第2章RFID技術(shù)概述

《RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用》

第二章RFID技術(shù)概述2023年2月22日提綱2.1自動識別技術(shù)2.2RFID技術(shù)發(fā)展階段2.3RFID系統(tǒng)概述 2.4RFID的應(yīng)用前景小結(jié) 2.1自動識別技術(shù)早期的信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的處理基本上都是通過手工錄入，不僅錄入數(shù)據(jù)的勞動強度大，而且數(shù)據(jù)誤碼率較高。為了解決這些問題，人們研究和發(fā)展了各種各樣的自動識別與數(shù)據(jù)采集（AutoIdentificationandDataCapture,AIDC）技術(shù)。自動識別技術(shù)可以對每個物品進(jìn)行自動標(biāo)識和識別，并可以實時更新數(shù)據(jù)，提高了信息獲取和處理的實時性和準(zhǔn)確性。自動識別技術(shù)是構(gòu)造全球物品信息實時共享的重要組成部分，是物聯(lián)網(wǎng)的基石。2.1.1自動識別技術(shù)的概念自動識別技術(shù)是應(yīng)用特定的識別裝置，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)系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)。完整的自動識別管理系統(tǒng)包括自動識別系統(tǒng)（AutoIdentificationSystem,AIDS），應(yīng)用程序編程接口（ApplicationProgrammingInterface,API）或者中間件（Middleware）和應(yīng)用系統(tǒng)軟件（ApplicationSoftware）。1、條碼識別技術(shù)條碼是由一組規(guī)則排列的條、空以及相應(yīng)的數(shù)字組成，這種用條、空組成的數(shù)據(jù)編碼可以供條碼閱讀器識讀，而且很容易譯成二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)。條碼成本最低、適用于需求量大且數(shù)據(jù)不必更改的場合。例如商品包裝上就很適宜，但是較易磨損、數(shù)據(jù)量很小。而且條碼只對一種或者一類商品有效，也就是說，同樣的商品具有相同的條碼。2、磁卡識別技術(shù)磁卡技術(shù)應(yīng)用了物理學(xué)和磁力學(xué)的基本原理，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，可以用來記載字母、字符及數(shù)字信息，通過粘合或熱合與塑料或紙牢固地整合在一起，形成磁卡。磁條技術(shù)的優(yōu)點是數(shù)據(jù)可讀寫，即具有現(xiàn)場改寫數(shù)據(jù)的能力；數(shù)據(jù)存儲量能滿足大多數(shù)需求；便于使用；成本低廉；還具有一定的數(shù)據(jù)安全性；它能粘附于許多不同規(guī)格和形式的基材上。3、IC卡識別技術(shù)IC（IntegratedCard）卡是1970年由法國人RolandMoreno發(fā)明。IC卡是一種電子式數(shù)據(jù)自動識別卡，IC卡分接觸式IC卡和非接觸式IC卡兩種，通常說的IC卡多數(shù)是指接觸式IC卡。接觸式IC卡和磁卡比較有以下特點：安全性高存儲容量大可靠性高綜合成本低4、射頻識別技術(shù)RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，常稱為感應(yīng)式電子晶片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼等，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)，即可完成信息的輸入和處理，能快速、實時、準(zhǔn)確地采集和處理信息，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)是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。2.1.2自動識別技術(shù)的分類與比較數(shù)據(jù)采集技術(shù)包括：光識別技術(shù)：條碼（一維、二維）、矩陣碼、光標(biāo)閱讀器、光學(xué)字符識別（OpticalCharacterRecognition,OCR）。磁識別技術(shù)：磁條、非接觸磁卡、磁光存儲、微波。電識別技術(shù)：觸摸式存儲、射頻識別（無芯片、有芯片）、存儲卡（智能卡、非接觸式智能卡）、視覺識別、能量擾動識別。特征提取技術(shù)包括：動態(tài)特征：聲音（語音）、鍵盤敲擊、其它感覺特征。屬性特征：化學(xué)感覺特征、物理感覺特征、生物抗體病毒特征、聯(lián)合感覺系統(tǒng)。5、自動識別技術(shù)的比較

類別特征條碼磁卡IC卡射頻識別信息載體紙、塑料薄膜、金屬表面磁性物質(zhì)（磁條）EEPROMEEPROM信息量小較小大大讀寫能力讀讀/寫讀/寫讀/寫人工識讀性受約束不可不可不可保密性無一般好好智能化無一般有有環(huán)境適應(yīng)性不好一般一般很好識別速度低低低很快通信速度低低低很快讀取距離近接觸接觸遠(yuǎn)使用壽命一次性短長很長國家標(biāo)準(zhǔn)有有有超高頻沒有多標(biāo)簽同時識別不能不能不能能2.2RFID技術(shù)發(fā)展階段RFID技術(shù)的產(chǎn)生階段20世紀(jì)40年代，由于雷達(dá)技術(shù)的改進(jìn)和應(yīng)用，產(chǎn)生了RFID技術(shù)，也奠定了RFID技術(shù)的基礎(chǔ)。RFID技術(shù)的探索階段1948年，HarryStockman發(fā)表的論文“用能量反射的方法進(jìn)行通信”是RFID理論發(fā)展的里程碑。20世紀(jì)50年代是RFID技術(shù)和應(yīng)用的探索階段。RFID技術(shù)的應(yīng)用階段1961年至1980年，RFID變成了現(xiàn)實。無線電理論以及其它電子技術(shù)（如集成電路和微處理器）的發(fā)展，為RFID技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。RFID技術(shù)的推廣階段20世紀(jì)90年代是RFID技術(shù)推廣期，西方發(fā)達(dá)國家在不同的應(yīng)用領(lǐng)域安裝和使用了RFID系統(tǒng)。2.3RFID系統(tǒng)概述 RFID系統(tǒng)是一種非接觸式的自動識別系統(tǒng)，通過射頻無線信號自動識別目標(biāo)對象，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)以電子標(biāo)簽來標(biāo)識某個對象，電子標(biāo)簽通過無線電波與讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，讀寫器可將主機(jī)命令傳達(dá)到電子標(biāo)簽，再把電子標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)傳達(dá)到主機(jī)，主機(jī)的數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的存儲、管理和控制。2.3.1RFID系統(tǒng)的構(gòu)成 圖2.6RFID系統(tǒng)的構(gòu)成1、電子標(biāo)簽電子標(biāo)簽（ElectronicTag）也稱之為智能標(biāo)簽（SmartTag），是指由IC芯片和無線通信天線組成的超微型的小標(biāo)簽，其內(nèi)置的射頻天線用于和閱讀器進(jìn)行通信。圖2.7電子標(biāo)簽天線：用來接收讀寫器發(fā)送來的信號，并把數(shù)據(jù)送回給讀寫器。電壓調(diào)節(jié)器：把標(biāo)簽讀寫器發(fā)送來的射頻信號轉(zhuǎn)為直流電源，并經(jīng)大電容存儲能量，再經(jīng)穩(wěn)壓電路以提供穩(wěn)定的電源。調(diào)制器：將邏輯控制電路送出的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制后加載到天線送給讀寫器。解調(diào)器：把載波去除以取出正確的調(diào)制信號。邏輯控制單元：用來譯碼讀寫器發(fā)送來的信號，并依據(jù)其要求回送數(shù)據(jù)給讀寫器。存儲單元：包括電可擦可編程只讀存儲器（ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory,EEPROM）和只讀存儲器（Read-OnlyMemory,ROM），作為系統(tǒng)運行及存放識別數(shù)據(jù)的位置。2、讀寫器圖2.8讀取器組成讀寫器（Reader）又稱閱讀器，是利用射頻技術(shù)讀寫電子標(biāo)簽信息的設(shè)備，在RFID系統(tǒng)中扮演著重要的角色，通常由天線、射頻接口和邏輯控制單元三部分組成。3、RFID中間件RFID中間件扮演RFID標(biāo)簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，從應(yīng)用程序端使用中間件所提供的應(yīng)用程序接口，即能連到RFID讀寫器，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。圖2.9RFID中間件RFID中間件主要包括以下4個功能讀寫器協(xié)調(diào)控制終端用戶可以通過RFID中間件接口直接配置、監(jiān)控以及發(fā)送指令給閱讀器。

數(shù)據(jù)過濾與處理RFID中間件可以避免不同的閱讀器讀取同一電子標(biāo)簽的碰撞，確保了高于閱讀器水平的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)路由與集成RFID中間件可以與企業(yè)現(xiàn)有的ERP（企業(yè)資源計劃）、CRM（客戶關(guān)系管理）、WMS（倉儲管理系統(tǒng)）等軟件集成在一起，提供數(shù)據(jù)的路由與集成，同時中間件還可以保存數(shù)據(jù)，分批給各個應(yīng)用提交數(shù)據(jù)。進(jìn)程管理在進(jìn)程管理中，RFID中間件可根據(jù)客戶定制的任務(wù)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的監(jiān)控與事件的觸發(fā)。RFID應(yīng)用系統(tǒng)RFID應(yīng)用系統(tǒng)可以集成到現(xiàn)有的物流系統(tǒng)、電子商務(wù)和電子政務(wù)平臺中，與ERP、CRM和SCM等應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)合以提高各行業(yè)的生產(chǎn)效率。2.3.2RFID系統(tǒng)工作流程 讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號；當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器天線工作區(qū)域時，電子標(biāo)簽天線產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽獲得能量被激活；電子標(biāo)簽將自身編碼等信息通過內(nèi)置天線發(fā)送出去；讀寫器天線接收到從電子標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號，并將其傳送到讀寫器；讀寫器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；應(yīng)用系統(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)行機(jī)構(gòu)的動作。2.3.3RFID系統(tǒng)的特點讀取方便快捷識別速度快數(shù)據(jù)容量大使用壽命長，應(yīng)用范圍廣標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動態(tài)更改更好的安全性動態(tài)實時通信2.3.4RFID系統(tǒng)的分類 RFID系統(tǒng)的分類方法有很多，常用的分類方法有按照供電方式、耦合方式、電磁波頻率、技術(shù)方式、信息存儲方式等。1、按照標(biāo)簽的供電方式分類能量供應(yīng)工作環(huán)境壽命讀寫距離讀寫速度尺寸成本主動標(biāo)簽內(nèi)置電池高低溫下電池?zé)o法工作電池?zé)o法更換，壽命受限遠(yuǎn)快大、厚、重高被動標(biāo)簽無源、利用電磁場獲取能量高低溫下電池?zé)o法工作壽命更長，免維護(hù)低慢小、薄、輕低2、按照耦合方式分類電感耦合系統(tǒng)實現(xiàn)為變壓器模型工作頻率為125kHz、225kHz和13.56MHz識別距離小于1m，典型作用距離為10～20cm。電磁反向散射耦合系統(tǒng)實現(xiàn)為雷達(dá)原理模型工作頻率為433MHz、915MHz、2.45GHz和5．86Hz識別距離大于lm，典型作用距離為3～10m3、按電磁波的頻率分類低頻系統(tǒng)低頻系統(tǒng)的工作頻率范圍為30KHz~300KHz，常見工作頻率有125KHz和133KHz。典型應(yīng)用有：動物識別、容器識別、工具識別、電子閉鎖防盜（帶有內(nèi)置應(yīng)答器的汽車鑰匙）等。高頻系統(tǒng)高頻系統(tǒng)的工作頻率一般為3MHz~30MHz，典型工作頻率有6.75MHz、13.56MHz和27.125MHz。典型應(yīng)用包括：電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）等。微波系統(tǒng)微波系統(tǒng)的工作頻率大于300MHz，典型工作頻率有433.92MHz、862（902）~928MHz，2.45GHz和5.8GHz。典型應(yīng)用包括：移動車輛識別、電子身份證、倉儲物流應(yīng)用、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）等。4、按照閱讀器與電子標(biāo)簽之間的通信載波頻率分類廣播發(fā)射式倍頻式反射調(diào)制式5、按照標(biāo)簽內(nèi)信息存儲方式分類集成電路固化式集成電路固化式電子標(biāo)簽內(nèi)的信息一般在集成電路生產(chǎn)時即將信息以ROM工藝模式注入，其保存的信息是一成不變的?，F(xiàn)場有線改寫式現(xiàn)場有線改寫式電子標(biāo)簽一般將電子標(biāo)簽保存的信息寫入其內(nèi)部的存儲區(qū)中，改寫時需要專用的編程器或?qū)懭肫鳎膶戇^程中必須為其供電?，F(xiàn)場無線改寫式現(xiàn)場無線改寫式電子標(biāo)簽一般適用于有源類電子標(biāo)簽，具有特定的改寫指令，電子標(biāo)簽內(nèi)保存的信息也位于其中的存儲區(qū)。2.4