基于RFID智能倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、基于RFID智能倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計基于RFID智能倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計目 錄第一章 緒論51.1自動識別技術(shù)簡介51.2 RFID 技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展61.2.1 RFID技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀61.2.2 RFID技術(shù)的發(fā)展方向7第二章 RFID 技術(shù)概述92.1 RFID 技術(shù)簡介92.1.1 什么是射頻識別技術(shù)92.1.2射頻識別技術(shù)發(fā)展歷史102.1.3射頻識別技術(shù)的發(fā)展102.2 RFID 系統(tǒng)的分類112.2.1 根據(jù)標(biāo)簽的供電形式分類112.2.2 根據(jù)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信方式分類112.2.3 根據(jù)工作頻率分類112.2.4 根據(jù)標(biāo)簽的可讀性分類112.2.5 根據(jù)RFID系統(tǒng)標(biāo)簽

2、和讀頭之間的通信工作時序分類112.3 RFID技術(shù)的優(yōu)勢122.4 RFID 技術(shù)的應(yīng)用122.4.1 無源RFID技術(shù)123.1 RFID 系統(tǒng)組成163.1.1 閱讀器163.1.2 天線163.1.3 電子標(biāo)簽163.1.4 RFID 中間件173.1.5 RFID 應(yīng)用系統(tǒng)軟件173.2 RFID 系統(tǒng)工作原理17第四章 RFID 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)編碼與防沖突技術(shù)184.1 編碼與校驗184.1.1 RFID 系統(tǒng)通信模型184.1.2 RFID數(shù)據(jù)傳輸常用編碼格式184.1.3 RFID傳輸數(shù)據(jù)校驗214.2 防沖突技術(shù)214.2.1RFID系統(tǒng)的沖撞問題214.2.2 防沖突算法研究

3、214.2.3 動態(tài)調(diào)整二進(jìn)制樹形搜索法224.2.4算法的復(fù)雜度分析25第五章 基于RFID 技術(shù)的倉儲管理系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)275.1 倉儲管理現(xiàn)狀275.2倉儲管理的發(fā)展方向275.3 基于RFID 技術(shù)的倉儲管理系統(tǒng)總體設(shè)計方案285.3.1 RFID技術(shù)的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)285.3.2 RFID技術(shù)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)295.1 本論文的主要工作335.2 未來工作展望33參考文獻(xiàn)35致 謝36第一章 緒論 在我們的現(xiàn)實生活中,各種各樣的活動或者事件都會產(chǎn)生這樣或者那樣的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)包括人的、物質(zhì)的、財務(wù)的,也包括采購的、生產(chǎn)的和銷售的,這些數(shù)據(jù)的采集與分析對于我們的生產(chǎn)或者生活決策來講是十分重要

4、的。如果沒有這些實際工況的數(shù)據(jù)支援,生產(chǎn)和決策就將成為一句空話,將缺乏現(xiàn)實基礎(chǔ)。 在計算機(jī)信息處理系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)的采集是信息系統(tǒng)的基礎(chǔ),這些數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)系統(tǒng)的分析和過濾,最終成為影響我們決策的信息。 在信息系統(tǒng)早期,相當(dāng)部分?jǐn)?shù)據(jù)的處理都是通過人工手工錄入,這樣,不僅數(shù)據(jù)量十分龐大,勞動強(qiáng)度大,而且數(shù)據(jù)誤碼率較高,也失去了實時的意義。為了解決這些問題,人們就研究和發(fā)展了各種各樣的自動識別技術(shù),將人們從繁沉的重復(fù)的但又十分不精確的手工勞動中解放出來,提高了系統(tǒng)信息的實時性和準(zhǔn)確性,從而為生產(chǎn)的實時調(diào)整,財務(wù)的及時總結(jié)以及決策的正確制定提供正確的參考依據(jù)。 在當(dāng)前比較流行的物流研究中,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動識

5、別與實時采集更是物流信息系統(tǒng)(LMIS,Logistics Management Information System)的存在基礎(chǔ),因為,物流過程比其他任何環(huán)節(jié)更接近于現(xiàn)實的物,物流產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)比其他任何工況都要密集,數(shù)據(jù)量都要大。 那么,究竟什么是自動識別技術(shù)(auto identification)呢? 自動識別技術(shù)就是應(yīng)用一定的識別裝置,通過被識別物品和識別裝置之間的接近活動,自動地獲取被識別物品的相關(guān)信息,并提供給后臺的計算機(jī)處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)。舉例說明。商場的條形碼掃描系統(tǒng)就是一種典型的自動識別技術(shù)。售貨員通過掃描儀掃描商品的條碼,獲取商品的名稱、價格,輸入數(shù)量,

6、后臺POS系統(tǒng)即可計算出該批商品的價格,從而完成顧客的結(jié)算。當(dāng)然,顧客也可以采用銀行卡支付的形式進(jìn)行支付,銀行卡支付過程本身也是自動識別技術(shù)的一種應(yīng)用形式。 自動識別技術(shù)是以計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)技術(shù),它是信息數(shù)據(jù)自動識讀、自動輸入計算機(jī)的重要方法和手段,歸根到底,自動識別技術(shù)是一種高度自動化的信息或者數(shù)據(jù)采集技術(shù)。 自動識別技術(shù)近幾十年在全球范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展,初步形成了一個包括條碼技術(shù)、磁條磁卡技術(shù)、IC卡技術(shù)、光學(xué)字符識別、射頻技術(shù)、聲音識別及視覺識別等集計算機(jī)、光、磁、物理、機(jī)電、通信技術(shù)為一體的高新技術(shù)學(xué)科。 一般來講,在一個信息系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)的采集(識別)完成

7、了系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)的采集工作,解決了人工數(shù)據(jù)輸入的速度慢、誤碼率高、勞動強(qiáng)度大、工作簡單重復(fù)性高等問題,為計算機(jī)信息處理提供了快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集輸入的有效手段,因此,自動識別技術(shù)作為一種革命性的高新技術(shù),正迅速為人們所接受。自動識別系統(tǒng)通過中間件或者接口(包括軟件的和硬件的)將數(shù)據(jù)傳輸給后臺處理計算機(jī),由計算機(jī)對所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或者加工,最終形成對人們有用的信息。在有的場合,中間件本身就具有數(shù)據(jù)處理的功能。中間件還可以支持單一系統(tǒng)不同的協(xié)議的產(chǎn)品的工作。 完整的自動識別計算機(jī)管理系統(tǒng)包括自動識別系統(tǒng)(Auto Identification System, 簡稱 AIDS),應(yīng)用程序接

8、口Application Interface, 簡稱API 或者中間件(Middleware)和應(yīng)用系統(tǒng)軟件(Application Software)。 也就是說,自動識別系統(tǒng)完成系統(tǒng)的采集和存儲工作,應(yīng)用系統(tǒng)軟件對自動識別系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用處理,而應(yīng)用程序接口軟件則提供自動識別系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)軟件之間的通訊接口包括數(shù)據(jù)格式,將自動識別系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成應(yīng)用軟件系統(tǒng)可以識別和利用的信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。 RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù),它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),識別工作無須人工干預(yù),可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個

9、標(biāo)簽,操作快捷方便。 RFID是一種簡單的無線系統(tǒng),只有兩個基本器件,該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器(或閱讀器)和很多應(yīng)答器(或標(biāo)簽)組成。1.2 RFID 技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展1.2.1 RFID技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 RFID技術(shù)的應(yīng)用已趨成熟。在北美、歐洲、大洋洲、亞太地區(qū)及非洲南部都得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。 典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括:? 1鐵路車號自動識別管理。如:北美鐵路、中國鐵路、瑞士鐵路等。2車輛道路交通自動收費管理。如:北美部分收費高速公路的自動收費中國部分高速公路自動收費管理、東南亞國家部分收費公路的自動收費管理。? 3旅客航空行包的自動識別、分揀、轉(zhuǎn)運(yùn)管理。如:北美部分機(jī)場。

10、? 4車輛出入控制。如:停車場、垃圾場、水泥場車輛出入、稱重管理等。? 5校園卡、飯卡、乘車卡、會員卡、駕照卡、健康卡醫(yī)療卡等國內(nèi)、國外均有大應(yīng)用。? 6生產(chǎn)線產(chǎn)品加工過程自動控制。主要應(yīng)用在大型工廠的自動化流水作業(yè)線上。? 7動物識別養(yǎng)牛、養(yǎng)羊、賽鴿等。大型養(yǎng)殖廠、家庭牧場、賽鴿比賽。8物流、倉儲自動管理。大型物流、倉儲企業(yè)。? 9貯氣容器的自動識別管理。? 10汽車遙控門鎖、電子門鎖等。 目前國內(nèi)RFID成功的行業(yè)應(yīng)用有中國鐵路的車號自動識別系統(tǒng)。其輻射作用已涉及到鐵路紅外軸溫探測系統(tǒng)的熱軸定位、軌道衡、超偏載檢測系統(tǒng)等。正在計劃推廣的應(yīng)用項目還有電子身份證、電子車牌、鐵路行包自動追蹤管理

11、等。1.2.2 RFID技術(shù)的發(fā)展方向 RFID技術(shù)的發(fā)展,一方面受到應(yīng)用需求的驅(qū)動,另一方面RFID的成功應(yīng)用反來又極大地促進(jìn)了應(yīng)用需求的擴(kuò)展。從技術(shù)角度說,RFID技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在若干關(guān)鍵技術(shù)的突破。從應(yīng)用角度來說,RFID技術(shù)的發(fā)展目的在于不斷滿足日益增漲的應(yīng)用需求。一、RFID技術(shù)未來的發(fā)展? RFID技術(shù)的發(fā)展得益于多項技術(shù)的綜合發(fā)展。所涉及的關(guān)鍵技術(shù)大致包括:芯片技術(shù)、天線技術(shù)、無線收發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)變換與編碼技術(shù)、電磁傳播特性。? RFID技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)走過50余年,在過去的10多年里得到了更快的發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,RFID產(chǎn)品的種類將越來越豐富,應(yīng)用也越來越廣泛。可以預(yù)計,在

12、未來的幾年中,RFID技術(shù)將持續(xù)保持高速發(fā)展的勢頭。RFID技術(shù)的發(fā)展將會在電子標(biāo)簽射頻標(biāo)簽、閱讀器、系統(tǒng)種類、標(biāo)準(zhǔn)化等方面取得新的進(jìn)展。二、RFID電子標(biāo)簽方面? 電子標(biāo)簽芯片所需的功耗更低,無源標(biāo)簽、半無源標(biāo)簽技術(shù)更趨成熟。? 1 作用距離更遠(yuǎn)。? 2 無線可讀寫性能更加完善。? 3 適合高速移動物品識別。? 4 快速多標(biāo)簽讀/寫功能。? 5 一致性更好。? 6 強(qiáng)場強(qiáng)下的自保護(hù)功能更完善。? 7 智能性更強(qiáng)。? 8 成本更低。三、RFID閱讀器方面? 1 多功能與條碼識讀集成、無線數(shù)據(jù)傳輸、脫機(jī)工作等。? 2 智能多天線端口。? 3 多種數(shù)據(jù)接口RS232,RS422/485,USB,紅

13、外,以太網(wǎng)口。? 4 多制式兼容兼容讀寫多種標(biāo)簽類型。? 5 小型化、便攜式、嵌入式、模塊化。? 6 多頻段兼容。? 7 成本更低。四、RFID系統(tǒng)種類方面? 1 低頻近距離RFID系統(tǒng)具有更高的智能、安全特性。? 2 高頻遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)性能更加完善,系統(tǒng)更加完善。五、RFID標(biāo)準(zhǔn)化方面? 1 標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)性研究更加深入、成熟。? 2 標(biāo)準(zhǔn)化為更多企業(yè)所接受。? 3 系統(tǒng)、模塊可替換性更好、更為普及。第二章 RFID 技術(shù)概述2.1 RFID 技術(shù)簡介2.1.1 什么是射頻識別技術(shù) 射頻識別技術(shù)是一項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(dá)到識別目的的技

14、術(shù)。 射頻識別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽射頻標(biāo)簽和閱讀器組成。電子標(biāo)簽內(nèi)存有一定格式的電子數(shù)據(jù),常以此作為待識別物品的標(biāo)識性信息。應(yīng)用中將電子標(biāo)簽附著在待識別物品上,作為待識別物品的電子標(biāo)記。閱讀器與電子標(biāo)簽可按約定的通信協(xié)議互傳信息,通常的情況是由閱讀器向電子標(biāo)簽發(fā)送命令,電子標(biāo)簽根據(jù)收到的閱讀器的命令,將內(nèi)存的標(biāo)識性數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。這種通信是在無接觸方式下,利用交變磁場或電磁場的空間耦合及射頻信號調(diào)制與解調(diào)技術(shù)實現(xiàn)的。 電子標(biāo)簽具有各種各樣的形狀,但不是任意形狀都能滿足閱讀距離及工作頻率的要求,必需根據(jù)系統(tǒng)的工作原理,即磁場耦合變壓器原理還是電磁場耦合雷達(dá)原理,設(shè)計合適的天線外形及尺寸。電子標(biāo)簽

15、通常由標(biāo)簽天線或線圈及標(biāo)簽芯片組成。標(biāo)簽芯片即相當(dāng)于一個具有無線收發(fā)功能再加存貯功能的單片系統(tǒng)SoC。從純技術(shù)的角度來說,射頻識別技術(shù)的核心在電子標(biāo)簽,閱讀器是根據(jù)電子標(biāo)簽的設(shè)計而設(shè)計的。雖然,在射頻識別系統(tǒng)中電子標(biāo)簽的價格遠(yuǎn)比閱讀器低,但通常情況下,在應(yīng)用中電子標(biāo)簽的數(shù)量是很大的,尤其是物流應(yīng)用中,電子標(biāo)簽由可能是海量并且是一次性使用的,而閱讀器的數(shù)量則相對要少的多。 實際應(yīng)用中,電子標(biāo)簽除了具有數(shù)據(jù)存貯量、數(shù)據(jù)傳輸速率、工作頻率、多標(biāo)簽識讀特征等電學(xué)參數(shù)之外,還根據(jù)其內(nèi)部是否需要加裝電池及電池供電的作用而將電子標(biāo)簽分為無源標(biāo)簽passive、半無源標(biāo)簽semi-passive和有源標(biāo)簽ac

16、tive三種類型。無源標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池,在閱讀器的閱讀范圍之外時,標(biāo)簽處于無源狀態(tài),在閱讀器的閱讀范圍之內(nèi)時標(biāo)簽從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取其工作所需的電能。半無源標(biāo)簽內(nèi)裝有電池,但電池僅對標(biāo)簽內(nèi)要求供電維持?jǐn)?shù)據(jù)的電路或標(biāo)簽芯片工作所需的電壓作輔助支持,標(biāo)簽電路本身耗電很少。標(biāo)簽未進(jìn)入工作狀態(tài)前,一直處于休眠狀態(tài),相當(dāng)于無源標(biāo)簽。標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的閱讀范圍時,受到閱讀器發(fā)出的射頻能量的激勵,進(jìn)入工作狀態(tài)時,用于傳輸通信的射頻能量與無源標(biāo)簽一樣源自閱讀器。有源標(biāo)簽的工作電源完全由內(nèi)部電池供給,同時標(biāo)簽電池的能量供應(yīng)也部分地轉(zhuǎn)換為標(biāo)簽與閱讀器通信所需的射頻能量。 射頻識別系統(tǒng)的另一主要性能指標(biāo)是閱讀

17、距離,也稱為作用距離,它表示在最遠(yuǎn)為多遠(yuǎn)的距離上,閱讀器能夠可靠地與電子標(biāo)簽交換信息,即閱讀器能讀取標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。實際系統(tǒng)這一指標(biāo)相差很大,取決于標(biāo)簽及閱讀器系統(tǒng)的設(shè)計、成本的要求、應(yīng)用的需求等,范圍從0100m左右。典型的情況是,在低頻125kHz、13.56MHz頻點上一般均采用無源標(biāo)簽,作用距離在1030cm左右,個別有到1.5m的系統(tǒng)。在高頻UHF頻段,無源標(biāo)簽的作用距離可達(dá)到310m。更高頻段的系統(tǒng)一般均采用有源標(biāo)簽。采用有源標(biāo)簽的系統(tǒng)有達(dá)到作用距離至100m左右的報道。2.1.2射頻識別技術(shù)發(fā)展歷史 從信息傳遞的基本原理來說,射頻識別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型初級與次級之間的能

18、量傳遞及信號傳遞,在高頻段基于雷達(dá)探測目標(biāo)的空間耦合模型雷達(dá)發(fā)射電磁波信號碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī)。1948年哈里?斯托克曼發(fā)表的“利用反射功率的通信”奠定了射頻識別射頻識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。射頻識別技術(shù)的發(fā)展可按十年期劃分如下: 1940-1950年:雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了射頻識別技術(shù),1948年奠定了射頻識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。 1950-1960年:早期射頻識別技術(shù)的探索階段,主要處于實驗室實驗研究。 1960-1970年:射頻識別技術(shù)的理論得到了發(fā)展,開始了一些應(yīng)用嘗試。 1970-1980年:射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期,各種射頻識別技術(shù)測試得到加速。出現(xiàn)了一些最早

19、的射頻識別應(yīng)用。 1980-1990年:射頻識別技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段,各種規(guī)模應(yīng)用開始出現(xiàn)。 1990-2000年:射頻識別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨得到重視,射頻識別產(chǎn)品得到廣泛采用,射頻識別產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。 2000年后:標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨為人們所重視,射頻識別產(chǎn)品種類更加豐富,有源電子標(biāo)簽、無源電子標(biāo)簽及半無源電子標(biāo)簽均得到發(fā)展,電子標(biāo)簽成本不斷降低,規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴(kuò)大。 至今,射頻識別技術(shù)的理論得到豐富和完善。單芯片電子標(biāo)簽、多電子標(biāo)簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識別、適應(yīng)高速移動物體的射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實并走向應(yīng)用。 特別值得一提的是在1998年美國麻省

20、理工學(xué)院的David Brock博士和Sanjay Sarma教授在喝咖啡聊天時,談及物品自動識別技術(shù)手段問題時產(chǎn)生的從系統(tǒng)的角度來解決物品自動識別問題的靈感,由此導(dǎo)致了供應(yīng)鏈中物品自動識別概念的一次革命,并最終在1999年10月1日正式創(chuàng)建Auto-ID Center非盈利性的開發(fā)組織。Auto-ID Center誕生后,迅速提出了產(chǎn)品電子代碼EPCElectronic Product Code的概念以及物聯(lián)網(wǎng)的概念與構(gòu)架,并積極推進(jìn)有關(guān)概念的基礎(chǔ)研究與實驗工作。可以說,EPC與物聯(lián)網(wǎng)的概念將射頻識別技術(shù)的應(yīng)用推到了極致,對射頻識別技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用的推廣起到了極大的推動作用。 射頻識別技術(shù)的

21、發(fā)展,一方面受到應(yīng)用需求的驅(qū)動,另一方面射頻識別技術(shù)的成功應(yīng)用反過來又將極大地促進(jìn)應(yīng)用需求的擴(kuò)展。從技術(shù)角度說,射頻識別技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在若干關(guān)鍵技術(shù)的突破。從應(yīng)用角度來說,射頻識別技術(shù)的發(fā)展目的在于不斷滿足日益增漲的應(yīng)用需求。 射頻識別技術(shù)的發(fā)展得益于多項技術(shù)的綜合發(fā)展。所涉及的關(guān)鍵技術(shù)大致包括:芯片技術(shù)、天線技術(shù)、無線收發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)變換與編碼技術(shù)、電磁傳播特性。 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,射頻識別產(chǎn)品的種類將越來越豐富,應(yīng)用也越來越廣泛?？梢灶A(yù)計,在未來的幾年中,射頻識別技術(shù)將持續(xù)保持高速發(fā)展的勢頭。射頻識別技術(shù)的發(fā)展將會在電子標(biāo)簽射頻標(biāo)簽、閱讀器、系統(tǒng)種類等方面取得新進(jìn)展。 在電子標(biāo)簽方面,電子

22、標(biāo)簽芯片所需的功耗更低,無源標(biāo)簽、半無源標(biāo)簽技術(shù)更趨成熟。其作用距離將更遠(yuǎn),無線可讀寫性能也將更加完善,并且能夠適合高速移動物品識別,識別速度也將更加快,具有快速多標(biāo)簽讀寫功能。與此同時,在強(qiáng)場強(qiáng)下的自保護(hù)功能也會更加完善、智能性更強(qiáng),成本更低。在讀寫器方面,多功能讀寫器,包括與條碼識別集成、無線數(shù)據(jù)傳輸、脫機(jī)工作等功能將被更多的應(yīng)用。同時,多種數(shù)據(jù)接口包括RS232,RS422/485,USB,紅外,以太網(wǎng)口也將得到應(yīng)用。而讀寫器將實現(xiàn)多制式多頻段兼容,能夠兼容讀寫多種標(biāo)簽類型和多個頻段標(biāo)簽。讀寫器會朝著小型化、便攜式、嵌入式、模塊化方向發(fā)展,成本將更加低廉,應(yīng)用范圍更加廣泛。在系統(tǒng)方面,低

23、頻近距離系統(tǒng)將具有更高的智能、安全特性;高頻遠(yuǎn)距離系統(tǒng)性能將更加完善,成本更低。而2.45GHz和5.8GHz系統(tǒng)將更加完善。同時,無芯片系統(tǒng)將逐漸得到應(yīng)用。 總而言之,射頻識別技術(shù)未來的發(fā)展中,在結(jié)合其它高新技術(shù),比如GPS、生物識別等技術(shù),由單一識別向多功能識別方向發(fā)展的同時,將結(jié)合現(xiàn)代通信及計算機(jī)技術(shù),實現(xiàn)跨地區(qū)、跨行業(yè)應(yīng)用。2.2 RFID 系統(tǒng)的分類2.2.1 根據(jù)標(biāo)簽的供電形式分類 依據(jù)射頻標(biāo)簽工作所需能量的供給方式,可以將RFID系統(tǒng)分為:有源、無源和半有源系統(tǒng)。2.2.2 根據(jù)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信方式分類 標(biāo)簽的數(shù)據(jù)調(diào)制方式即標(biāo)簽是通過何種形式方法與讀頭之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,據(jù)此RFID

24、可分為主動式、被動式和半主動式。2.2.3 根據(jù)工作頻率分類 RFID系統(tǒng)的工作頻率即為讀頭發(fā)送無線信號時所用的頻率,一般可以分為低頻、高頻、超高頻和微波。 低頻135KHz以下、高頻13.56MHz、超高頻860M960MHz、微波2.4G,5.8G。2.2.4 根據(jù)標(biāo)簽的可讀性分類 射頻標(biāo)簽內(nèi)部使用的存儲器類型不一樣,可以分為可讀寫卡RW,一次寫入多次讀出卡WORM和只讀卡RO,只讀卡標(biāo)簽內(nèi)一般只有只讀存儲器(ROM)和隨即存儲器(RAM)和緩沖存儲器,而可讀寫卡一般還有非活動可編程記憶存儲器。這種存儲器除了存儲數(shù)據(jù)功能外,還具有在適當(dāng)條件下允許多次寫入數(shù)據(jù)的功能。2.2.5 根據(jù)RFID

25、系統(tǒng)標(biāo)簽和讀頭之間的通信工作時序分類 時序指的是讀頭和標(biāo)簽的工作次序問題,即是讀頭主動喚醒標(biāo)簽(RTF,Reader Talk First)還是標(biāo)簽首先自報家門(TTF,Tag Talk First)的方式。一般來說,無源標(biāo)簽一般是TTF方式,TTF系統(tǒng)通信協(xié)議比較簡單,防沖撞能力更強(qiáng),速度更快。2.3 RFID技術(shù)的優(yōu)勢 作為一項新技術(shù),和傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)相比較,其具有非常明顯的技術(shù)和應(yīng)用上的優(yōu)勢,具體表現(xiàn)在: 1.讀取方便快捷:數(shù)據(jù)的讀取無需光源,甚至可以透過外包裝來進(jìn)行,有效識別距離更長;自帶電池的主動標(biāo)簽,有效識別距離可達(dá)到30米以上。 2.識別速度快:標(biāo)簽一進(jìn)入磁場,閱讀器就可以即時

26、讀取其中的信息,而且能夠同時處理多個標(biāo)簽,實現(xiàn)批量識別。 3.數(shù)據(jù)容量大:一維條形碼的容量是50字節(jié),二維條形碼最大的容量可儲存23000字符,RFID最大的容量則有數(shù)百萬字節(jié)。 4.使用壽命長,應(yīng)用范圍廣:其無線電通信方式,使其可以應(yīng)用于粉塵、油污等高污染環(huán)境和放射性環(huán)境,而且其封閉式包裝使得其壽命大大超過印刷的條形碼。 5.標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動態(tài)更改:利用編程器可以向電子標(biāo)簽里寫入數(shù)據(jù),從而賦予RFID標(biāo)簽交互式便攜數(shù)據(jù)文件的功能,而且寫入時間比打印條形碼更短。 6.更好的安全性:RFID電子標(biāo)簽不僅可以嵌入或附著在不同形狀、類型的產(chǎn)品上,而且可以為標(biāo)簽數(shù)據(jù)的讀寫設(shè)置密碼保護(hù),從而具有更高的安全性

27、。 7.動態(tài)實時通信:標(biāo)簽以每秒50100次的頻率與閱讀器進(jìn)行通信,所以只要RFID標(biāo)簽所附著的物體出現(xiàn)在閱讀器的有效識別范圍內(nèi),就可以對其位置進(jìn)行動態(tài)的追蹤和監(jiān)控。 2.4 RFID 技術(shù)的應(yīng)用 目前定義RFID產(chǎn)品的工作頻率有低頻、高頻和超高頻的頻率范圍內(nèi)的符合不同標(biāo)準(zhǔn)的不同的產(chǎn)品,而且不同頻段的RFID產(chǎn)品會有不同的特性。其中感應(yīng)器有無源和有源兩種方式。2.4.1 無源RFID技術(shù)一、低頻從125KHz到134KHz 其實RFID技術(shù)首先在低頻得到廣泛的應(yīng)用和推廣。該頻率主要是通過電感耦合的方式進(jìn)行工作, 也就是在讀寫器線圈和感應(yīng)器線圈間存在著變壓器耦合作用.通過讀寫器交變場的作用在感應(yīng)

28、器天線中感應(yīng)的電壓被整流,可作供電電壓使用. 磁場區(qū)域能夠很好的被定義,但是場強(qiáng)下降的太快。 特性: 1. 工作在低頻的感應(yīng)器的一般工作頻率從120KHz到134KHz, TI 的工作頻率為134.2KHz。該頻段的波長大約為2500m。 2. 除了金屬材料影響外,一般低頻能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離。 3. 工作在低頻的讀寫器在全球沒有任何特殊的許可限制。 4.低頻產(chǎn)品有不同的封裝形式。好的封裝形式就是價格太貴,但是有10年以上的使用壽命。 5.雖然該頻率的磁場區(qū)域下降很快,但是能夠產(chǎn)生相對均勻的讀寫區(qū)域。 6.相對于其他頻段的RFID產(chǎn)品,該頻段數(shù)據(jù)傳輸速率比較慢。 7.感應(yīng)

29、器的價格相對與其他頻段來說要貴。 主要應(yīng)用: 1. 畜牧業(yè)的管理系統(tǒng) 2. 汽車防盜和無鑰匙開門系統(tǒng)的應(yīng)用 3. 馬拉松賽跑系統(tǒng)的應(yīng)用 4. 自動停車場收費和車輛管理系統(tǒng) 5. 自動加油系統(tǒng)的應(yīng)用 6. 酒店門鎖系統(tǒng)的應(yīng)用 7. 門禁和安全管理系統(tǒng) 符合的國際標(biāo)準(zhǔn): a ISO 11784 RFID畜牧業(yè)的應(yīng)用-編碼結(jié)構(gòu) b ISO 11785 RFID畜牧業(yè)的應(yīng)用-技術(shù)理論 c ISO 14223-1 RFID畜牧業(yè)的應(yīng)用-空氣接口 d ISO 14223-2 RFID畜牧業(yè)的應(yīng)用-協(xié)議定義 e ISO 18000-2 定義低頻的物理層、防沖撞和通訊協(xié)議 f DIN 30745 主要是歐洲對

30、垃圾管理應(yīng)用定義的標(biāo)準(zhǔn) 二、高頻工作頻率為13.56MHz 在該頻率的感應(yīng)器不再需要線圈進(jìn)行繞制,可以通過腐蝕活著印刷的方式制作天線。感應(yīng)器一般通過負(fù)載調(diào)制的方式進(jìn)行工作。也就是通過感應(yīng)器上的負(fù)載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化,實現(xiàn)用遠(yuǎn)距離感應(yīng)器對天線電壓進(jìn)行振幅調(diào)制。如果人們通過數(shù)據(jù)控制負(fù)載電壓的接通和斷開,那么這些數(shù)據(jù)就能夠從感應(yīng)器傳輸?shù)阶x寫器。 特性: 1. 工作頻率為13.56MHz,該頻率的波長大概為22m。 2. 除了金屬材料外,該頻率的波長可以穿過大多數(shù)的材料,但是往往會降低讀取距離。感應(yīng)器需要離開金屬一段距離。 3. 該頻段在全球都得到認(rèn)可并沒有特殊的限制。 4

31、. 感應(yīng)器一般以電子標(biāo)簽的形式。 5. 雖然該頻率的磁場區(qū)域下降很快,但是能夠產(chǎn)生相對均勻的讀寫區(qū)域。 6. 該系統(tǒng)具有防沖撞特性,可以同時讀取多個電子標(biāo)簽。 7. 可以把某些數(shù)據(jù)信息寫入標(biāo)簽中。 8. 數(shù)據(jù)傳輸速率比低頻要快,價格不是很貴。 主要應(yīng)用: 1. 圖書管理系統(tǒng)的應(yīng)用 2. 瓦斯鋼瓶的管理應(yīng)用 3. 服裝生產(chǎn)線和物流系統(tǒng)的管理和應(yīng)用 4. 三表預(yù)收費系統(tǒng) 5. 酒店門鎖的管理和應(yīng)用 6. 大型會議人員通道系統(tǒng) 7. 固定資產(chǎn)的管理系統(tǒng) 8. 醫(yī)藥物流系統(tǒng)的管理和應(yīng)用 9. 智能貨架的管理 符合的國際標(biāo)準(zhǔn): a ISO/IEC 14443 近耦合IC卡,最大的讀取距離為10cm。 b

32、 ISO/IEC 15693 疏耦合IC卡,最大的讀取距離為1m。 c ISO/IEC 18000-3 該標(biāo)準(zhǔn)定義了13.56MHz系統(tǒng)的物理層,防沖撞算法和通訊協(xié)議。 d 13.56MHz ISM Band Class 1 定義13.56MHz符合EPC的接口定義。 三、超高頻工作頻率為860MHz到960MHz之間 超高頻系統(tǒng)通過電場來傳輸能量。電場的能量下降的不是很快,但是讀取的區(qū)域不是很好進(jìn)行定義。該頻段讀取距離比較遠(yuǎn),無源可達(dá)10m左右。主要是通過電容耦合的方式進(jìn)行實現(xiàn)。 特性: 1. 在該頻段,全球的定義不是很相同-歐洲和部分亞洲定義的頻率為868MHz,北美定義的頻段為902到9

33、05MHz之間,在日本建議的頻段為950到956之間。該頻段的波長大概為30cm左右。 2. 目前,該頻段功率輸出目前統(tǒng)一的定義美國定義為4W,歐洲定義為500mW。 可能歐洲限制會上升到2W EIRP。 3. 超高頻頻段的電波不能通過許多材料,特別是水,灰塵,霧等懸浮顆粒物資。相對于高頻的電子標(biāo)簽來說,該頻段的電子標(biāo)簽不需要和金屬分開來。 4. 電子標(biāo)簽的天線一般是長條和標(biāo)簽狀。天線有線性和圓極化兩種設(shè)計,滿足不同應(yīng)用的需求。 5. 該頻段有好的讀取距離,但是對讀取區(qū)域很難進(jìn)行定義。 6. 有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率,在很短的時間可以讀取大量的電子標(biāo)簽。 主要應(yīng)用: 1. 供應(yīng)鏈上的管理和應(yīng)用 2

34、. 生產(chǎn)線自動化的管理和應(yīng)用 3. 航空包裹的管理和應(yīng)用 4. 集裝箱的管理和應(yīng)用 5. 鐵路包裹的管理和應(yīng)用 6. 后勤管理系統(tǒng)的應(yīng)用 符合的國際標(biāo)準(zhǔn): a ISO/IEC 18000-6 定義了超高頻的物理層和通訊協(xié)議;空氣接口定義了Type A和Type B兩部分;支持可讀和可寫操作。 b EPCglobal 定義了電子物品編碼的結(jié)構(gòu)和甚高頻的空氣接口以及通訊的協(xié)議。例如:Class 0, Class 1, UHF Gen2。 c Ubiquitous ID 日本的組織,定義了UID編碼結(jié)構(gòu)和通信管理協(xié)議。 在將來,超高頻的產(chǎn)品會得到大量的應(yīng)用。例如WalMart、 Tesco、 美國國

35、防部和麥德龍超市都會在它們的供應(yīng)鏈上應(yīng)用RFID技術(shù)。 2.4.2 有源RFID技術(shù)(2.45GHz、5.8G) 有源RFID具備低發(fā)射功率、通信距離長、傳輸數(shù)據(jù)量大,可靠性高和兼容性好等特點,與無源RFID相比,在技術(shù)上的優(yōu)勢非常明顯,被廣泛地應(yīng)用到公路收費、港口貨運(yùn)管理等應(yīng)用中。 總之,射頻識別技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢,逐漸的被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運(yùn)輸控制管理等領(lǐng)域。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步以及生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,射頻識別產(chǎn)品的成本將不斷的降低,其應(yīng)用將越來越廣泛。第三章 RFID 系統(tǒng)組成及工作原理3.1 RFID 系統(tǒng)組成3.1.1 閱讀器 讀寫器也稱閱讀器、詢問器(r

36、eader, interrogator),是對RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀/寫操作的設(shè)備,主要包括射頻模塊和數(shù)字信號處理單元兩部分。讀寫器是RFID系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施,一方面,RFID標(biāo)簽返回的微弱電磁信號通過天線進(jìn)入讀寫器的射頻模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,再經(jīng)過讀寫器的數(shù)字信號處理單元對其進(jìn)行必要的加工整形,最后從中解調(diào)出返回的信息,完成對RFID標(biāo)簽的識別或讀/寫操作;另一方面,上層中間件及應(yīng)用軟件與讀寫器進(jìn)行交互,實現(xiàn)操作指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)匯總上傳。在上傳數(shù)據(jù)時,讀寫器會對RFID標(biāo)簽原子事件進(jìn)行去重過濾或簡單的條件過濾,將其加工為讀寫器事件后再上傳,以減少與中間件及應(yīng)用軟件之間數(shù)據(jù)交換的流量,因此在

37、很多讀寫器中還集成了微處理器和嵌入式系統(tǒng),實現(xiàn)一部分中間件的功能,如信號狀態(tài)控制、奇偶位錯誤校驗與修正等。未來的讀寫器呈現(xiàn)出智能化、小型化和集成化趨勢,還將具備更加強(qiáng)大的前端控制功能,例如直接與工業(yè)現(xiàn)場的其它設(shè)備進(jìn)行交互甚至是作為控制器進(jìn)行在線調(diào)度。在物聯(lián)網(wǎng)中,讀寫器將成為同時具有通訊、控制和計算(communication, control, computing)功能的C3核心設(shè)備。 3.1.2 天線 天線(antenna)是RFID標(biāo)簽和讀寫器之間實現(xiàn)射頻信號空間傳播和建立無線通訊連接的設(shè)備。RFID系統(tǒng)中包括兩類天線,一類是RFID標(biāo)簽上的天線,由于它已經(jīng)和RFID標(biāo)簽集成為一體,因此不

38、再單獨討論,另一類是讀寫器天線,既可以內(nèi)置于讀寫器中,也可以通過同軸電纜與讀寫器的射頻輸出端口相連。目前的天線產(chǎn)品多采用收發(fā)分離技術(shù)來實現(xiàn)發(fā)射和接收功能的集成。天線在RFID系統(tǒng)中的重要性往往被人們所忽視,在實際應(yīng)用中,天線設(shè)計參數(shù)是影響RFID系統(tǒng)識別范圍的主要因素。高性能的天線不僅要求具有良好的阻抗匹配特性,還需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的特點對方向特性、極化特性和頻率特性等進(jìn)行專門設(shè)計。 3.1.3 電子標(biāo)簽 RFID標(biāo)簽俗稱電子標(biāo)簽,也稱應(yīng)答器(tag, transponder, responder),根據(jù)工作方式可分為主動式(有源)和被動式(無源)兩大類,本文主要研究被動式RFID標(biāo)簽及系統(tǒng)。被

39、動式RFID標(biāo)簽由標(biāo)簽芯片和標(biāo)簽天線或線圈組成,利用電感耦合或電磁反向散射耦合原理實現(xiàn)與讀寫器之間的通訊。RFID標(biāo)簽中存儲一個唯一編碼,通常為64bits、96bits甚至更高,其地址空間大大高于條碼所能提供的空間,因此可以實現(xiàn)單品級的物品編碼。當(dāng)RFID標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的作用區(qū)域,就可以根據(jù)電感耦合原理(近場作用范圍內(nèi))或電磁反向散射耦合原理(遠(yuǎn)場作用范圍內(nèi))在標(biāo)簽天線兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢差,并在標(biāo)簽芯片通路中形成微弱電流,如果這個電流強(qiáng)度超過一個閾值,就將激活RFID標(biāo)簽芯片電路工作,從而對標(biāo)簽芯片中的存儲器進(jìn)行讀/寫操作,微控制器還可以進(jìn)一步加入諸如密碼或防碰撞算法等復(fù)雜功能。RFID標(biāo)簽芯

40、片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶處理單元和EEPROM存儲單元四部分。3.1.4 RFID 中間件 中間件(middleware)是一種面向消息的、可以接受應(yīng)用軟件端發(fā)出的請求、對指定的一個或者多個讀寫器發(fā)起操作并接收、處理后向應(yīng)用軟件返回結(jié)果數(shù)據(jù)的特殊化軟件。中間件在RFID應(yīng)用中除了可以屏蔽底層硬件帶來的多種業(yè)務(wù)場景、硬件接口、適用標(biāo)準(zhǔn)造成的可靠性和穩(wěn)定性問題,還可以為上層應(yīng)用軟件提供多層、分布式、異構(gòu)的信息環(huán)境下業(yè)務(wù)信息和管理信息的協(xié)同。中間件的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫還可以根據(jù)一個或多個讀寫器的讀寫器事件進(jìn)行過濾、聚合和計算,抽象出對應(yīng)用軟件有意義的業(yè)務(wù)邏輯信息構(gòu)成業(yè)務(wù)事件,以滿足來

41、自多個客戶端的檢索、發(fā)布/訂閱和控制請求。3.1.5 RFID 應(yīng)用系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件(application software)是直接面向RFID應(yīng)用最終用戶的人機(jī)交互界面,協(xié)助使用者完成對讀寫器的指令操作以及對中間件的邏輯設(shè)置,逐級將RFID原子事件轉(zhuǎn)化為使用者可以理解的業(yè)務(wù)事件,并使用可視化界面進(jìn)行展示。由于應(yīng)用軟件需要根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的不同企業(yè)進(jìn)行專門制定,因此很難具有通用性。從應(yīng)用評價標(biāo)準(zhǔn)來說,使用者在應(yīng)用軟件端的用戶體驗是判斷一個RFID應(yīng)用案例成功與否的決定性因素之一。3.2 RFID 系統(tǒng)工作原理 RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜:標(biāo)簽進(jìn)入磁場后,接收解讀器發(fā)出的射頻信號,憑

42、借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag,無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽),或者主動發(fā)送某一頻率的信號(Active Tag,有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽);解讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。 一套完整的RFID系統(tǒng), 是由閱讀器Reader與電子標(biāo)簽TAG也就是所謂的應(yīng)答器Transponder及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個部份所組成, 其工作原理是Reader發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給Transponder, 用以驅(qū)動Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出,此時Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù), 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。 以RFID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間

43、的通訊及能量感應(yīng)方式來看大致上可以分成, 感應(yīng)偶合Inductive Coupling 及后向散射偶合Backscatter Coupling兩種, 一般低頻的RFID大都采用第一種式, 而較高頻大多采用第二種方式。 閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置,是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應(yīng)答器之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換,同時閱讀器通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時序。 在實際應(yīng)用中,可進(jìn)一步通過Ethernet或WLAN等實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。應(yīng)答器是RFID系統(tǒng)的信息載體,

44、目前應(yīng)答器大多是由耦合原件(線圈、微帶天線等)和微芯片組成無源單元。 第四章 RFID 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)編碼與防沖突技術(shù)4.1 編碼與校驗4.1.1 RFID 系統(tǒng)通信模型 射頻識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與通信系統(tǒng)的基本模型相類似,滿足了通信功能的基本要求。讀寫器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸構(gòu)成了與基本通信模型相類似的結(jié)構(gòu)。讀寫器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸需要三個主要的功能塊,如圖1所示。按讀寫器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸方向,是讀寫器(發(fā)送器)中的信號編碼(信號處理)和調(diào)制器(載波電路),傳輸介質(zhì)(信道),以及電子標(biāo)簽(接收器)中的解調(diào)器(載波回路)和信號譯碼(信號處理)。 圖4.1 射頻識別系統(tǒng)的基本通信結(jié)構(gòu)框圖 在

45、圖中,信號編碼系統(tǒng)的作用是對要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行編碼,以便傳輸信號能夠盡可能最佳地與信道相匹配,這樣的處理包括了對信息提供某種程度的保護(hù),以防止信息受干擾或相碰撞,以及對某些信號特性的蓄意改變。調(diào)制器用于改變高頻載波信號,即使載波信號的振幅、頻率或相位與調(diào)制的基帶信號相關(guān)。射頻識別系統(tǒng)信道的傳輸介質(zhì)為磁場(電感耦合)和電磁波(微波)。解調(diào)器的作用是解調(diào)獲取信號,以便再生基帶信號。信號譯碼的作用則是對從解調(diào)器傳來的基帶信號進(jìn)行譯碼,恢復(fù)成原來的信息,并識別和糾正傳輸錯誤。4.1.2 RFID數(shù)據(jù)傳輸常用編碼格式 可以用不同形式的代碼來表示二進(jìn)制的“1”和“0”。射頻識別系統(tǒng)通常使用下列編碼方法中的一

46、種:反向不歸零(NRZ)編碼、曼徹斯特(Manchester)編碼、單極性歸零(UnipolarHZ)編碼、差動雙相(DBP)編碼、米勒(Miller)編碼利差動編碼。(1)反向不歸零(NRZ,Non Return Zero)編碼 反向不歸零編碼用高電平表示二進(jìn)制“1”,低電平表示二進(jìn)制“0”,如圖4.2所示。圖4.2 NRZ編碼 此碼型不宜傳輸,有以下原因: (a)有直流,一般信道難于傳輸零頻附近的頻率分量; (b)收端判決門限與信號功率有關(guān),不方便使用; (c)不能直接用來提取位同步信號,因為在NRZ中不含位同步信號頻率成分; d)要求傳輸線有一根接地。(2)曼徹斯特(Manchester

47、)編碼 曼徹斯特編碼也被稱為分相編碼(Split-Phase Coding)。在曼徹斯特編碼中,某位的值是由該位長度內(nèi)半個位周期時電平的變化(上升/下降)來表示的,在半個位周期時的負(fù)跳變表示二進(jìn)制“1”,半個位周期時的正跳變表示二進(jìn)制“0,如圖4.3所示。圖4.3 曼徹斯特編碼 曼徹斯特編碼在采用負(fù)載波的負(fù)載調(diào)制或者反向散射調(diào)制時,通常用于從電子標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸,因為這有利于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e誤。這是因為在位長度內(nèi),“沒有變化”的狀態(tài)是不允許的。當(dāng)多個電子標(biāo)簽同時發(fā)送的數(shù)據(jù)位有不同值時,接收的上升邊和下降邊互相抵消,導(dǎo)致在整個位長度內(nèi)是不間斷的副載波信號,由于該狀態(tài)不允許,所以讀寫器利用該

48、錯誤就可以判定碰撞發(fā)生的具體位置。(3)單極性歸零(Unipolar RZ)編碼 單極性歸零編碼在第一個半個位周期中的高電平表示二進(jìn)制“1”,而持續(xù)整個位周期內(nèi)的低電平信號表示二進(jìn)制“0”,如圖4.4所示。單極性歸零編碼可用來提取位同步信號。圖4.4 單極性歸零編碼(4)差動雙相(DBP)編碼 差動雙相編碼在半個位周期中的任意的邊沿表示二進(jìn)制“0”,而沒有邊沿就是二進(jìn)制“1”,如圖4.5所示。此外,在每個位周期開始時,電平都要反相。因此,對接收器來說,位節(jié)拍比較容易重建。圖4.5 差動雙相編碼(5)米勒(Miller)編碼 米勒編碼在半個位周期內(nèi)的任意邊沿表示二進(jìn)制“1”,而經(jīng)過下一個位周期中

49、不變的電平表示二進(jìn)制“0”。位周期開始時產(chǎn)生電平交變,如圖4.6所示。因此,對接收器來說,位節(jié)拍比較容易重建。圖4.6 米勒編碼(6)差動編碼 差動編碼中,每個要傳輸?shù)亩M(jìn)制“1”都會引起信號電平的變化,而對于二進(jìn)制“0”,信號電平保持不變,如圖4.7所示。用XOR門的D觸發(fā)器就能很容易地從NRZ信號中產(chǎn)生差動編碼,具體電路如圖4.8所示。 圖4.7 差動編碼 圖4.8 從NRZ編碼產(chǎn)生差動編碼 4.1.3 RFID傳輸數(shù)據(jù)校驗 在REID系統(tǒng)中,由于使用的電子標(biāo)簽常常是無源的,市無源標(biāo)簽需要在讀寫器的通信過程中獲得自身的能量供應(yīng)。為了保證系統(tǒng)的正常工作,信道編碼方式首先必須保證不能中斷讀寫器

50、對電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)。另外,作為保障系統(tǒng)可靠工作的需要,還必須在編碼中提供數(shù)據(jù)一級的校驗保護(hù),編碼方式應(yīng)該提供這些功能,并可以根據(jù)碼型的變化來判斷是否發(fā)生誤碼或有電子標(biāo)簽沖突發(fā)生。 在RFID系統(tǒng)中,當(dāng)電子標(biāo)簽是無源標(biāo)簽時,經(jīng)常要求基帶編碼在每兩個相鄰數(shù)據(jù)位元間具有跳變的特點,這種相鄰數(shù)據(jù)間有跳變的碼,不僅可以保證在連續(xù)出現(xiàn)“0”的時候?qū)﹄娮訕?biāo)簽的能量供應(yīng),而且便于電子標(biāo)簽從接收到的碼中提取時鐘信息患。在實際的數(shù)據(jù)傳輸中,由于信道中干擾的存在,數(shù)據(jù)必然會在傳輸過程中發(fā)生錯誤,這時要求信道編碼能夠提供一定程度檢測錯誤的能力。這些都是選擇編碼方法的考慮因素 。4.2 防沖突技術(shù)4.2.1 RFID

51、系統(tǒng)的沖撞問題 在很多應(yīng)用場合,閱讀器要在很短時間內(nèi)盡快識別多個標(biāo)簽。由于閱讀器和標(biāo)簽通信共享無線信道,閱讀器和標(biāo)簽的信號可能發(fā)生沖突,使閱讀器不能正確識別標(biāo)簽,即發(fā)生了碰撞(Collision)。因此,需要一種防沖撞技術(shù)減少沖突達(dá)到快速準(zhǔn)確識別多個標(biāo)簽的目的。由于EPC標(biāo)準(zhǔn)和ISO標(biāo)準(zhǔn)在RFID系統(tǒng)上主要采用無源標(biāo)簽和RTF的工作方式,所以一般的防沖撞技術(shù)都基于無源標(biāo)簽和RTF方式。 RFID系統(tǒng)中的沖撞分為標(biāo)簽沖撞和閱讀器沖撞。標(biāo)簽沖撞是指多個標(biāo)簽同時響應(yīng)閱讀器的命令而發(fā)送信息,引起信號沖突,使讀寫器無法識別標(biāo)簽。閱讀器沖撞指多個閱讀器之間由于工作范圍重疊,導(dǎo)致信息讀取失敗所產(chǎn)生的沖突。由于整個閱讀器系統(tǒng)一般是一個靜止的體系,只需在全局上合理分配時間和頻率就可有效地克服閱讀器碰撞問題。對于閱讀器沖撞問題比較容易解決,而標(biāo)簽沖撞問題卻成為RFID系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。4.2.2 防沖突算法研究 由于RFID的沖撞問題主要是標(biāo)簽沖撞問題,故以下針對RFID的標(biāo)簽防沖撞問題進(jìn)行分析。對RFID沖撞問題的解決一般有4種方式:SDMA(Space Division Multiple Access),FD-MA(Frequency Division Multiple Access),CDMA(Code Divi