RFID關(guān)鍵組件課件

1、 射 頻 識(shí) 別 技 術(shù)應(yīng)答器部分應(yīng)答器部分閱讀器部分閱讀器部分RFID天線部分天線部分RFID中間件中間件4123教學(xué)內(nèi)容RFID關(guān)鍵組件關(guān)鍵組件 2.32.3 RFID關(guān)鍵組件RFID系統(tǒng)組成RFID應(yīng)答器RFID高層軟件典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元、振蕩電路以及閱讀器天線幾部分。 介于前端RFID讀寫(xiě)器硬件模塊和后端數(shù)據(jù)庫(kù) RFID系統(tǒng)組成RFID閱讀器應(yīng)答器是由天線、編/解碼器、電源、解調(diào)器、存儲(chǔ)器、控制器以及負(fù)載電路組成。 RFID系統(tǒng)主要由應(yīng)答器、閱讀器和高層軟件組成。 其中應(yīng)答器是集成電路芯片形式，而集成芯片又根據(jù)它的封裝不同表現(xiàn)的形式也不太一樣。 閱讀

2、器用于產(chǎn)生射頻載波完成與應(yīng)答器之間的信息交互的功能。 高層軟件是信息的管理和決策系統(tǒng)。 RFID閱讀器頻率分類和我們聽(tīng)的收音機(jī)類似，射頻應(yīng)答器和閱讀器同樣要調(diào)制到相同的頻率點(diǎn)才能工作。 LF、 HF、UHF就分別對(duì)應(yīng)著不同頻率的射頻頻段。具體見(jiàn)下表。RFID主要頻段和特性LF代表低頻射頻，在125KHz左右。HF代表高頻射頻，在13.54MHz左右。UHF代表超高頻射頻，在850910MHz范圍之內(nèi)。還有2.4G的微波頻段。1 RFID應(yīng)答器部分 應(yīng)答器是由天線、編/解碼器、電源、解調(diào)器、存儲(chǔ)器、控制器以及負(fù)載電路組成。應(yīng)答器的基本組成示意圖如圖所示。 在RFID系統(tǒng)中，識(shí)別信息存放于電子信息

3、載體中，這個(gè)電子信息載體就是應(yīng)答器，應(yīng)答器在具體不同應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)為多種不同的形式。 應(yīng)答器可以分為只讀應(yīng)答器、讀/寫(xiě)應(yīng)答器和具有識(shí)別功能的應(yīng)答器。 從應(yīng)答器傳送信息到閱讀器，狀態(tài)數(shù)據(jù)在CPU的控制下，從存儲(chǔ)器中取出經(jīng)過(guò)編碼器和負(fù)載調(diào)制單元發(fā)送到閱讀器。 應(yīng)答器天線部分主要用于數(shù)據(jù)通信和獲取射頻能量，給應(yīng)答器的其他電路提供合格的直流電源。 根據(jù)應(yīng)答器的能源不同可以分為：無(wú)源（被動(dòng)式）應(yīng)答器、半無(wú)源（半被動(dòng)式）應(yīng)答器和有源（主動(dòng)式）應(yīng)答器。 有源應(yīng)答器，這種應(yīng)答器工作所需的能量完全來(lái)自于自身的電源模塊，它會(huì)主動(dòng)地與閱讀器信息傳輸。 這樣就需要比較大的能量供應(yīng)，所以有源應(yīng)答器的體積往往比較大，重量也

4、較重。 控制器是應(yīng)答器系統(tǒng)的核心部分，對(duì)于可讀可寫(xiě)應(yīng)答器，需要內(nèi)部邏輯控制單元對(duì)讀寫(xiě)進(jìn)行操作，對(duì)于有密碼的應(yīng)答器，要求控制器能進(jìn)行數(shù)字驗(yàn)證操作。 圖中黑色區(qū)域就是該應(yīng)答器的CPU、存儲(chǔ)器、編解碼功能單元，外圍印制銅模線即為應(yīng)答器的天線單元。 RFID應(yīng)答器的存儲(chǔ)容量一般在幾字節(jié)到幾千字節(jié)之間，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量一般為產(chǎn)品的序列號(hào)，如EPC編碼。2 RFID閱讀器部分 RFID閱讀器（讀寫(xiě)器）通過(guò)天線實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)答器識(shí)別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭氩僮鳌?典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元、振蕩電路以及閱讀器天線幾部分。 在射頻讀寫(xiě)器的應(yīng)用中遇到的一個(gè)問(wèn)題就是閱讀器沖突，這是一個(gè)閱讀

5、器接收到的信息和另外一個(gè)閱讀器接收到的信息發(fā)生沖突，產(chǎn)生重疊。 解決這個(gè)問(wèn)題的一種方法是使用TDMA技術(shù)(時(shí)分多址)，保證閱讀器不會(huì)互相干擾。閱讀器的性能參數(shù)序號(hào)參數(shù)值1識(shí)別距離遠(yuǎn)距離（280米）可調(diào)，只讀2防沖突性能多達(dá)同時(shí)識(shí)別200個(gè)的防沖突性能3工作頻段全球通行的ISM工作頻段2.45GHz4功耗微功耗設(shè)計(jì)5通信機(jī)制基于HDLC的時(shí)分多址和同步通信機(jī)制（High-Level Data Link Control）6識(shí)別能力具有多通道高速識(shí)別能力7使用壽命68年使用壽命8封裝固態(tài)封裝，抗高強(qiáng)度跌落與振動(dòng)閱讀器的組成部分 RFID閱讀器是以一定的頻率、特定的通信協(xié)議完成對(duì)應(yīng)答器中信息的讀取閱讀

6、器基本組成模塊如圖所示。 閱讀器和應(yīng)答器耦合的方式有多種，應(yīng)用較為典型的是電感耦合，閱讀器和應(yīng)答器天線部分的電感線圈通過(guò)電磁場(chǎng)進(jìn)行信息傳輸。 數(shù)據(jù)信息的編碼與調(diào)制 從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)分為三個(gè)階段： 抽樣：每隔一個(gè)相等的時(shí)間間隙，采集連續(xù)信號(hào)的一個(gè)樣值。 量化：將量值連續(xù)分布的樣值，歸并到有限個(gè)取值范圍內(nèi)。 編碼：用二進(jìn)制數(shù)字代碼，表達(dá)這有限個(gè)值域（量化區(qū)）。 抽樣定理：一個(gè)頻帶限制在（0，）內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)X(t)，如果以不大于1/2的間隔對(duì)它進(jìn)行等間隔抽樣，則X(t)將被所得到的值完全確定。也可以說(shuō)，若對(duì)信號(hào)以fs2的抽樣速率進(jìn)行均勻抽樣，則X(t)可以被所得到的抽樣值完全確定。3 R

7、FID天線部分 天線是一種以電磁波形式把前端射頻信號(hào)功率接收或輻射出去的裝置，是電路與空間的界面器件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)行波與自由空間波能量的轉(zhuǎn)化。 在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標(biāo)簽天線和讀寫(xiě)器天線兩大類，分別承擔(dān)接收能量和發(fā)射能量的作用。 當(dāng)前的RFID系統(tǒng)主要集中在 LF、HF (13.56MHz)、UHF（860960MHz）和微波頻段 (1) 天線方向性 發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。(2) 天線增益 增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。 (3) 波瓣寬度

8、 方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。 在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低 3 dB的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣寬度（又稱波束寬度或主瓣寬度或半功率角）。 (4) 天線的極化 天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。人們規(guī)定：電場(chǎng)的方向就是天線極化方向。 一般使用的天線為單極化的，如圖所示為兩種基本的單極化方式：垂直極化是最常用的；水平極化也是要被用到的。 RFID天線(1) 近場(chǎng)天線 對(duì)于 LF 和 HF 頻段，系統(tǒng)工作在天線的近場(chǎng)，標(biāo)簽所需的能量都是通過(guò)電感耦合方式由讀寫(xiě)器的耦合線圈輻射近場(chǎng)獲得，工作方式為電感耦合。型號(hào)為HRRFD-NF09的近場(chǎng)天線 (2) 遠(yuǎn)場(chǎng)天線 對(duì)于超高頻和微波頻段，讀寫(xiě)器天線要為標(biāo)簽提供能量或喚醒有源標(biāo)簽，工作距離較遠(yuǎn)，一般位于讀寫(xiě)器天線的遠(yuǎn)場(chǎng)。如圖是型號(hào)為CS771的圓極化天線。 4 RFID中間件部分 介于前端RFID讀寫(xiě)器硬件模塊和后端數(shù)據(jù)庫(kù)與應(yīng)用軟件之間的中介，稱為RFID中間件(RFID Middleware)。 應(yīng)用程序使用中間件