RFID與EPC基礎(chǔ)知識講座

物聯(lián)網(wǎng)知識系列教程RFID技術(shù)與EPC

基礎(chǔ)知識講座

物聯(lián)網(wǎng)知識系列教程前言本教程從用戶使用的角度，首先回顧了相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)知識，介紹了EPC、RFID的基本概念，重點講解了RFID系統(tǒng)的工作原理及其應(yīng)用。本教程適用范圍：本公司的相關(guān)業(yè)務(wù)管理人員、射頻標(biāo)簽營銷人員以及新入職相關(guān)人員的培訓(xùn)。目錄第一講基礎(chǔ)知識回顧第二講條碼基礎(chǔ)知識第三講RFID與EPC第四講RFID技術(shù)第五講RFID技術(shù)的應(yīng)用第一講

基礎(chǔ)知識回顧在講RFID及EPC之前，我們首先補充一些與此相關(guān)的基礎(chǔ)知識：電路基礎(chǔ)電磁波與天線無線電發(fā)射與接收電路基礎(chǔ)五種基本電路元件電阻元件R：表示消耗電能的元件電感元件L：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件C：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。電路基礎(chǔ)常用的無源元件電阻電容電感電路基礎(chǔ)歐姆定律u=RiR

:電阻，單位:

u:電壓，單位：Vi:電流，單位：Aui0Rui+－電路基礎(chǔ)電容器兩極板上分別帶上等量異號電荷，撤去電源，板上電荷仍可長久地集聚下去，是一種儲存電能的部件。在外電源作用下，_q+q電路符號C＋－u+q-q單位

C稱為電容器的電容,單位：F(法)(Farad，法拉),常用F，pF等表示。電路基礎(chǔ)

把金屬導(dǎo)線繞在一骨架上構(gòu)成一實際電感器，當(dāng)電流通過線圈時，將產(chǎn)生磁通，是一種儲存磁能的部件。+-u(t)電感器電路符號+-u(t)iL單位L

稱為電感器的自感系數(shù),L的單位：H(亨)(Henry，亨利)，常用H，mH表示。電路基礎(chǔ)LC振蕩電路工作原理阻尼振蕩----因等效電阻R的消耗而形成的減幅振蕩。等幅振蕩----利用電源對電容充電，補充電容對電感放電的振蕩過程。這種等幅正弦波振蕩的頻率稱為LC回路的固有頻率，記為fo:

電磁波與天線電磁波的輻射導(dǎo)線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。如圖1.1a所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開，如圖1.1b所示，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強。必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長度L遠(yuǎn)小于波長λ時，輻射很微弱；導(dǎo)線的長度L增大到可與波長相比擬時，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強的輻射。圖1.1a圖1.1b電磁波與天線電磁波傳播

隨時間變化的電場產(chǎn)生磁場，隨時間變化的磁場產(chǎn)生電場，兩者互為因果，形成電磁場。電磁場總是以光速向四周傳播，形成電磁波。

電場電場電場電波傳輸方向磁場磁場電磁波與天線天線方向性發(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。垂直放置的半波對稱振子具有平放的“面包圈”形的立體方向圖（圖1.3.1a）。圖1.3.1b與圖1.3.1c給出了它的兩個主平面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。從圖1.3.1b可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大輻射方向在水平面上；而從圖1.3.1c可以看出，在水平面上各個方向上的輻射一樣大。圖1.3.1a立體方向圖圖1.3.1b垂直面方向圖圖1.3.1c水平面方向圖電磁波與天線天線方向性增強若干個對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈”，把信號進(jìn)一步集中到在水平面方向上。下圖是4個半波對稱振子沿垂線上下排列成一個垂直四元陣時的立體方向圖和垂直面方向圖。立體方向圖垂直面方向圖電磁波與天線

面天線

----利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向。平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的水平面方向圖說明了反射面的作用------反射面把功率反射到單側(cè)方向，提高了增益。平面反射板扇形區(qū)覆蓋（垂直陣列,帶平面反射板）

全向陣（垂直陣列,不帶平面反射板）電磁波與天線峰值方向（最大輻射方向）

-3dB點

-3dB點波瓣寬度方向圖通常都有兩個或多個瓣，其中輻射強度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。如下圖所示,在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強度降低3dB（功率密度降低一半）的兩點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）。波瓣寬度越窄，方向性越好，作用距離越遠(yuǎn)，抗干擾能力越強。

電磁波與天線天線的極化天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化---是最常用的；水平極化---也是要被用到的。這兩種極化都稱為線極化。垂直極化水平極化電磁波與天線園極化波

如果電波在傳播過程中電場的方向是旋轉(zhuǎn)的，就叫作橢圓極化波。旋轉(zhuǎn)過程中，如果電場的幅度，即大小保持不變，我們就叫它為圓極化波。依照旋轉(zhuǎn)方向不同又分為：右旋圓極化波，左旋圓極化波。極化損失

當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時，在接收過程中通常都要產(chǎn)生極化損失，例如：當(dāng)用圓極化天線接收任一線極化波，或用線極化天線接收任一圓極化波時，都要產(chǎn)生３分貝的極化損失，即只能接收到來波的一半能量。電磁波與天線天線的可逆性描述天線的主要參數(shù)和特性，如輸入阻抗、方向性系數(shù)、輻射電阻、天線增益等,對用于發(fā)射的天線和用于接收的天線都適用，具有可逆性。無線電波的發(fā)射與接收發(fā)射端

接收端無線電波的發(fā)射無線電波的接收通信波段的劃分（1）通信波段的劃分（2）通信波段的劃分（3）技術(shù)參數(shù)解釋1.功率增益dB=10lg(Po/Pi)2.功率dBm=10lg(P/1mW)3.天線增益dBi(參考基準(zhǔn)為全向性天線的增益)4.天線的輸入阻抗Zin=天線輸入端信號電壓與電流之比5.電壓駐波比VSWR=(1+Γ)/(1-Γ)6.天線的前后比dB

=10lg（主瓣最大輻射方向的功率密度/相反方向附近的最大功率密度）第一講討論題1.歐姆定律中的電壓與電流關(guān)系？2.LC振蕩回路的振蕩頻率與LC的關(guān)系？3.天線的極化波分主要為哪幾種？4.無線電波的發(fā)射與接收基本原理？5.通信波段基本劃分？第二講條碼基礎(chǔ)知識概述

在射頻識別技術(shù)（RFID）及產(chǎn)品電子碼（EPC)出現(xiàn)之前，條碼作為一種最常見的自動識別技術(shù)，在全世界得到廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的正確采集，信息的及時交換，大幅減輕了員工的勞動強度，大大提高了顧客購物的自由度，大幅提高商家的管理水平的同時也獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由于“新員工培訓(xùn)教程”已對條碼作了詳實介紹，以下只簡單介紹條碼基礎(chǔ)分類及用途。條碼基礎(chǔ)知識----一維條碼一維條碼常見形式非連續(xù)型條碼25條碼庫德巴碼39條碼條碼基礎(chǔ)知識----一維條碼1.編碼方法條碼是利用條紋和間隔或?qū)捳瓧l紋（間隔）構(gòu)成二進(jìn)制的“0”和“1”，并以它們的組合來表示某個數(shù)字或字符，反映某種信息。條碼基礎(chǔ)知識----一維條碼（1）寬度調(diào)節(jié)法按照這種編碼方式，窄單元（條紋或間隔）表示邏輯值“0”，寬單元（條紋或間隔）表示邏輯值“1”。條碼基礎(chǔ)知識----一維條碼（2）模塊組合法按照這種編碼方式，條與空是由標(biāo)準(zhǔn)寬度的模塊組合而成。一個標(biāo)準(zhǔn)寬度的條模塊表示“1”，一個標(biāo)準(zhǔn)寬度的空模塊表示“0”。條碼基礎(chǔ)知識----二維條碼2.二維條碼通常分為以下二種類型：

（1）行排式二維條碼，又稱：堆積式二維條碼或?qū)优攀蕉S條碼條碼基礎(chǔ)知識----二維條碼（2）矩陣式二維條碼QR碼

條碼基礎(chǔ)知識----應(yīng)用及分類按應(yīng)用領(lǐng)域，條碼標(biāo)簽基本可分為如下幾類：1.商品標(biāo)簽----用于商業(yè)POS系統(tǒng)，條碼符號采用專用的EAN和UPC商業(yè)條碼。在全球范圍內(nèi)唯一標(biāo)識一種商品。2.物流標(biāo)簽----用于物流全過程，條碼符號采用EAN/UCC-128條碼。標(biāo)簽分為三個區(qū)段：承運商、客戶、供應(yīng)商。3.生產(chǎn)控制標(biāo)簽----用于生產(chǎn)過程控制，條碼符號中包含原材料、半成品或成品的相關(guān)信息，如生產(chǎn)日期、批次、貨號等。4.辦公管理標(biāo)簽----用于辦公自動化管理系統(tǒng)，如圖書、資產(chǎn)、文件、檔案上的條碼標(biāo)簽。5.票證標(biāo)簽----帶有條碼的各種證卡，如機場登機牌、車票、船票、高速公路收費票及各種證件、出入證。第二講討論題1.條碼是什么、如何組成？2.一維碼和二維碼的主要區(qū)別是什么？3.條碼按照用途主要分為哪5種條碼標(biāo)簽？第三講RFID與EPCRFID與EPC商品條碼日益深入到生活的各個角落，以商品條碼為核心的EAN.UCC全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)，已成為全球通用的商業(yè)語言。商品條碼的編碼體系是對每一種商品項目進(jìn)行編碼，隨著市場的發(fā)展，為了更加方便、快速、準(zhǔn)確跟蹤單品，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)發(fā)展，以及RFID(射頻識別)技術(shù)的成熟，EPC系統(tǒng)適時誕生了。EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)與目前廣泛應(yīng)用的EAN.UCC編碼標(biāo)準(zhǔn)兼容。RadioFrequencyIdentification(RFID)RFID技術(shù)包括:可發(fā)送無線信號的標(biāo)簽(tag),以及用于讀取無線信號的稱為讀碼器(Reader)設(shè)備.RFID技術(shù)是EPCglobalNetwork基本組成部分.ElectronicProductCode(EPC)EPC（產(chǎn)品電子碼）是在供應(yīng)鏈中對每件物品的唯一識別碼.EPC存儲于RFID標(biāo)簽(tag)中.當(dāng)EPC碼被從標(biāo)簽中讀出時，可以代表一組動態(tài)數(shù)據(jù)。EPC是EPCglobalNetwork的重要部分.EPCglobalNetworkEPCglobalNetwork多種技術(shù)的組合系統(tǒng)，它可以針對整個供應(yīng)鏈中的每件物品進(jìn)行快速自動識別，使全球所有組織與企業(yè)通過隨時掌握供應(yīng)鏈中的每件物品的信息，高效運作.RFID與EPC

EPC系統(tǒng)是一個先進(jìn)的、綜合性的和復(fù)雜的系統(tǒng)。它由EPC編碼體系、RFID系統(tǒng)及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三個部分組成，主要包括六個方面：EPC編碼、EPC標(biāo)簽、讀寫器、EPC中間件、對象名稱解析服務(wù)（ONS）和EPC信息服務(wù)（EPCIS）。

第三講討論題1.EPC是什么意思？2.EPC與RFID有什么聯(lián)系？3.EPC與條碼最主要的區(qū)別是什么？4.EPC系統(tǒng)主要由哪三部分組成？5.EPC編碼與EAN.UCC編碼關(guān)系？第四講RFID技術(shù)

RFID(無線射頻識別)技術(shù)也被稱為電子標(biāo)簽技術(shù)，它通過無線射頻信號實現(xiàn)非接觸方式下的雙向通信，完成對目標(biāo)對象的自動識別和數(shù)據(jù)的讀寫操作。RFID技術(shù)----定義RFID技術(shù)----系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中間件及應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)協(xié)議處理器標(biāo)簽驅(qū)動(射頻單元)應(yīng)用系統(tǒng)讀寫器電子標(biāo)簽響應(yīng)單元編碼存儲器解碼物理接口(調(diào)制解調(diào))讀數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)命令查詢寫入讀取應(yīng)用程序接口(API)空中接口(AirInterface)芯片天線數(shù)據(jù)能量RFID技術(shù)----工作原理讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被啟動。射頻卡將自身編碼等信息透過卡內(nèi)天線發(fā)送出去。讀寫器接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器，讀寫器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和譯碼然后送到后臺軟件系統(tǒng)處理。后臺軟件系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行相應(yīng)的動作。RFID技術(shù)----工作頻率(1)RFID技術(shù)----工作頻率(2)參數(shù)低頻(LF)高頻(HF)超高頻(UHF)微波(uW)頻率125，134KHz13.56MHz433MHz，860～960MHz2.45GHz，5.8GHz技術(shù)特點穿透及繞射能力強(能穿透水及繞射金屬物質(zhì))；但速度慢、距離近性價比適中，適用于絕大多數(shù)環(huán)境；但抗沖突能力差速度快、作用距離遠(yuǎn)；但穿透能力弱(不能穿透水，被金屬物質(zhì)全反射)，且全球標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一一般為有源系統(tǒng)，作用距離遠(yuǎn)；但抗干擾力差作用距離<10cm1～80cm2～10m>10m主要應(yīng)用門禁、防盜系統(tǒng)畜牧、寵物管理智能卡電子票務(wù)圖書管理商品防偽倉儲管理物流跟蹤航空包裹自動控制道路收費RFID技術(shù)----系統(tǒng)示意圖RFID技術(shù)----工作模式NS標(biāo)簽讀寫器讀寫器標(biāo)簽遠(yuǎn)距離電磁耦合近距離電感耦合電磁耦合與電感耦合的差別在于電磁耦合方式中閱讀器將射頻能量以電磁波的形式發(fā)送出去；在電感耦合方式中，閱讀器將射頻能量束縛在閱讀器電感線圈的周圍，通過交變閉合的線圈磁場，溝通閱讀器線圈與射頻標(biāo)簽線圈之間的射頻通道，沒有向空間輻射電磁能量。電磁耦合與電感耦合（1）電磁耦合：閱讀器將射頻能量以電磁波的形式發(fā)送出去；如915M的RFID標(biāo)簽。電感耦合：閱讀器將射頻能量束縛在閱讀器電感線圈的周圍，通過交變閉合的線圈磁場，溝通閱讀器線圈與射頻標(biāo)簽線圈之間的射頻通道。如：125K和13.56M的

RFID標(biāo)簽。對于RFID系統(tǒng)而言，限于標(biāo)簽的尺寸，一般其天線結(jié)構(gòu)都滿足L/λ＜1或L/λ＜＜1，即可稱為“電小天線”。因而其天線的無功近場（電感耦合區(qū)）與輻射遠(yuǎn)場（電磁耦合區(qū)）的基本分界可以λ/2π計算：無功近場（電感耦合區(qū)）＜λ/2π輻射遠(yuǎn)場（電磁耦合區(qū)）＞λ/2π電磁耦合與電感耦合（2）以HF電子標(biāo)簽13.56MHZ計算：

λ=c/f=22m，則λ/2π=3.5m即在3.5m的通信范圍內(nèi)，都處于電感耦合區(qū)域。以UHF電子標(biāo)簽915MHZ計算：

λ=c/f=33cm，則λ/2π=5cm即只要通信距離超過5cm，都處于電磁耦合區(qū)域。電磁耦合與電感耦合（3）RFID讀寫器主要分類依照外觀形式可分為：1.手持式讀寫器2.一體式固定讀寫器3.分體式固定讀寫器依照讀寫形式可分為：1.只寫式（發(fā)卡器）2.只讀式（讀卡器）3.讀寫式（閱讀器）RFID讀寫器主要技術(shù)參數(shù)（例1）操作系統(tǒng)WindowsCE6.0存儲系統(tǒng)ROM64/128MBytesNorFlashRAM:64/128MBytesDDRAM屏幕3.2寸240*320工業(yè)清晰度大屏，防沖擊，觸摸屏聲音大喇叭，支持語音功能鍵盤三大功能鍵，全數(shù)字鍵盤，五個導(dǎo)航，5個快捷鍵接口USB2.0Device選配模塊GPRS/wifi/藍(lán)牙/GPS數(shù)采模塊一維碼掃描/二維碼掃描HF模塊(選配)讀卡距離5~10cmUHF模塊(選配)讀卡距離1~2m電池3000mAH/3.7V聚合物鋰電池工作溫度-20~70℃存儲溫度-40~70℃濕度5%~95%RH非凝結(jié)狀態(tài)防護(hù)等級IP65，防水、防塵、防撞擊尺寸180*70*30mm重量300gRFID讀寫器主要技術(shù)參數(shù)（例2）工作頻率860～960MHz電源9V通信接口RS232,RS485,TCP/IP,數(shù)字輸入/輸出兼容標(biāo)簽支持ISO18000-6B和ISO18000-6C標(biāo)準(zhǔn)輸出功率0~30dBm（軟件可調(diào)）讀寫距離讀取：0～8m，寫入：0～4m尺寸230*170*40mm（長×寬×高）重量1.5kg外殼材質(zhì)鋁工作溫度-20℃～80℃存儲溫度-40℃～85℃濕度5～95%（相對）天線兼容性線性或圓極化天線天線連接4個凹形的TNC連接技術(shù)認(rèn)證CE，F(xiàn)CC，CCCRFID天線主要技術(shù)參數(shù)（例3）頻率范圍(MHz) 902-928 極化方式 圓極化 增益(dBi) 8 半功率角(°) Hor:63Ver:56 前后比(dB) ≥20 阻抗(Ω) 50 電壓駐波比 ≤1.4 功率(W) 10

接頭 N-female

天線尺寸（mm）260×260×45 凈重(kg) 1.2 最大抗風(fēng)強度(m/s) 60 輻射材料 鋁 天線罩材料 ABS

工作溫度(°C)-40～70

RFID讀寫器的常用接口1.RS232串行接口2.RS485/422串行接口3.標(biāo)準(zhǔn)并行打印接口4.以太網(wǎng)接口5.藍(lán)牙/WIFI接口6.USB接口RFID與其它系統(tǒng)的比較類別信息載體信息量讀寫性讀取方式保密性智能化抗干擾壽命成本條碼紙、塑料薄膜、金屬表面小只讀CCD或光束掃描差無差較短最低磁卡磁性物質(zhì)一般讀/寫電磁轉(zhuǎn)換一般無較差短低IC卡EEPROM大讀/寫電擦除、寫入好有好長較高RFID卡EEPROM大讀/寫無線通信好有很好最長較低RFID的技術(shù)主要特點RFID不僅僅是改進(jìn)的條碼非接觸式，中遠(yuǎn)距離工作大批量、由讀寫器快速自動讀取信息量大、可以細(xì)分單品芯片存儲，可多次讀寫RFID標(biāo)簽的分類按供電方式分：有源(Active)標(biāo)簽、無源(Passive)標(biāo)簽、半有源標(biāo)簽。按工作頻率分：低頻（LF）標(biāo)簽、高頻（HF）標(biāo)簽、超高頻（UHF）標(biāo)簽、微波（uW）標(biāo)簽。按通信方式分：主動式標(biāo)簽、被動式標(biāo)簽。按讀寫方式分：只讀式標(biāo)簽、讀寫式標(biāo)簽。RFID標(biāo)簽存儲器電子標(biāo)簽芯片內(nèi)的存貯器通常分成四個存貯體，分別是：

存貯體0：Reserver保留內(nèi)存，為電子標(biāo)簽存貯密碼（口令）的部份。

存貯體1：EPC存儲器，用于存貯電子標(biāo)簽的EPC號、PC（協(xié)議-控制字）以及這部份的CRC—16校驗碼。存貯體2：TID存儲器，該存貯體是指電子標(biāo)簽的產(chǎn)品類識別號，每個生產(chǎn)廠商的TID號都會不同。用戶可以在該區(qū)中存貯其自身產(chǎn)品分類數(shù)據(jù)及產(chǎn)品供應(yīng)商的信息。存貯體3：User用戶自定義存儲器，用于存貯用戶自定義的數(shù)據(jù)。用戶可以對該存貯區(qū)進(jìn)行該、寫操作。

注：有些標(biāo)簽的存儲器內(nèi)部沒有User區(qū)，如M3。RFID標(biāo)簽的發(fā)行使用電子標(biāo)簽供應(yīng)商提供的標(biāo)簽為空白標(biāo)簽。用戶首先取得授權(quán)，即申請獲取“廠商識別代碼”，具有電子標(biāo)簽的發(fā)行資格后，通過讀寫器將相關(guān)數(shù)據(jù)寫入電子標(biāo)簽中（發(fā)行標(biāo)簽）。然后在標(biāo)簽的流通使用過程中，通過讀取標(biāo)簽存貯器的相關(guān)信息，或?qū)⒛碃顟B(tài)