nèi)的商品的標識編碼規(guī)則，應 用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中。前編碼類

3、弄有三種：64位、 96位和256位。 2.1.2 EPC系統(tǒng)結構 EPC系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成: 三部分六個方面三部分六個方面 1.產(chǎn)品電子編碼體系：產(chǎn)品電子編碼體系： EPCEPC編碼標準編碼標準 2.射頻識別系統(tǒng)：射頻識別系統(tǒng)： 1）ECP標簽標簽 2)識讀器識讀器 3.高層信息網(wǎng)絡系統(tǒng)：高層信息網(wǎng)絡系統(tǒng)： 1）Savant:神經(jīng)網(wǎng)絡軟件神經(jīng)網(wǎng)絡軟件 2）ONS:對稱名稱解析服務對稱名稱解析服務 3）PML:實體標記語言實體標記語言 2.1.3 條形碼技術 條碼技術條碼技術是集編碼、印刷、識別、數(shù)據(jù) 采集和處理為一身的新型自動識別與 數(shù)據(jù)采集技術其核心部分是條形碼條形碼。 包括： 一維條形碼

4、二維條形碼 條形碼技術：一維條形碼 一維條碼一維條碼是由一組規(guī)則排列的條、空以及對應的字 符組成的標記。普通的一維條碼在使用過程中僅作為識 別信息，它的意義是通過在計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中提取 相應的信息而實現(xiàn)的。 一個完整的條碼的組成次序依次為：靜區(qū)（前）、起始 符、數(shù)據(jù)符、（中間分割符，主要用于EAN碼）、(校驗 符)、終止符、靜區(qū)（后）。 一維條形碼：譯碼原理 激光掃描儀通過一個激光二極管發(fā)出一束光線，照射到一個旋轉(zhuǎn)的棱鏡或 來回擺動的鏡子上，反射后的光線穿過閱讀窗照射到條碼表面，光線經(jīng)過 條或空的反射后返回閱讀器，由一個鏡子進行采集、聚焦，通過光電轉(zhuǎn)換 器轉(zhuǎn)換成電信號，該信號將通過掃描期或

5、終端上的譯碼軟件進行譯碼。 條形碼技術：二維條形碼 二維碼二維碼在水平和垂直方向的二維空間存儲信 息的條碼。二維碼具有條碼技術的一些共性： 可直接顯示英文、中文 、數(shù)據(jù)、符號、圖形； 存儲數(shù)據(jù)1K字符。保密性高（可加密）。信息 量大、修正錯誤能力強、可靠性高、成本低。 在代碼編制上利用0”、“1”比特流的概念， 使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示 文字數(shù)值信息，通過圖象輸入設備或光電掃描 設備自動識讀以實現(xiàn)信息自動處理。 條形碼技術：二維條形碼 目前，世界上應用最多的二維條碼符號有Aztec Code、 PDF147、DataMatrix、QR Code、Code16K等。 Code 1

6、6K DataMatrix PDF147 Aztec Code QR Code 一維條形碼與二維條形碼的比較 一維條形碼特點：一維條形碼特點： 可直接顯示內(nèi)容為英文、 數(shù)字、簡單符號； 貯存數(shù)據(jù)不多，主要依靠 計算機中的關聯(lián)數(shù)據(jù)庫： 保密性能不高； 1.損污后可讀性差。 二維條形碼特點：二維條形碼特點： 可直接顯示英文、中文、 數(shù)字、符號、圖型； 貯存數(shù)據(jù)量大，可存放1K 字符，可用掃描儀直接讀 取內(nèi)容，無需另接數(shù)據(jù)庫； 保密性高（可加密）， 1.安全級別最高時，損污 50%仍可讀取完整信息。 2.2 RFID系統(tǒng) RFID是射頻識別技術（Radio Frequency Identificat

7、ion）的 英文縮寫,利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場） 實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的。 它是20世紀無線電技術理論應用的最重要成就之一。 RFID系統(tǒng)主要由： 應答器、閱讀器、高層（信息管理決策系統(tǒng)）組成。應答器、閱讀器、高層（信息管理決策系統(tǒng)）組成。 補充： RFID技術參考教材 RFID系統(tǒng)系統(tǒng)由五個組件構成，包括：傳送器、接收器、微處理器、 天線、標簽。傳送器、接收器和微處理器通常都被封裝在一起，又統(tǒng)稱 為閱讀器(Reader)，所以工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為為閱讀器、天線和 標簽三大組件，這三大組件一般都可由不同的生廠商生產(chǎn)。 表2-4 RFID的技術

8、發(fā)展 2.3.1 應答器（標簽） 應答器：應答器：RFID系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息存儲的的電子信息載體。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息存儲的的電子信息載體。 如：銀行卡、飯卡、會員卡，如：銀行卡、飯卡、會員卡，Ic卡等卡等 標簽（標簽（Tag）是由耦合元件、芯片及微型天線組成，每個標簽內(nèi)部存 有唯一的電子編碼，附著在物體上，用來標識目標對象。標簽進入RFID閱 讀器掃描場以后，接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流獲得的能 量發(fā)送出存儲在芯片中的電子編碼（被動式標簽），或者主動發(fā)送某一頻 率的信號（主動式標簽）。 電可擦可編程只讀存儲器（電可擦可編程只讀存儲器（EEPROM）：一般射頻識別系統(tǒng)主要采用 EEPROM方

9、式。這種方式的缺點是寫入過程中的功耗消耗很大，使用壽命 一般為100,000次 鐵電隨機存取存儲器（鐵電隨機存取存儲器（FRAM）: 與EEPROM相比，F(xiàn)RAM的寫入功耗消耗 減小100倍，寫入時間甚至縮短1000倍。FRAM屬于非易失類存儲器。然而， FRAM由于生產(chǎn)方面的問題至今未獲得廣泛應用。 靜態(tài)隨機存取存儲器（靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）: SRAM能快速寫入數(shù)據(jù)，適用于微波系統(tǒng)， 但SRAM需要輔助電池不間斷供電，才能保存數(shù)據(jù)。 應答器（標簽）：存儲方式 被動式標簽（被動式標簽（Passive Tag）：因內(nèi)部沒有電源設備又被稱為無源標簽。被 動式標簽內(nèi)部的集成電路通過接收由閱

10、讀器發(fā)出的電磁波進行驅(qū)動，向閱 讀器發(fā)送數(shù)據(jù)。 主動標簽（主動標簽（Active Tag）:因標簽內(nèi)部攜帶電源又被稱為有源標簽。電源設 備和與其相關的電路決定了主動式標簽要比被動式標簽體積大、價格昂貴。 但主動標簽通信距離更遠，可達上百米遠。 半主動標簽半主動標簽（Semi-active Tag）:這種標簽兼有被動標簽和主動標簽的所有 優(yōu)點，內(nèi)部攜帶電池，能夠為標簽內(nèi)部計算提供電源。這種標簽可以攜帶 傳感器，可用于檢測環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、是否移動等。然而和主動 式標簽不同是它們的通信并不需要電池提供能量，而是像被動式標簽一樣 通過閱讀器發(fā)射的電磁波獲取通信能量。 應答器（標簽）分類 體積小

11、且形狀多樣體積小且形狀多樣：RFID標簽在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需 要為了讀取精度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。 耐環(huán)境性耐環(huán)境性：紙張容易被污染而影響識別。但RFID對水、油等物質(zhì)卻有極強 的抗污性。另外，即使在黑暗的環(huán)境中，RFID標簽也能夠被讀取。 可重復使用可重復使用：標簽具有讀寫功能，電子數(shù)據(jù)可被反復覆蓋，因此可以被回 收而重復使用。 穿透性強穿透性強：標簽在被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包裹的情 況下也可以進行穿透性通訊。 數(shù)據(jù)安全性數(shù)據(jù)安全性：標簽內(nèi)的數(shù)據(jù)通過循環(huán)冗余校驗的方法來保證標簽發(fā)送的數(shù) 據(jù)準確性。 RFID標簽與條形碼相比的優(yōu)點？ 2.2.2 R

12、FID-閱讀器 閱讀器閱讀器是RFID系統(tǒng)最重要也是最復雜的一個組件。閱讀器可 以通過標準網(wǎng)口、RS232串口或USB接口同主機相連，通過天天 線線同RFID標簽（應答器應答器）通信。為了方便，閱讀器和天線以及 智能終端設備會集成在一起形成可移動的手持式閱讀器。 2. RFID閱讀器參數(shù) 1) 工作頻率 2) 作用距離 3) 數(shù)據(jù)傳輸速率 4) 安全要求:加密和身份認證 5) 存儲容量 6) 系統(tǒng)連通性 7) 多電子標簽同時識讀性 低頻低頻（LF）范圍為30kHz-300kHz，RFID典型低頻工作頻率有125kHz和 133kHz兩個，該頻段的波長大約為2500m。低頻標簽一般都為無源標簽，

13、 其工作能量通過電感耦合的方式從閱讀器耦合線圈的輻射場中獲得，通信 范圍一般小于1米。除金屬材料影響外，低頻信號一般能夠穿過任意材料的 物品而不降低它的讀取距離。 高頻高頻（HF）范圍為3 MHz -30 MHz，RFID典型工作頻率為13.56MHz,該頻率 的波長大概為22米，通信距離一般也小于1米。該頻率的標簽不再需要線圈 繞制，可以通過腐蝕活著印刷的方式制作標簽內(nèi)的天線，采用電感耦合的 方式從閱讀器輻射場獲取能量。 工作頻率與作用距離工作頻率與作用距離 超高頻超高頻（UHF）范圍為300MHz-3GHz，3GHz以上為微波范圍。 采用超高頻和微波的RFID系統(tǒng)一般統(tǒng)稱為超高頻RFID系

14、統(tǒng)，典 型的工作頻率為：433MHz，860-960MHz，2.45GHz，5.8GHz， 頻率波長大概在30厘米左右。嚴格意義上，2.45GHz和5.8GHz 屬于微波范圍。 超高頻標簽可以是有源標簽與無源標簽兩種， 通過電磁耦合方式同閱讀器通信。通信距離一般大于1米，典 型情況為4-6米，最大可超過10米。 工作頻率與作用距離工作頻率與作用距離( (續(xù)續(xù)) ) 3. RFID閱讀器的組成 圖2-14 閱讀器基本組成模塊 4. 閱讀器與應答器的耦合方式 圖2-15 電感耦合 電路感應電動勢的大小與穿過這一電路的磁通量的變化率 正成比：E=n(/t) 例2-1對于一個RFID標簽，內(nèi)部有50匝

15、線圈繞制而成的 天線線圈，讀寫器周圍磁通的變化率為0.004Wb/s,試 計算在電子標簽的天線兩端能產(chǎn)生多大的感應電動勢？ 解：解： 根據(jù)公式：E=n(/t)得： E=n(/t)=50*0.004Wb/s=0.2V 5. 數(shù)據(jù)信息的編碼與調(diào)制（討論講座） 2.2.3 RFID技術：天線部分 天線天線同閱讀器相連，用于在標簽和閱讀器之間傳遞射頻信號。 閱讀器可以連接一個或多個天線，但每次使用時只能激活一個 天線。RFID系統(tǒng)的工作頻率從低頻到微波，這使得天線與標簽 芯片之間的匹配問題變得很復雜。 例2-2并聯(lián)諧振回路如圖,已L=180H,C=140pF,r=10 試求：1)該回路的諧振頻率f0,

16、品質(zhì)因數(shù)Q及諧振電阻Rp 2) f= 10kHz, 50kHz時并聯(lián)回路的等效阻抗及相移。 解：解： 根據(jù)公式2-17,2-19,2-20, 2-23,2-24代入可求。 (5)RFID電感耦合射頻天線計算 1）串聯(lián)諧振回路p37 2）并聯(lián)諧振回路p39 本章小結 EPC編碼 條形碼的分類，一維條形碼的組成，二維條形碼與一維條形碼的比較 RFID的概念與現(xiàn)狀。 RFID系統(tǒng)的組成，RFID標簽的優(yōu)點和特點，RFID標簽的存儲方式及分 類，RFID系統(tǒng)的常見頻率及其優(yōu)缺點。 RFID標簽沖突及防沖突算法的概念，防沖突算法分類，詳細描述基于幀 的分時隙的ALOHA協(xié)議，Q協(xié)議、隨機二進制樹協(xié)議和查

17、詢二叉樹協(xié)議。 以上各種協(xié)議的優(yōu)缺點。 光學字符識別光學字符識別（Optical Character Recognition， OCR），是模式識別（Pattern Recognition，PR）的一 種技術，目的是要使計算機知道它到底看到了什么， 尤其是文字資料。OCR技術能使設備通過光學機制 識別字符。 語音識別語音識別研究如何采用數(shù)字信號處理技術自動 提取及決定語言信號中最基本有意義的信息，同時 也包括利用音律特征等個人特征識別說話人。 光符號識別 語音識別 虹膜識別 指紋識別 IC卡 條形碼 補充閱讀：自動識別技術舉例 語音識別框架：典型的模式識別系統(tǒng) 構詞規(guī)則 同音字判決 語法語義

18、背景知識 預處理 聲學參數(shù) 分析 測度估計 失真測度 語音庫 判決 專家知識庫 訓練 識別 結果 反混疊失真濾波器 預加重器 端點檢測 噪聲濾波器 歐氏距離 似然比測度 語音 信號 輸入 虹膜識別：合適的生物特征 虹膜識別虹膜識別是當前應用最方便精確的生物識別技術， 虹膜的高度獨特性和穩(wěn)定性是其用于身份鑒別的基礎。 指紋識別技術處理流程： 通過特殊的光電轉(zhuǎn)換設備和計算機圖像處理技術，對活 體指紋進行采集、分析和比對，可以迅速、準確地鑒別 出個人身份。系統(tǒng)一般主要包括對指紋圖像采集、指紋 圖像處理、特征提取、特征值的比對與匹配等過程。 IC卡技術 IC卡卡（Integrated Circuit Card），即“集成電路卡”在 日常生活中已隨處可見。實際上是一種數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)， 如有必要還可附加計算能力。 一個標準的IC卡應用系統(tǒng)通常包括：IC卡、IC卡接口 設備（IC卡讀寫器）、PC，較大的系統(tǒng)還包括通 信網(wǎng)絡和主計算機等，如圖所示。 IC卡：分類 邏輯加密卡有一定的安全保