射頻識別技術(shù)第二章

1、第二章第二章RFIDRFID系統(tǒng)組件原理系統(tǒng)組件原理2.1 閱讀器閱讀器一、閱讀器的功能一、閱讀器的功能1.以射頻方式向標(biāo)簽傳輸能量以射頻方式向標(biāo)簽傳輸能量2.從標(biāo)簽讀出數(shù)據(jù)或向標(biāo)簽寫入數(shù)據(jù)從標(biāo)簽讀出數(shù)據(jù)或向標(biāo)簽寫入數(shù)據(jù)3.完成對讀取數(shù)據(jù)的信息處理并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用操作完成對讀取數(shù)據(jù)的信息處理并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用操作4.若有需要，應(yīng)能和應(yīng)用軟件系統(tǒng)處理交互信息若有需要，應(yīng)能和應(yīng)用軟件系統(tǒng)處理交互信息5.多閱讀器的自組網(wǎng)能力，多標(biāo)簽讀寫操作場景下多閱讀器的自組網(wǎng)能力，多標(biāo)簽讀寫操作場景下的沖突處理功能的沖突處理功能6.多天線的管理、中間件接口、連接外部傳感器節(jié)多天線的管理、中間件接口、連接外部傳感器節(jié)點(diǎn)和控制電路

2、點(diǎn)和控制電路2.1 閱讀器閱讀器二、閱讀器的分類二、閱讀器的分類1.1.按照工作頻率分類按照工作頻率分類 低頻、高頻、超高頻和特高頻閱讀器低頻、高頻、超高頻和特高頻閱讀器 低頻和高頻閱讀器通常工作在電感耦合方式，低頻和高頻閱讀器通常工作在電感耦合方式，典型頻率為典型頻率為125kHz125kHz、135kHz135kHz、6.78MHz6.78MHz、13.56MHz13.56MHz和和27.125MHz27.125MHz。 超高頻的典型工作頻率為超高頻的典型工作頻率為433MHz433MHz、860MHz-960MHz860MHz-960MHz、2.45GHz2.45GHz和和5.8GHz5

3、.8GHz。2.1 閱讀器閱讀器2.2.按照外觀結(jié)構(gòu)分類按照外觀結(jié)構(gòu)分類 固定式閱讀器固定式閱讀器 便攜式閱讀器便攜式閱讀器 工業(yè)讀寫器工業(yè)讀寫器3.3.按照天線是否和閱讀器分離分類按照天線是否和閱讀器分離分類 分離式閱讀器分離式閱讀器 集成式閱讀器集成式閱讀器2.1 閱讀器閱讀器三、閱讀器的操作規(guī)范三、閱讀器的操作規(guī)范1. 1. 閱讀器的部署位置閱讀器的部署位置 讓閱讀器覆蓋的識別區(qū)域盡可能大讓閱讀器覆蓋的識別區(qū)域盡可能大 識別盲區(qū)盡可能小識別盲區(qū)盡可能小 多多閱讀器時閱讀器之間干擾要盡可能小閱讀器時閱讀器之間干擾要盡可能小2. 2. 閱讀器在使用閱讀器在使用過程過程中還要考慮環(huán)境因素中還要

4、考慮環(huán)境因素 移動移動性、溫度、濕度、灰塵性、溫度、濕度、灰塵2.1 閱讀器閱讀器 四、四、影響閱讀器影響閱讀器讀寫距離讀寫距離的關(guān)鍵因素的關(guān)鍵因素 閱讀器天線和標(biāo)簽天線的耦合方式閱讀器天線和標(biāo)簽天線的耦合方式 閱讀器射頻信號的輸出功率閱讀器射頻信號的輸出功率 射頻射頻載波信號的頻率載波信號的頻率 天線的方向天線的方向 操作操作環(huán)境環(huán)境 標(biāo)簽移動速度標(biāo)簽移動速度 標(biāo)簽天線的方向標(biāo)簽天線的方向2.1 閱讀器閱讀器五、選擇閱讀器時應(yīng)考慮的因素五、選擇閱讀器時應(yīng)考慮的因素 工作工作頻率頻率 防碰撞防碰撞性能性能 射頻射頻識別協(xié)議靈活性識別協(xié)議靈活性 國家（地區(qū)）無線電管理規(guī)范國家（地區(qū)）無線電管理規(guī)

5、范 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議通信協(xié)議 多天線的支持能力多天線的支持能力 中間中間件接口件接口 連接外部傳感器節(jié)點(diǎn)和控制電路連接外部傳感器節(jié)點(diǎn)和控制電路2.1 閱讀器閱讀器六、閱讀器的組成六、閱讀器的組成 閱讀器可以分為閱讀器可以分為信號處理與控制模塊信號處理與控制模塊和和射射頻模塊頻模塊兩個模塊；兩個模塊； 信號處理與控制模塊又稱為基帶控制模塊，信號處理與控制模塊又稱為基帶控制模塊，它包含有可以執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的它包含有可以執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的微處理器微處理器以以及對數(shù)字信號進(jìn)行編碼、解碼工作的及對數(shù)字信號進(jìn)行編碼、解碼工作的數(shù)字?jǐn)?shù)字信號處理芯片；信號處理芯片； 射頻模塊又稱為高頻模塊，模塊內(nèi)部有射頻模塊又稱為

6、高頻模塊，模塊內(nèi)部有發(fā)發(fā)射器信號通道射器信號通道和和接收器信號通道。接收器信號通道。2.1 閱讀器閱讀器七、信號處理與控制模塊七、信號處理與控制模塊功能功能 與上位機(jī)進(jìn)行通信并執(zhí)行上位機(jī)的命令與上位機(jī)進(jìn)行通信并執(zhí)行上位機(jī)的命令 控制與射頻標(biāo)簽的通信過程控制與射頻標(biāo)簽的通信過程 信號的編碼與解碼信號的編碼與解碼 執(zhí)行防碰撞算法執(zhí)行防碰撞算法 對閱讀器與標(biāo)簽之間的傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加對閱讀器與標(biāo)簽之間的傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密密和解密 進(jìn)行閱讀器與標(biāo)簽之間的身份驗(yàn)證進(jìn)行閱讀器與標(biāo)簽之間的身份驗(yàn)證2.1 閱讀器閱讀器八、射頻模塊八、射頻模塊射頻射頻模塊的構(gòu)造與閱讀器的工作原理有關(guān)，模塊的構(gòu)造與閱讀器的工

7、作原理有關(guān)，最常見的兩種射頻模塊是最常見的兩種射頻模塊是電感耦合型射頻模電感耦合型射頻模塊塊和和反向散射耦合型射頻模塊。反向散射耦合型射頻模塊。2.1 閱讀器閱讀器（1）電感耦合型射頻模塊）電感耦合型射頻模塊2.1 閱讀器閱讀器2.1 閱讀器閱讀器（2）電磁反向散射耦合型射頻模塊）電磁反向散射耦合型射頻模塊2.1 閱讀器閱讀器（3 3）射頻模塊的功能）射頻模塊的功能 產(chǎn)生高頻發(fā)送能量，激活標(biāo)簽并為其提供產(chǎn)生高頻發(fā)送能量，激活標(biāo)簽并為其提供能量能量 對發(fā)送對發(fā)送信號進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳輸給信號進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳輸給標(biāo)簽標(biāo)簽 接收并解調(diào)來自射頻標(biāo)簽的射頻信號接收并解調(diào)來自射頻標(biāo)簽的射頻信號2

8、.2 射頻標(biāo)簽射頻標(biāo)簽一、標(biāo)簽的功能一、標(biāo)簽的功能 存儲數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù) 非接觸式讀寫非接觸式讀寫 能量獲取能量獲取 安全安全加密加密 碰撞退讓碰撞退讓2.2 射頻標(biāo)簽射頻標(biāo)簽二、標(biāo)簽的分類二、標(biāo)簽的分類1、按照封裝形式分類：、按照封裝形式分類：卡片卡片型型標(biāo)簽、標(biāo)簽型標(biāo)簽、植入型標(biāo)簽和配件標(biāo)簽、標(biāo)簽型標(biāo)簽、植入型標(biāo)簽和配件型標(biāo)簽型標(biāo)簽2、按照能量來源分類：、按照能量來源分類：有源標(biāo)簽、無源標(biāo)簽、半無源標(biāo)簽有源標(biāo)簽、無源標(biāo)簽、半無源標(biāo)簽3、按照工作頻率分類：、按照工作頻率分類：低頻標(biāo)簽、高頻標(biāo)簽、超高頻標(biāo)簽低頻標(biāo)簽、高頻標(biāo)簽、超高頻標(biāo)簽4、按照讀寫能力分類：、按照讀寫能力分類：只讀標(biāo)簽、讀寫標(biāo)簽只

9、讀標(biāo)簽、讀寫標(biāo)簽2.2 射頻標(biāo)簽射頻標(biāo)簽三、標(biāo)簽的操作規(guī)范三、標(biāo)簽的操作規(guī)范工作工作頻率、讀取范圍頻率、讀取范圍、能量來源能量來源、存儲容量存儲容量、天線極化方向天線極化方向、尺寸和形式尺寸和形式、所附著的物體所附著的物體、移動需求移動需求、標(biāo)簽成本標(biāo)簽成本以及以及標(biāo)簽標(biāo)簽可靠性可靠性2.2 射頻標(biāo)簽射頻標(biāo)簽四、標(biāo)簽的組成四、標(biāo)簽的組成 射頻標(biāo)簽由射頻標(biāo)簽由天線天線和和芯片芯片兩部分組成兩部分組成 天線的尺寸決定了標(biāo)簽的大小天線的尺寸決定了標(biāo)簽的大小 天線的主要功能是收發(fā)信號，無源標(biāo)簽的天線的主要功能是收發(fā)信號，無源標(biāo)簽的天線還要負(fù)責(zé)為標(biāo)簽工作提供能量天線還要負(fù)責(zé)為標(biāo)簽工作提供能量 標(biāo)簽的芯片

10、是標(biāo)簽的核心部件標(biāo)簽的芯片是標(biāo)簽的核心部件 芯片的主要功能是對接收到的信號進(jìn)行解芯片的主要功能是對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)、解碼，對發(fā)送的信號進(jìn)行編碼和調(diào)制調(diào)、解碼，對發(fā)送的信號進(jìn)行編碼和調(diào)制2.2 射頻標(biāo)簽射頻標(biāo)簽五、標(biāo)簽天線五、標(biāo)簽天線1、天線對系統(tǒng)性能的影響、天線對系統(tǒng)性能的影響標(biāo)簽天線標(biāo)簽天線尺寸越小尺寸越小，天線的輻射阻抗越小，天線的輻射阻抗越小，標(biāo)簽的標(biāo)簽的工作距離就越短工作距離就越短，工作效率就越低工作效率就越低。標(biāo)簽天線標(biāo)簽天線尺寸越大尺寸越大，標(biāo)簽從閱讀器，標(biāo)簽從閱讀器獲得的能獲得的能量就越多，量就越多，但標(biāo)簽自身的尺寸也就越大。但標(biāo)簽自身的尺寸也就越大。2.2 射頻標(biāo)簽射頻標(biāo)簽

11、2、標(biāo)簽天線的性能、標(biāo)簽天線的性能方向方向特性特性天線的極化方向天線的極化方向天線效率天線效率天線輻射出去的功率和輸入到天線的有功功率之比天線輻射出去的功率和輸入到天線的有功功率之比天線增益天線增益在在輸入功率相等的情況下，實(shí)際天線與理想的輻射單輸入功率相等的情況下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)所產(chǎn)生的信號的功率密度之比元在空間同一點(diǎn)所產(chǎn)生的信號的功率密度之比2.2 射頻標(biāo)簽射頻標(biāo)簽3、標(biāo)簽天線的基本形式、標(biāo)簽天線的基本形式線圈型天線線圈型天線 制造工藝簡單、成本低，在制造工藝簡單、成本低，在低頻、高頻近距離低頻、高頻近距離RFID系統(tǒng)中被廣泛采用系統(tǒng)中被廣泛采用微帶貼微帶貼片天線片天

12、線 體積小、重量輕、成本低，非常體積小、重量輕、成本低，非常適合于通信方適合于通信方向變化不大的應(yīng)用場景向變化不大的應(yīng)用場景偶極子天線偶極子天線 是是超高頻標(biāo)簽超高頻標(biāo)簽常用的一種天線形式常用的一種天線形式2.2 射頻標(biāo)簽射頻標(biāo)簽六、標(biāo)簽芯片六、標(biāo)簽芯片 標(biāo)簽芯片可以分成標(biāo)簽芯片可以分成模擬前端、控制部件模擬前端、控制部件和和存儲部件存儲部件三個部分。三個部分。 模擬前端又分為模擬前端又分為電感耦合的射頻模擬前端電感耦合的射頻模擬前端和和電磁反向散射耦合的射頻模擬前端。電磁反向散射耦合的射頻模擬前端。 模擬前端的主要功能是整流、穩(wěn)壓、信號模擬前端的主要功能是整流、穩(wěn)壓、信號傳輸以及為控制部件提

13、供時鐘信號。傳輸以及為控制部件提供時鐘信號。 控制控制部件的主要功能是編解碼、檢錯、命部件的主要功能是編解碼、檢錯、命令解析與控制、存儲訪問控制以及執(zhí)行標(biāo)令解析與控制、存儲訪問控制以及執(zhí)行標(biāo)簽的防碰撞措施。簽的防碰撞措施。2.2 射頻標(biāo)簽射頻標(biāo)簽七、標(biāo)簽的喚醒七、標(biāo)簽的喚醒 有源標(biāo)簽有源標(biāo)簽的工作能量主要來源于標(biāo)簽內(nèi)的工作能量主要來源于標(biāo)簽內(nèi)部的電池。因此，標(biāo)簽的使用壽命受到電池部的電池。因此，標(biāo)簽的使用壽命受到電池容量的限制。為了延長有源標(biāo)簽的使用壽命，容量的限制。為了延長有源標(biāo)簽的使用壽命，標(biāo)簽需要合理的喚醒機(jī)制。標(biāo)簽需要合理的喚醒機(jī)制。2.2 射頻標(biāo)簽射頻標(biāo)簽八、標(biāo)簽的制造八、標(biāo)簽的制造

14、 當(dāng)前標(biāo)簽的制造工藝主要有當(dāng)前標(biāo)簽的制造工藝主要有線圈繞制法線圈繞制法、化學(xué)蝕刻法化學(xué)蝕刻法以及以及印刷法印刷法三種三種 線圈繞制法主要應(yīng)用在線圈繞制法主要應(yīng)用在125kHz的低頻標(biāo)簽的低頻標(biāo)簽生產(chǎn)中生產(chǎn)中 化學(xué)蝕刻化學(xué)蝕刻法主要應(yīng)用在法主要應(yīng)用在13.56MHz的高頻標(biāo)的高頻標(biāo)簽簽生產(chǎn)中生產(chǎn)中 印刷法主要應(yīng)用在印刷法主要應(yīng)用在超高頻無源標(biāo)簽超高頻無源標(biāo)簽的生產(chǎn)的生產(chǎn)中中2.3 軟件系統(tǒng)組成軟件系統(tǒng)組成 RFID系統(tǒng)的軟件組件包括應(yīng)用軟件、企系統(tǒng)的軟件組件包括應(yīng)用軟件、企業(yè)應(yīng)用接口、中間件和面向底層硬件的業(yè)應(yīng)用接口、中間件和面向底層硬件的驅(qū)動接口，其中穩(wěn)定可靠的中間件組件驅(qū)動接口，其中穩(wěn)定可靠

15、的中間件組件對于提高企業(yè)應(yīng)用開發(fā)人員的軟件開發(fā)對于提高企業(yè)應(yīng)用開發(fā)人員的軟件開發(fā)效率具有顯著的促進(jìn)作用。效率具有顯著的促進(jìn)作用。2.3 軟件系統(tǒng)組成軟件系統(tǒng)組成 工作流程工作流程 串口通信串口通信（RS232）和）和網(wǎng)絡(luò)通信（網(wǎng)絡(luò)通信（TCP/IP）是閱讀器與主機(jī)之間是閱讀器與主機(jī)之間最常見的最常見的兩種通信連接兩種通信連接方式。方式。 串口通信串口通信是實(shí)現(xiàn)閱讀器和主機(jī)間通信最簡單是實(shí)現(xiàn)閱讀器和主機(jī)間通信最簡單的一種方式。的一種方式。 第一次第一次使用閱讀器時需要在使用閱讀器時需要在串口通信方式串口通信方式下下對閱讀器進(jìn)行初始參數(shù)的配置。對閱讀器進(jìn)行初始參數(shù)的配置。2.3 軟件系統(tǒng)組成軟件系

16、統(tǒng)組成 串口通信的配置步驟串口通信的配置步驟 打開閱讀器電源開關(guān)，并將閱讀器與天線接打開閱讀器電源開關(guān)，并將閱讀器與天線接好；好； 使用串口線連接閱讀器與主機(jī)；使用串口線連接閱讀器與主機(jī)； 啟動主機(jī)上的串口控制程序；啟動主機(jī)上的串口控制程序； 配置閱讀器串行通信參數(shù)（波特率、奇偶校配置閱讀器串行通信參數(shù)（波特率、奇偶校驗(yàn)、終止比特等）；驗(yàn)、終止比特等）； 使用用戶名和密碼登錄閱讀器。使用用戶名和密碼登錄閱讀器。2.3 軟件系統(tǒng)組成軟件系統(tǒng)組成 網(wǎng)絡(luò)通信的配置過程網(wǎng)絡(luò)通信的配置過程 開啟閱讀器的開啟閱讀器的DHCP功能，自動設(shè)置閱讀器功能，自動設(shè)置閱讀器網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)參數(shù)； 使用控制命令獲得閱讀器網(wǎng)絡(luò)地址；使用控制命令獲得閱讀器網(wǎng)絡(luò)地址； 使用用戶名和密碼登錄閱讀器。使用用戶名和密碼登錄閱讀器。 如果閱讀器不支持如果閱讀器不支持DHCP功功能則聯(lián)系管理員能則聯(lián)系管理員為閱讀器配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，重啟閱讀器之后再為閱讀器配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，重啟閱讀器之后再登錄。登錄。本章小結(jié)本章小結(jié) 閱讀器閱讀器 閱讀器的閱讀