第2章物聯(lián)網RFID的系統(tǒng)構成

物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）第2章

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RFID系統(tǒng)概述2.1電子標簽2.2讀寫器2.3系統(tǒng)高層2.4物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）

RFID系統(tǒng)概述2.1點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.1.1RFID系統(tǒng)的基本組成

RFID系統(tǒng)因應用不同其組成會有所不同，但基本都是由電子標簽、讀寫器和系統(tǒng)高層這三大部分組成。

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（1）電子標簽

電子標簽由芯片及天線組成，附著在物體上標識目標對象，每個電子標簽具有唯一的電子編碼，存儲著被識別物體的相關信息。

（2）讀寫器

讀寫器是利用射頻技術讀寫電子標簽信息的設備。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）

（3）系統(tǒng)高層

最簡單的RFID系統(tǒng)只有一個讀寫器，它一次只對一個電子標簽進行操作，如公交車上的票務系統(tǒng)。

復雜的RFID系統(tǒng)會有多個讀寫器，這需要系統(tǒng)高層處理問題。系統(tǒng)高層是計算機網絡系統(tǒng)，數據交換與管理由計算機網絡完成。讀寫器可以通過標準接口與計算機網絡連接，計算機網絡完成數據處理、傳輸和通信的功能。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.1.2RFID系統(tǒng)的工作流程RFID系統(tǒng)的一般工作流程如下。

（1）讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號；

（2）電子標簽獲得能量被激活；

（3）電子標簽將自身信息通過內置天線發(fā)送出去；

（4）讀寫器天線接收到從電子標簽發(fā)送來的載波信號；

（5）讀寫器天線將載波信號傳送到讀寫器；

（6）讀寫器對接收信號進行解調和解碼，然后送到系統(tǒng)高層；

（7）系統(tǒng)高層根據邏輯運算判斷該電子標簽的合法性；

（8）系統(tǒng)高層做出相應處理，發(fā)出指令信號，控制執(zhí)行機構動作。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）

點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.1.3RFID系統(tǒng)的分類1.按照頻率分類

通常情況下，讀寫器發(fā)送的頻率稱為系統(tǒng)的工作頻率。根據工作頻率的不同，RFID系統(tǒng)可以分為低頻、高頻和微波系統(tǒng)。（1）低頻系統(tǒng)

低頻系統(tǒng)的工作頻率范圍為30kHz～300kHz，RFID常見的低頻工作頻率有125kHz和134.2kHz。低頻系統(tǒng)主要用于距離短、數據量低的射頻識別系統(tǒng)中。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）（2）高頻系統(tǒng)

高頻系統(tǒng)的工作頻率范圍為3MHz～30MHz，RFID常見的高頻工作頻率是6.75MHz和13.56MHz。高頻系統(tǒng)可以傳送較大的數據，是目前應用比較成熟、使用范圍較廣的系統(tǒng)。（3）微波系統(tǒng)RFID常見的微波工作頻率是433MHz、860/960MHz、2.45GHz和5.8GHz等，其中433MHz、860/960MHz也常稱為超高頻（UHF）頻段。微波RFID是目前射頻識別系統(tǒng)研發(fā)的核心，是物聯(lián)網的關鍵技術。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.按照供電方式分類RFID供電方式以電子標簽的供電系統(tǒng)為準。（1）無源供電系統(tǒng)

無源供電系統(tǒng)的電子標簽內沒有電池，電子標簽利用讀寫器發(fā)出的波束供電。（2）有源供電系統(tǒng)

有源供電系統(tǒng)是指電子標簽內有電池，電池可以為電子標簽提供全部能量。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）（3）半有源供電系統(tǒng)

半有源電子標簽內有電池，但電池僅對維持數據的電路及維持芯片工作電壓的電路提供支持。

電子標簽未進入工作狀態(tài)前，一直處于休眠狀態(tài)，相當于無源標簽，標簽內部電池能量消耗很少，因而電池可以維持幾年，甚至可以長達10年。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）3.按照耦合方式分類（1）電感耦合方式

在電感耦合方式中，讀寫器與電子標簽之間的射頻信號傳遞為變壓器模型，電磁能量通過空間高頻交變磁場實現耦合。（2）電磁反向散射方式

在電磁反向散射方式中，讀寫器與電子標簽之間的射頻信號傳遞為雷達模型。讀寫器發(fā)射出去的電磁波碰到電子標簽后，電磁波被反射，同時攜帶回電子標簽的信息。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）4.按照技術方式分類（1）主動廣播式

主動廣播式是電子標簽主動向外發(fā)射信息，讀寫器相當于只收不發(fā)的接收機。（2）被動倍頻式

被動式電子標簽內部不帶電池，要靠外界提供能量工作。（3）被動反射調制式

依舊是讀寫器發(fā)射查詢信號，電子標簽被動接收，但此時電子標簽返回讀寫器的頻率，與讀寫器發(fā)射頻率相同。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）5.按照保存信息方式分類（1）只讀電子標簽

電子標簽內部只有只讀存儲器（ReadOnlyMemory，ROM）。（2）一次寫入只讀電子標簽

這種電子標簽與只讀電子標簽相比，可以寫入一次數據。（3）現場有線可改寫式（4）現場無線可改寫式點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）6.按照系統(tǒng)檔次分類

（1）低檔系統(tǒng)

1位系統(tǒng)和

只讀電子標簽。

（2）中檔系統(tǒng)

中檔系統(tǒng)電子標簽的數據存貯容量較大，數據可以讀取也可以寫入，是帶有可寫數據存儲器的射頻識別系統(tǒng)。

（3）高檔系統(tǒng)

高檔系統(tǒng)一般帶有密碼功能，電子標簽帶有微處理器，微處理器可以實現密碼的復雜驗證。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）

7.按照工作方式分類

（1）全雙工和半雙工工作方式

全雙工表示電子標簽與讀寫器之間可以在同一時刻互相傳送信息；半雙工表示電子標簽與讀寫器之間可以雙向傳送信息，但在同一時刻只能向一個方向傳送信息。

（2）時序工作方式

在時序工作方式中，讀寫器輻射出的電磁場短時間周期性地斷開，這些間隔被電子標簽識別出來，并被用于從電子標簽到讀寫器的數據傳輸。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）

電子標簽2.2點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.2電子標簽

電子標簽（Tag）又稱為射頻標簽、應答器或射頻卡。

電子標簽附著在待識別的物品上，每個電子標簽具有唯一的電子編碼，是射頻識別系統(tǒng)真正的數據載體。

在射頻識別系統(tǒng)中，電子標簽的價格遠比讀寫器低，但電子標簽的數量很大，應用場合多樣，電子標簽的組成、外形和特點也各不相同。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.2.1電子標簽的基本組成

一般情況下，電子標簽由標簽專用芯片和標簽天線組成。芯片用來存儲物品的數據，天線用來收發(fā)無線電波。

（1）電子標簽的芯片很小，厚度一般不超過0.35mm；

（2）電子標簽天線的尺寸一般要比芯片大許多，天線的形狀與工作頻率等有關。

（3）封裝后的電子標簽尺寸可以小到2mm，也可以像身份證那么大。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.2.2電子標簽的結構形式

電子標簽的結構形式多種多樣，有卡片型、環(huán)型、鈕扣型、條型、盤型、鑰匙扣型和手表型等。電子標簽可能會是獨立的標簽形式，也可能會和諸如汽車點火鑰匙集成在一起進行制造。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）

1.卡片型電子標簽（1）我國第二代身份證

我國第二代身份證相當于一個電子標簽。（2）城市一卡通

城市一卡通的消費領域包括公交汽車、地鐵、路橋收費和水電煤繳費等。（3）門禁卡

門禁卡的厚度是信用卡厚度的2～3倍，允許進入的特定人員會配發(fā)門禁卡。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2．標簽類電子標簽（1）具有粘貼功能的電子標簽（2）鑰匙扣型電子標簽（3）植入式電子標簽點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.2.3電子標簽的工作特點

1．低頻電子標簽的特點（1）低頻電子標簽的優(yōu)點

?低頻頻率使用自由； ?低頻電波穿透力強； ?低頻電子標簽一般采用普通CMOS工藝，省電、廉價； ?低頻產品有不同封裝形式； ?該頻率的磁場能產生相對均勻的讀寫區(qū)域。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）（2）低頻電子標簽的缺點

?低頻電子標簽相對于其它頻段的射頻識別產品，存儲數據量小，只適合數據量要求少的應用場合； ?低頻電子標簽識別距離近，數據傳輸速率比較慢，只適合近距離、低速度的應用場合； ?低頻電子標簽采用環(huán)狀天線，天線用線圈繞制而成，線圈的圈數較多，價格相對較貴。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2．高頻電子標簽的特點（1）高頻電子標簽的優(yōu)點

?高頻電子標簽存貯的數據量增大； ?可以用更高的傳輸速率傳送信息； ?電子標簽天線通過腐蝕印刷的方式制作，電子標簽天線的制作更為簡單； ?該頻段的13.56MHz在全球都免許可使用，沒有特殊的限制。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）（2）高頻電子標簽的缺點

?除了金屬材料外，該頻率的波長可以穿過大多數的材料，但是會降低讀取距離；?識別距離近，電子標簽與讀寫器的距離一般小于1.5m；?高頻頻段除特殊頻點外，受無線電管理委員會的約束，在全球有許可限制。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）3．微波電子標簽的特點（1）微波電子標簽的優(yōu)點

?電子標簽與讀寫器的距離較遠，典型情況為4~7m，最大可達10m以上； ?有很高的數據傳輸速率，短時間可以讀取大量的數據； ?可以讀取高速運動物體的數據； ?多個電子標簽同時讀取。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）（2）微波電子標簽的缺點

?微波穿透力弱，水、木材和有機物質對電波傳播有影響，微波穿過這些物質會降低讀取距離；?微波不能穿透金屬，電子標簽需要和金屬分開；?灰塵、霧等懸浮顆粒對微波傳播有影響。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.2.4電子標簽的技術參數

1.標簽激活的能量要求； 2.標簽信息的讀寫速度； 3.標簽信息的傳輸速率； 4.標簽信息的容量； 5.標簽的封裝尺寸； 6.標簽的讀寫距離； 7.標簽的可靠性； 8.標簽的工作頻率； 9.標簽的價格點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.2.5電子標簽的功能模塊

標簽芯片是電子標簽的核心部分，它的功能包括標簽信息存貯、標簽接收信號的處理和標簽發(fā)射信號的處理；天線是電子標簽發(fā)射和接收無線信號的裝置。

電子標簽芯片電路的復雜度與標簽所具有的功能相關，一般包括電源電路、時鐘電路、解調器、編解碼器、控制器、存儲器和負載調制電路等功能模塊。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）電子標簽的電源電路

電子標簽的時鐘電路電子標簽數據輸入和輸出模塊電子標簽的存儲器電子標簽的負載調制模塊

電子標簽的天線點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.2.6電子標簽的封裝（1）紙標簽

紙質的電子標簽一般由面層、芯片電路層、膠層和底層組成，一般具有自粘帖的功能。（2）塑料標簽

塑料電子標簽采用特定的工藝和塑料基材，將芯片和天線封裝成不同的標簽形式。（3）玻璃標簽

玻璃電子標簽將芯片和天線用特殊的物質植入到一定大小的玻璃容器內，封裝成玻璃標簽。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.2.7電子標簽的發(fā)展趨勢

（1）體積更小

（2）成本更低

（3）作用距離更遠

（4）無源可讀寫性能更加完善

（5）適合高速移動物體的識別

（6）多標簽的讀/寫功能點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）

（7）電磁場下自我保護功能更完善

（8）智能性更強、加密特性更完善

（9）帶有其他附屬功能的標簽

（10）具有殺死功能的標簽

（11）新的生產工藝

（12）帶有傳感器功能點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）讀寫器2.3點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.3讀寫器

讀寫器（ReaderandWriter）又稱為閱讀器（Reader）或詢問器，是讀取和寫入電子標簽內存信息的設備。

讀寫器又可以與計算機網絡進行連接，計算機網絡可以完成數據信息的存儲、管理和控制。

讀寫器是一種數據采集設備，其基本作用就是作為數據交換的一環(huán)，將前端電子標簽所包含的信息，傳遞給后端的計算機網絡。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.3.1讀寫器的基本組成

讀寫器基本由射頻模塊、控制處理模塊和天線三部分組成。讀寫器通過天線與電子標簽進行無線通信，讀寫器可以看成一個特殊的收發(fā)信機；同時，讀寫器也是電子標簽與計算機網絡的連接通道。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.3.2讀寫器的結構形式1.讀寫器的結構分類

（1）根據讀寫器天線與讀寫器模塊是否分離，讀寫器可以分為集成式讀寫器和分離式讀寫器。

（2）根據讀寫器外形和應用場合，讀寫器可以分為固定式讀寫器、OEM模塊式讀寫器、手持式讀寫器、工業(yè)讀寫器和讀卡器等。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）2.固定式讀寫器

固定式讀寫器一般是指天線、讀寫器與主控機分離，讀寫器和天線可以分別安裝在不同位置，讀寫器可以有多個天線接口和多種I/O接口。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）4.手持便攜式讀寫器

手持便攜式讀寫器是指天線、讀寫器與主控機集成在一起，適合用戶手持使用的電子標簽讀寫設備，其工作原理與固定式讀寫器基本相同。

手持便攜式讀寫器一般帶有液晶顯示屏，并配有輸入數據的鍵盤，常用在付款掃描、巡查、動物識別和測試等場合。點擊此處結束放映物聯(lián)網-射頻識別（RFID）核心技術詳解（第2版）5.工業(yè)讀