電子標(biāo)簽原理與應(yīng)用_第1頁(yè)
電子標(biāo)簽原理與應(yīng)用_第2頁(yè)
電子標(biāo)簽原理與應(yīng)用_第3頁(yè)
電子標(biāo)簽原理與應(yīng)用_第4頁(yè)
電子標(biāo)簽原理與應(yīng)用_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩44頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

電子標(biāo)簽原理與應(yīng)用培訓(xùn)教材深圳市遠(yuǎn)望谷信息技術(shù)股份有限公司二零零九年十月十八日目錄TO(shè)C\o"1-3"\p""\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc243831977"第1章緒論P(yáng)AGEREF_Toc243831977\h1HYPERLINK\l"_Toc243831978"1.1射頻識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介PAGEREF_Toc243831978\h1HYPERLINK\l"_Toc243831979"1.1.1自動(dòng)識(shí)別技術(shù)PAGEREF_Toc243831979\h1HYPERLINK\l"_Toc243831980"1.1.2射頻識(shí)別技術(shù)PAGEREF_Toc243831980\h2HYPERLINK\l"_Toc243831981"1.1.3射頻識(shí)別系統(tǒng)的頻段PAGEREF_Toc243831981\h2HYPERLINK\l"_Toc243831982"1.2射頻識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用簡(jiǎn)介PAGEREF_Toc243831982\h3HYPERLINK\l"_Toc243831983"1.2.1國(guó)際射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用狀況PAGEREF_Toc243831983\h3HYPERLINK1.2.2射頻識(shí)別技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展前景PAGEREF_Toc243831984\h3HYPERLINK\l"_Toc243831985"1.2.3射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域PAGEREF_Toc243831985\h4HYPERLINK\l"_Toc243831986"1.3射頻識(shí)別技術(shù)陣營(yíng)的主要成員PAGEREF_Toc243831986\h5HYPERLINK1.3.1美國(guó)德州儀器公司PAGEREF_Toc243831987\h5HYPERLINK\l"_Toc243831988"1.3.2法國(guó)INSIDE公司PAGEREF_Toc243831988\h5HYPERLINK\l"_Toc243831989"1.3.3Philips公司PAGEREF_Toc243831989\h6HYPERLINK1.3.4微軟公司PAGEREF_Toc243831990\h6HYPERLINK1.4射頻識(shí)別的相關(guān)行業(yè)PAGEREF_Toc243831991\h6HYPERLINK2.1射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成PAGEREF_Toc243831993\h1HYPERLINK\l"_Toc243831994"2.2閱讀器與應(yīng)答器的構(gòu)造形式PAGEREF_Toc243831994\h22.3射頻識(shí)別系統(tǒng)的分類PAGEREF_Toc243831995\h3HYPERLINK2.3.1按作用距離的遠(yuǎn)近分類96\h3HYPERLINK\l"_Toc243831997"2.3.2按系統(tǒng)的功能和特性分類PAGEREF_Toc243831997\h4HYPERLINK\l"_Toc243831998"2.3.3按工作頻率分類PAGEREF_Toc243831998\h5HYPERLINK\l"_Toc243831999"第3章射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本工作原理PAGEREF_Toc243831999\h1HYPERLINK3.2電子數(shù)據(jù)載體PAGEREF_Toc243832001\h2HYPERLINK\l"_Toc243832002"3.2.1全雙工和半雙工PAGEREF_Toc243832002\h3HYPERLINK\l"_Toc243832003"3.2.2時(shí)序法PAGEREF_Toc243832003\h4HYPERLINK\l"_Toc243832004"3.3電子數(shù)據(jù)載體的結(jié)構(gòu)PAGEREF_Toc243832004\h6HYPERLINK3.3.2具有微處理器的應(yīng)答器PAGEREF_Toc243832006\h10HYPERLINK\l"_Toc243832007"3.3.3存儲(chǔ)器技術(shù)PAGEREF_Toc243832007\h10HYPERLINK\l"_Toc243832008"3.4射頻識(shí)別系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)PAGEREF_Toc243832008\h11HYPERLINK\l"_Toc243832009"3.4.1磁場(chǎng)PAGEREF_Toc243832009\h11HYPERLINK\l"_Toc243832010"3.4.2電磁波PAGEREF_Toc243832010\h12HYPERLINK\l"_Toc243832011"3.5頻率范圍和允許使用的無(wú)線電規(guī)范PAGEREF_Toc243832011\h12HYPERLINK\l"_Toc243832012"第4章電子標(biāo)簽的標(biāo)準(zhǔn)化PAGEREF_Toc243832012\h1HYPERLINK4.1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC10536PAGEREF_Toc243832013\h1HYPERLINK\l"_Toc243832014"4.2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14443PAGEREF_Toc243832014\h2HYPERLINK\l"_Toc243832015"4.3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC15693PAGEREF_Toc243832015\h2HYPERLINK\l"_Toc243832016"4.4其他標(biāo)準(zhǔn)PAGEREF_Toc243832016\h2HYPERLINK5.1電子標(biāo)簽的應(yīng)用領(lǐng)域PAGEREF_Toc243832018\h5HYPERLINK\l"_Toc243832019"5.1.1防偽PAGEREF_Toc243832019\h5HYPERLINK5.1.2供應(yīng)鏈管理PAGEREF_Toc243832020\h6HYPERLINK5.1.5防盜PAGEREF_Toc243832023\h8HYPERLINK\l"_Toc243832024"5.1.6航空包裹管理PAGEREF_Toc243832024\h8HYPERLINK5.1.7門禁保安PAGEREF_Toc243832025\h9HYPERLINK\l"_Toc243832026"5.1.8畜牧管理PAGEREF_Toc243832026\h9HYPERLINK\l"_Toc243832027"5.1.9票證管理PAGEREF_Toc243832027\h10HYPERLINK\l"_Toc243832028"5.1.10其他PAGEREF_Toc243832028\h10HYPERLINK5.2電子標(biāo)簽的成功應(yīng)用案例9\h11HYPERLINK\l"_Toc243832030"5.3電子標(biāo)簽的應(yīng)用系統(tǒng)分析PAGEREF_Toc243832030\h15HYPERLINK\l"_Toc243832031"5.3.1車輛牌證智能防偽查驗(yàn)系統(tǒng)43832031\h15HYPERLINK\l"_Toc243832032"5.3.2電子標(biāo)簽在醫(yī)院中的應(yīng)用PAGEREF_Toc243832032\h16HYPERLINK\l"_Toc243832033"5.3.3ETC不停車收費(fèi)系統(tǒng)PAGEREF_Toc243832033\h16HYPERLINK\l"_Toc243832034"5.3.4電子標(biāo)簽揀貨系統(tǒng)243832034\h17HYPERLINK\l"_Toc243832035"5.3.5郵包操作系統(tǒng)PAGEREF_Toc243832035\h17HYPERLINK\l"_Toc243832036"5.3.6槍械管理系統(tǒng)PAGEREF_Toc243832036\h19HYPERLINK5.3.8物流防偽PAGEREF_Toc243832038\h21HYPERLINK\l"_Toc243832039"5.3.9汽車防盜PAGEREF_Toc243832039\h21第1章緒論1.1射頻識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介電子標(biāo)簽也叫智能標(biāo)簽、Tag或者SmartLabels,其核心是采用射頻識(shí)別技術(shù)、具有一儲(chǔ)容量的芯片。圖1.1所示為典型的電子標(biāo)簽。圖1.1電子標(biāo)簽1.1.1自動(dòng)識(shí)別技術(shù)自動(dòng)設(shè)備識(shí)別技術(shù)是目前國(guó)際上發(fā)展很快的一項(xiàng)新技術(shù),英文名稱為AutomaticEquipmentidenfificarlon,簡(jiǎn)稱AEI。該項(xiàng)技術(shù)的基本思想是通過(guò)采用一些先進(jìn)的技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)人們對(duì)各類物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動(dòng)、靜止或惡劣環(huán)境)下的自動(dòng)識(shí)別和管理。目前,應(yīng)用最廣泛的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)大致可分為光學(xué)技術(shù)和無(wú)線電技術(shù)兩個(gè)方面。其中,光學(xué)技術(shù)中普遍應(yīng)用于條形碼和攝像兩大類,這兩類技術(shù)產(chǎn)品目前己廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中。比如一維條形碼已經(jīng)廣泛用于商品管理,二維條形碼目前得NT越來(lái)越多的重視;攝像用于抓拍違章車輛等。目前廣泛應(yīng)用的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)合。表1.1顯示了幾種識(shí)別技術(shù)的區(qū)別。條形碼成本最低,適用于需求量大且數(shù)據(jù)不必更改的場(chǎng)合,例如商品包裝上就很適宜,但是較易磨損,且數(shù)據(jù)量很小。磁卡的價(jià)格也很便宜,但容易磨損,數(shù)據(jù)量小。IC卡的價(jià)格稍高些,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量很大,數(shù)據(jù)安全性好,但是由于它的觸點(diǎn)暴露在外面,有可能因靜電或人為的原因損壞。射頻卡最大的優(yōu)點(diǎn)就在于非接觸,因此完成識(shí)別工作時(shí)無(wú)須人工干預(yù),適于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化且不易損壞,可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)射頻卡,操作快捷方便。短距離射頻卡不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境,可在這樣的環(huán)境中替代條形碼,例如用在工廠的流水線上跟蹤物體。長(zhǎng)距離射頻產(chǎn)品多用于交通上,識(shí)別距離可達(dá)幾十米,如自動(dòng)收費(fèi)或識(shí)別車輛身份等。1.1.2射頻識(shí)別技術(shù)無(wú)線電技術(shù)在自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域的應(yīng)用中更具體的技術(shù)名稱為射頻識(shí)別,英文為RadioFrequencyIDentification,簡(jiǎn)稱RFID。射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成一般至少包括兩個(gè)部分:①應(yīng)答器(電子標(biāo)簽是應(yīng)答器的一種,英文名稱為Tag或者SmartLabels);②閱讀器,英文名稱為Reader。電子標(biāo)簽中一般存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中。電子標(biāo)簽附著在待識(shí)別物體的表面。閱讀器又稱為讀出裝置,可無(wú)接觸地讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù),從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的,并可進(jìn)一步通過(guò)計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體識(shí)別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。電子標(biāo)簽作為數(shù)據(jù)載體,能起到標(biāo)識(shí)識(shí)別、物品跟蹤、信息采集的作用。由電子標(biāo)簽、讀寫器、天線和應(yīng)用軟件構(gòu)成的射頻識(shí)別系統(tǒng)可直接與相應(yīng)的管理信息系統(tǒng)相連,使每件物品都可以被準(zhǔn)確地跟蹤。這種全面的信息管理系統(tǒng)能為客戶帶來(lái)諸多的利益,包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的自由采集、安全的數(shù)據(jù)存取通道、離線狀態(tài)下也可獲得所有產(chǎn)品信息等。采用電子標(biāo)簽系統(tǒng),意味著能提供更新、更好的服務(wù),以提高客戶的滿意度。國(guó)內(nèi)射頻識(shí)別技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)網(wǎng)站:http://.corn.cn1.1.3射頻識(shí)別系統(tǒng)的頻段RFID系統(tǒng)中采納超高頻頻段(uHF,Ul(shuí)traHighFrequency,860~960MHz)非常重要,因?yàn)槌哳l頻段提供的頻率擴(kuò)充了在設(shè)定的供應(yīng)鏈追蹤貨物的頻率讀取范圍。大多數(shù)政府已經(jīng)把RFID系統(tǒng)的頻率設(shè)為13.56MHz,在這個(gè)頻率上,當(dāng)閱讀距離要求不很嚴(yán)格時(shí),RFID系統(tǒng)得到很好的使用。但是對(duì)于超高頻頻段,因涉及到軍方、電臺(tái)、民用企業(yè)等各方利益,各個(gè)國(guó)家并沒(méi)有統(tǒng)一RFID系統(tǒng)的使用頻段。在美國(guó)以及加拿大,RFID的頻率為915MHz,歐洲為868MHz。在這兩個(gè)范圍內(nèi),大多數(shù)超高頻電子標(biāo)簽的操作只是在性能上有細(xì)微的差別。起初,日本不允許將超高頻頻段用作RFID,因?yàn)樵搰?guó)的可移動(dòng)電話、出租車、卡車通信系統(tǒng)和公共無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在災(zāi)難預(yù)防上已經(jīng)分派了超高頻的頻率。但是,在2001年,日本政府分派950~956MHz的超高頻頻段為追蹤供應(yīng)鏈中采用射頻識(shí)別而用,為超高頻的全球?qū)崿F(xiàn)鋪平了道路。日本政府將繼續(xù)嘗試開創(chuàng)超高頻系列的其他部分,包括靠近美國(guó)超高頻頻段的902~928MHz,在美國(guó)和歐洲所使用的波段內(nèi)找到一個(gè)合適的頻率將有助于銷售商們?cè)谌澜绶秶鷥?nèi)開拓廣闊的市場(chǎng)。事實(shí)上,中國(guó)也早已將超高頻頻段開放作為RFID系統(tǒng)使用。1.2射頻識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用簡(jiǎn)介1.2.1國(guó)際射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用狀況RFID系統(tǒng)在國(guó)外發(fā)展得很快,德州儀器公司、INSIDE公司、。Philips公司、Motorola公司等世界著名廠家都生產(chǎn)RFID產(chǎn)品,并且它們的產(chǎn)品各有特點(diǎn),自成系列。RFID技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域,如汽車、火車等交通監(jiān)控,高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng),停車場(chǎng)管理系統(tǒng),物品管理,產(chǎn)品生產(chǎn)自動(dòng)化(流水線),安全出入檢查,倉(cāng)儲(chǔ)管理,動(dòng)物管理,車輛防盜等。RFID的應(yīng)用非常廣泛,如澳大利亞將它的RFID產(chǎn)品用于機(jī)場(chǎng)旅客行李管理中并發(fā)揮了出色的作用;歐盟宣布1997年開始生產(chǎn)的新車型必須具有基于RFID技術(shù)的防盜系統(tǒng);瑞士國(guó)家鐵路局在全部旅客列車上安裝RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng),調(diào)度員可以實(shí)時(shí)地掌握火車運(yùn)行情況,不僅利于管理,還大大減小發(fā)生事故的可能性;韓國(guó)在公共汽車上安裝RFID系統(tǒng)用于電子月票;德國(guó)漢莎航空公司試用非接觸的射頻卡作為飛機(jī)票,改變了傳統(tǒng)的機(jī)票購(gòu)銷方式,簡(jiǎn)化了機(jī)場(chǎng)入關(guān)的手續(xù);德國(guó)BMW公司將RFID系統(tǒng)應(yīng)用在汽車生產(chǎn)流水線的過(guò)程控制中;Motorola公司在超凈車間里利用RFID系統(tǒng)來(lái)控制流水線的零件流向等。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,1993年。RFID產(chǎn)品在全世界的銷量為990萬(wàn)套,1994年就猛增到2030萬(wàn)套,1997年有關(guān)產(chǎn)品的銷量為9810萬(wàn)套,2004年已經(jīng)達(dá)到5億套。而在全世界范圍內(nèi)射頻產(chǎn)品的銷售額1989年為0.81億美元,1992年為1.41億美元,1997年為4.33億美元,1999年則為6.85億美元,2004年達(dá)到22億美元。2003年3月,Gaitner在“SymposiumITXPo2003”1.2.2射頻識(shí)別技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展前景射頻識(shí)別技術(shù)作為一種新興的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),近年來(lái)在我國(guó)迅速普及,我國(guó)射頻識(shí)別產(chǎn)品的市場(chǎng)是十分巨大的。隨著經(jīng)濟(jì)交流、旅游的發(fā)展,我國(guó)的高速公路發(fā)展勢(shì)頭十分強(qiáng)勁,對(duì)自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)的需求會(huì)日益增長(zhǎng),利用射頻識(shí)別技術(shù)的不停車高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)是將來(lái)的發(fā)展方向,人工收費(fèi)以及Ic卡的停車收費(fèi)方式終將被淘汰。我國(guó)的國(guó)土面積大、公路多、車輛多,預(yù)計(jì)在未來(lái)10年內(nèi),我國(guó)對(duì)射頻識(shí)別產(chǎn)品將有數(shù)十億元的需求。目前,國(guó)內(nèi)已有一些公司借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)開發(fā)了自己的電子標(biāo)簽系統(tǒng)。例如,在錦山的一條高速公路上已應(yīng)用了非接觸射頻卡自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng),上海的公共汽車使用了電子月票,北京機(jī)場(chǎng)的高速公路和深圳的皇崗口岸也使用了射頻識(shí)別系統(tǒng)等。1.2.3射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域射頻識(shí)別技術(shù)在下列幾種應(yīng)用中比較有發(fā)展前景:(1)商品防偽物流管理,證件防偽查驗(yàn)管理。(2)生產(chǎn)線自動(dòng)化管理,物料自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)管理。(3)企業(yè)資源計(jì)劃管理。(4)電子票證支付應(yīng)用,門票門控人事管理。(5)民航行李跟蹤管理,郵政包裹跟蹤管理。(6)圖書文物文件查找。(7)高速公路自動(dòng)收費(fèi),車輛防盜搶查驗(yàn)管理。(8)感應(yīng)式電子鎖控系統(tǒng)。(9)新生嬰兒防錯(cuò)管理。(10)畜牧動(dòng)物跟蹤監(jiān)控管理。(11)地理信息標(biāo)識(shí)查尋系統(tǒng)。(12)公交社區(qū)服務(wù)消費(fèi)一卡通。(13)其他自動(dòng)識(shí)別物控應(yīng)用。民航行李跟蹤管理;(b)無(wú)聊自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)管理;(c)病人跟蹤管理;(d)畜牧動(dòng)物跟蹤監(jiān)控管理(e)圖書文物文件查找;(f)證件防偽;(g)圖書管理;(h)門票管理當(dāng)然,在這里僅僅羅列了射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的一部分,但都是可行的且十分重大的應(yīng)用??梢院敛豢鋸埖仡A(yù)測(cè),任何一種應(yīng)用如果成為現(xiàn)實(shí),都將會(huì)孕育一個(gè)龐大的市場(chǎng)。電子標(biāo)簽將是未來(lái)一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。1.3射頻識(shí)別技術(shù)陣營(yíng)的主要成員1.3.1美國(guó)德州儀器公司美國(guó)德州儀器(TI,TexasInstruments)公司成立于1930年,是一家全球性的高科技公司全球500強(qiáng)之一。TI是數(shù)字信號(hào)處理及模擬產(chǎn)品的全球領(lǐng)導(dǎo)者,是因特網(wǎng)時(shí)代半導(dǎo)體工業(yè)的引擎。該公司還生產(chǎn)傳感器與控制產(chǎn)品、教育產(chǎn)品數(shù)字成像產(chǎn)品等。德州儀器總部在美國(guó)德州的達(dá)拉斯,它在全球超過(guò)25個(gè)國(guó)家設(shè)有工廠和銷售處,分公司和辦事處遍布?xì)W洲、北美、南美和亞太區(qū),都可提供銷售和技術(shù)支持。美國(guó)德州儀器RFID無(wú)線感應(yīng)識(shí)別系統(tǒng)是美國(guó)德州儀器公司的一個(gè)部門。TIRIS是美國(guó)德州儀器TexasInstrumentsRecognitionandIdentificat(yī)ionSystem的簡(jiǎn)稱。德州儀器是世界上最早研究開發(fā)射頻技術(shù)的公司,它將射頻技術(shù)的應(yīng)用推向了工業(yè)和商業(yè)用途的頂峰。TIRIS的射頻技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、畜牧業(yè)、汽車防盜和道路交通主要產(chǎn)品,目前全世界有1.8億的各種類型的應(yīng)答器在使用中。TIRFID是現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證方案的開發(fā)和制造的領(lǐng)導(dǎo)者。1991年,德州儀器最早在RFID市場(chǎng)成立了多國(guó)半導(dǎo)體公司—IRIS,應(yīng)用遍及運(yùn)動(dòng)時(shí)間記錄、后勤管理、車輛安全防盜、無(wú)線感應(yīng)付費(fèi)、消費(fèi)者忠誠(chéng)度管理和資產(chǎn)保護(hù)管理等許多領(lǐng)域。TI是第一個(gè)提出將RFID產(chǎn)品應(yīng)用到自動(dòng)零售市場(chǎng)的。應(yīng)用TI的RFID技術(shù),零售商提供快速、便利的服務(wù)給客戶,同時(shí)也可以建立很好的客戶忠誠(chéng)度。1.3.2法國(guó)INSIDE公司INSIDE公司是法國(guó)一家高新技術(shù)公司,主要從事非接觸式智能卡與電子標(biāo)簽的研究和生產(chǎn),公司成立于1995年,在中國(guó)上海和美國(guó)華盛頓均設(shè)有辦事處。INSIDE公司中國(guó)辦事處極其成功地開拓了電子標(biāo)簽在中國(guó)的市場(chǎng),2003年該公司成功地與中國(guó)教育部合作,將電子標(biāo)簽應(yīng)用到學(xué)生憑證購(gòu)買優(yōu)惠車票的管理系統(tǒng)中。LN(yùn)SIDE公司在電子標(biāo)簽領(lǐng)域的重要業(yè)績(jī)有:·1997年,推出全球第一個(gè)雙界面卡片(既能夠按照接觸的方式操作,又能夠按照非接觸的方式操作);·1998年,推出全球最小的閱讀器(3cmX4cm),兼容市場(chǎng)上也有了標(biāo)準(zhǔn);·1998年,推出全球第一個(gè)兼容ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽芯片;·2000年,推出全球第一個(gè)基于PDA的非接觸閱讀器:·2002年,推出全球第一個(gè)雙標(biāo)準(zhǔn)的芯片(ISO/IEC15693和ISO/IEC14443B);·2003年,全球首次將RISC微處理器結(jié)構(gòu)應(yīng)用于電子標(biāo)簽。INSIDE電子標(biāo)簽有三種形式:PICOTAG。、PICOPASS@和PICOCRYPT④。閱讀器模塊主要有適合于短距離通信(典型通信距離10cm)的M220H和M210H,以及遠(yuǎn)距離通信(典型通信距離可達(dá)150cm)的M300H,此外還有專門為掌上電腦設(shè)計(jì)的HAND’IT模塊。1.3.3Philips公司Philips電子集團(tuán)成員之一的Philips半導(dǎo)體公司是世界上最早研究射頻識(shí)別技術(shù)的公司之一。Philips公司在射頻識(shí)別領(lǐng)域的重要產(chǎn)品是Mifar@系列產(chǎn)品,包括Mifare@Standm.d(邏輯密卡,.EEPROM容量為8:kb),Mifare㈣Light(邏輯加密卡,EEPROM容量為384b),MScfare@PLUS(第一代雙界面卡U)和Mifare⑧PR()(第二代雙界面卡)。Philips公司近期宣布推出首個(gè)I·CODEHSI。(高頻智能電子標(biāo)簽)芯片,率先支持LkN·LJC(:GTAG計(jì)劃。作為全球領(lǐng)先的非接觸射頻集成電路廠商,Philips半導(dǎo)體的產(chǎn)品系列又增添了新成員——I·CODEHSL。I·CODEHSL是I·c()DE系列中可以在UHF和2.45GHz范圍內(nèi)工作的第一個(gè)成員,而且也是最先符合GTAG計(jì)劃而廣為業(yè)界接受的ISOI8000—4和ISO18000—6標(biāo)準(zhǔn)。I·CODE是Philips電子標(biāo)簽芯片系列的一部分,主要針對(duì)大流量物流應(yīng)用而設(shè)計(jì),包括零售供應(yīng)鏈管理、租賃和資產(chǎn)管理等。Philips的I·CODE芯片可以存儲(chǔ)獨(dú)特的數(shù)據(jù),從而能夠起到產(chǎn)品確認(rèn)和防偽的作用。這些芯片可以被放入商標(biāo)或標(biāo)簽中,幾乎能夠被用于任何物品的追蹤、數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取和防盜功能中,從而為那些需要實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化和有效的供立鏈管理系統(tǒng)的公司提供了低成本而且可重新編程的解決方案。1.3.4微軟公司微軟公司與AutoID合作,協(xié)力發(fā)展RFID的商業(yè)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。AutoID是統(tǒng)一編碼協(xié)會(huì)和:EANIntel·national合資設(shè)立的機(jī)構(gòu)。由于電子標(biāo)簽尺寸極小,因此有望取代產(chǎn)品包裝上的條形碼,只需掃描一下,就可通過(guò)特制的微芯片把信息無(wú)線傳輸至計(jì)算機(jī)。掃描過(guò)程可自動(dòng)化,使貨物從出廠、運(yùn)送、零售店一直到消費(fèi)者手上的整個(gè)供應(yīng)鏈流程一目了然。AutolD將為電子產(chǎn)品碼網(wǎng)絡(luò)(Electr。onicProduct:CodeNetWOI-k)研究技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),以作為射頻和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)識(shí)別產(chǎn)品之用。微軟公司表示,初期的工作重心會(huì)聚焦于制造業(yè)和零售業(yè)的供應(yīng)鏈,未來(lái)則會(huì)與合作伙伴共同研究適用于整個(gè)供應(yīng)鏈的RFID技術(shù)。聯(lián)合商業(yè)情報(bào)(ABI)研究報(bào)告認(rèn)為,RFID市場(chǎng)不只是賣電子標(biāo)簽和閱讀器,相關(guān)的軟件和服務(wù)的商機(jī)也十分龐大,微軟介入RFID陣營(yíng)是瞄準(zhǔn)RFlD庫(kù)存系統(tǒng)后端整合的缺口。1.4射頻識(shí)別的相關(guān)行業(yè)射頻識(shí)別的相關(guān)行業(yè)組織和論壇表1.3示第2章射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成和分類典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)由應(yīng)答器(Transponder)、讀/寫器(Read/WriteI)evice)以及數(shù)據(jù)交換、管理系統(tǒng)等組成。電子標(biāo)簽也稱射頻卡,它具有智能讀/寫及加密通信的能力。讀/寫器由無(wú)線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。電子標(biāo)簽接收射頻脈沖,從中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送到控制邏輯??刂七壿嫿邮苤噶钔瓿纱鎯?chǔ)和發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作。EEPROM用來(lái)存儲(chǔ)電子標(biāo)簽的ID號(hào)及其他用戶數(shù)據(jù)。有源射頻識(shí)別系統(tǒng)是由電池供電,可以在較高頻段工作,識(shí)別距離較長(zhǎng),和讀/寫器之間的通信速率也較高。2.1射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成射頻識(shí)別系統(tǒng)一般由如下兩部分組成:(1)應(yīng)答器:應(yīng)答器應(yīng)放置在被識(shí)別的物體上,例如IC卡、電子標(biāo)簽等都是應(yīng)答器。圖2-1為應(yīng)答器的兩個(gè)具體例子。圖2.1應(yīng)答器的兩個(gè)具體例子應(yīng)答器是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體。通常,應(yīng)答器由耦合元件以及微電子芯片組或。在閱讀器的響應(yīng)范圍之外,應(yīng)答器處于無(wú)源狀態(tài)。通常,應(yīng)答器沒(méi)有自己的供電電源(電池),只是在閱讀器的響應(yīng)范圍之內(nèi),應(yīng)答器才是有源的。應(yīng)答器工作所需的能量,如同時(shí)鐘脈沖和數(shù)據(jù)一樣,是通過(guò)耦合單元(非接觸的)傳輸給應(yīng)答器的。(2)閱讀器:閱讀器可以是讀或讀/寫裝置。一臺(tái)典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及與應(yīng)答器的耦合元件。此外,許多閱讀器還都有附加的接口(R$232、RS485等),以便將所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)一步傳輸給其他系統(tǒng)(個(gè)人計(jì)算機(jī)、機(jī)器人控制裝置等)。電子標(biāo)簽的射頻識(shí)別系統(tǒng)由電子標(biāo)簽(TAG)、讀/寫器、天線(Antenna)和應(yīng)用軟件構(gòu)成,直接與相應(yīng)的管理信息系統(tǒng)相連。各種射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本組成部分如圖2-2所示。圖2-3所示為射頻識(shí)別系統(tǒng)命令流程的一個(gè)例子。圖2.2各種射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本組成部分圖2.3射頻識(shí)別系統(tǒng)命令流程圖2.2閱讀器與應(yīng)答器的構(gòu)造形式應(yīng)答器的構(gòu)造形式應(yīng)答器的形式是多樣的,可以表現(xiàn)為盤形、硬幣形、塑料外殼和片上線圈、手表、鑰匙扣等結(jié)構(gòu)形式,圖2-4給出了其中一些實(shí)物的例子。圖2.4應(yīng)答器的各種形式閱讀器的幾種形式閱讀器的各種形式如圖2-5所示。圖2.5閱讀器的各種形式天線的構(gòu)造形式天線的各種新式如圖2-6所示圖2.6天線的各種形式2.3射頻識(shí)別系統(tǒng)的分類2.3.1按作用距離的遠(yuǎn)近分類1.密耦合具有很小作用距離的射頻識(shí)別系統(tǒng),典型的范圍為0~1cm,這種系統(tǒng)成為密耦合系統(tǒng),即緊密耦合系統(tǒng)。鼻息吧應(yīng)答插入閱讀器中,或者防止在閱讀器為此設(shè)定的表面上。2.遙耦合把寫和讀的作用距離為1cm~1m的系統(tǒng)稱作遙耦合系統(tǒng)。所有遙耦合系統(tǒng)在閱讀器和應(yīng)答器之間都是電感(磁)耦合。遙耦合中又分為近耦合(典型距離為15cm)和原耦合(大約距離為1m)。3.遠(yuǎn)距離系統(tǒng)遠(yuǎn)距離系統(tǒng)典型的作用距離是從1~10m,個(gè)別的系統(tǒng)也有更遠(yuǎn)的作用距離。所有遠(yuǎn)距離系統(tǒng)都是在微波范圍內(nèi)用電磁波工作的,發(fā)送頻率通常為2.45GHz。射頻識(shí)別系統(tǒng)按作用距離的遠(yuǎn)近來(lái)分類,其分類如圖2-7所示。圖2.7射頻識(shí)別系統(tǒng)的分類2.3.2按系統(tǒng)的功能和特性分類按數(shù)據(jù)載體的存儲(chǔ)能力、處理速度、作用距離和密碼功能等分類,射頻識(shí)別系統(tǒng)可從低檔到高檔構(gòu)成整個(gè)譜系。射頻識(shí)別系統(tǒng)按系統(tǒng)的功能和特性分類如圖2-8所示。射頻識(shí)別技術(shù)可以劃分為低檔系統(tǒng)和高檔系統(tǒng)圖2.8射頻識(shí)別系統(tǒng)的分類射頻識(shí)別系統(tǒng)可分三檔:(1)只讀系統(tǒng)構(gòu)成低檔系統(tǒng)的下端。特點(diǎn):數(shù)據(jù)載體上的數(shù)據(jù)雖然能讀,但不能重寫。只讀系統(tǒng)在功能上能取代條碼系統(tǒng)。例如,用在控制貨物流、識(shí)別產(chǎn)品品種、集裝箱、玻璃瓶等方面。(2)系統(tǒng)的中檔部分。特點(diǎn):許多帶有可寫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器構(gòu)成的系統(tǒng)組成射頻識(shí)別系統(tǒng)的中檔部分,它們是存儲(chǔ)量的變化范圍介于16B~16KB的EEPR()M或SRAM。這些系統(tǒng)在所有可供射頻識(shí)別系統(tǒng)使用的頻率范圍進(jìn)行工作,特別是在135kHz、13.56MHz、27.125MHz和2.45GHz頻率上。(3)系統(tǒng)的高檔部分。特點(diǎn):由具有密碼功能(即有驗(yàn)證和數(shù)據(jù)流密鑰)的系統(tǒng)組成。微處理器系統(tǒng)屬于高檔系統(tǒng)。2.3.3按工作頻率分類射頻識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)答器可以根據(jù)工作頻率的不同分為低頻、中頻及高頻系統(tǒng)。低頻系統(tǒng)一般工作在100~500kHz;中頻系統(tǒng)一般在1~15MHz左右,它們主要適用于識(shí)別距離短、成本低的場(chǎng)合;高頻系統(tǒng)則可達(dá)850~950MHz及2_4~5GHz的微波段,適用于識(shí)別距離長(zhǎng)、讀寫數(shù)據(jù)率高的場(chǎng)合。具體可以分類為:·低頻段:134‘2kHz,應(yīng)用于門禁、考勤、車輛管理、巡更、防盜等領(lǐng)域。·中頻段:13.56MHz,應(yīng)用于防偽、物流、人員識(shí)別等領(lǐng)域。電子標(biāo)簽系統(tǒng)基本上屬于這類系統(tǒng)?!こ哳l:900MHz,稱為電子標(biāo)簽,現(xiàn)專用于物流管理(感應(yīng)距離為3m)。·混頻:134.2kHz和430MHz相混合,現(xiàn)應(yīng)用于車輛管理、遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)等領(lǐng)域。射頻識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)答器還可以根據(jù)內(nèi)部是否裝有電池為其供電,可分為有源系統(tǒng)和無(wú)源系統(tǒng)兩大類,電子標(biāo)簽屬于無(wú)源系統(tǒng);根據(jù)應(yīng)答器保存信息注入的方式可分為集成電路固化式、現(xiàn)場(chǎng)有線改寫式和現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線改寫式三大類,電子標(biāo)簽屬于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線改寫式;根據(jù)讀取電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段,可分為廣播發(fā)射式、倍頻式和反射調(diào)制式三大類。第3章射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本工作原理本書主要從應(yīng)答器的供電系統(tǒng)和從應(yīng)答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)兩方面,重點(diǎn)分析射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本工作原理。應(yīng)答器按數(shù)據(jù)載體的不同可分為1bit應(yīng)答器和電子數(shù)據(jù)載體應(yīng)答器。3.11bit應(yīng)答器lbit是可表示的最小信息單位,且僅需識(shí)別兩種狀態(tài):“1”或“0”。對(duì)具有1bit應(yīng)答器的系統(tǒng)來(lái)說(shuō),意味著只有兩種可表示的狀態(tài):“響應(yīng)范圍內(nèi)有應(yīng)答器”或者“響應(yīng)范圍內(nèi)無(wú)應(yīng)答器1bit應(yīng)答器大多通過(guò)應(yīng)用簡(jiǎn)單的物理效應(yīng)(振蕩過(guò)程由二極管激發(fā)諧波或者在金屬的非線性磁滯回線上激發(fā)諧波)來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能,而電子數(shù)據(jù)載體應(yīng)答器是用一個(gè)微型芯片作數(shù)據(jù)載體的。1bit應(yīng)答器的使用范圍非常廣泛,主要應(yīng)用領(lǐng)域是商場(chǎng)里的電子防盜器(EAS,ElectronicsArticleSui“veillancel。電子防盜器由以下幾部分構(gòu)成:一個(gè)閱讀器或檢測(cè)器的天線、安全保密設(shè)備或標(biāo)簽,以及幾種可選定在付款后使標(biāo)簽無(wú)效的去活化器。具體例子如圖3.1所示。圖3.1電子防盜器的射頻作用原理電子防盜器的工作可采用四種方法:射頻法、微波法、分頻器法和電磁法。1.射頻法射頻法是運(yùn)用L—C振蕩回路工作的,將該振蕩回路調(diào)到一個(gè)規(guī)定的諧振頻率點(diǎn),其典型值為7.44~8.73MHz。圖3.1中的電子防盜器就是采用射頻法工作的。2.微波法微波范圍內(nèi)的電子防盜器系統(tǒng)是利用在非線性元件(例如二極管)上產(chǎn)生的諧波來(lái)工作的。給定頻率.廠的正弦電壓A的諧波是正弦電壓B,其頻率,店是.厶的整數(shù)倍,即頻率,廠A的諧波的頻率是2廠A、3丘、4^等。關(guān)于微波法的詳細(xì)論述,可以閱讀參考文獻(xiàn)[1]。微波法一般使用的載波頻率為915MHz、2.45GHz或5.6GHz。3.分頻器法分頻器法在100~135.5kHz的長(zhǎng)波范圍內(nèi)進(jìn)行工作。安全標(biāo)簽包含半導(dǎo)體電路(微型芯片)以及漆包線的振蕩回路線圈。用外接的電容,使電子防盜器系統(tǒng)的諧振電路在工作頻率處產(chǎn)生振蕩,應(yīng)答器以硬標(biāo)簽(塑料)形式使用并且在商場(chǎng)購(gòu)買東西付款時(shí)去掉。應(yīng)答器中微型芯片的能量供應(yīng)來(lái)自安全裝置的磁場(chǎng)。振蕩回路線圈上的頻率被微型芯片一分為二(DrV2)后送回安全裝置,只有原頻率一半的信號(hào)經(jīng)一抽頭送回諧振線圈。圖3-2給出了電子防盜器分頻過(guò)程的原理圖。采用這種方法,用低頻觸發(fā)安全裝置的磁場(chǎng)(經(jīng)ASK調(diào)制)可以提高檢測(cè)率。圖3.2電子防盜器分頻過(guò)程的原理圖4.電磁法電磁法用lO.Hz~20kHz的低頻強(qiáng)磁場(chǎng)進(jìn)行工作。安全標(biāo)簽為一條具有陡峭的磁滯回線的坡莫合金軟磁條。磁條位于強(qiáng)交變磁場(chǎng)中時(shí),其極性被周期地反向磁化。磁條中的磁通密度B是在所加磁場(chǎng)強(qiáng)度H跨越零的附近的跳躍變化。產(chǎn)生頻率為安全裝置基頻的諧波,這些諧波可以由安全裝置接收和處理。采用電磁法,系統(tǒng)頻率參數(shù)的典型值為215Hz。3.2電子數(shù)據(jù)載體與lbit應(yīng)答器不同,電子數(shù)據(jù)載體應(yīng)答器是用一個(gè)微型芯片作為數(shù)據(jù)載體的。在這個(gè)數(shù)據(jù)載體上,存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量可達(dá)數(shù)千字節(jié)。為了讀出或讀入數(shù)據(jù),必須在應(yīng)答器和閱讀器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)傳輸使用了三種基本不同的方法:全雙工法、半雙工法和時(shí)序法。(1)全雙工法(FDx,Full.Duplex)的特點(diǎn):在應(yīng)答器和閱讀器之問(wèn)的數(shù)據(jù)雙向傳輸是同時(shí)進(jìn)行的。其中,包括應(yīng)答器發(fā)送數(shù)據(jù),所用頻率為閱讀器的幾分之一,即采用“分諧波”,或是用一種完全獨(dú)立的“非諧波”頻率。(2)半雙工法(HDX,HalfDuplex)的特點(diǎn):從應(yīng)答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸與從閱讀器到應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸是交替進(jìn)行的。當(dāng)頻率在30MHz以下時(shí),經(jīng)常使用負(fù)載調(diào)制的半雙工,有沒(méi)有副載波都無(wú)所謂,電路也很簡(jiǎn)單。盡管全雙工與半雙工的數(shù)據(jù)傳輸方式不同,但這兩種方式有一個(gè)共同點(diǎn):從閱讀器到應(yīng)答器的能量傳輸是連續(xù)的,與數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较驘o(wú)關(guān)。如果應(yīng)答器和閱讀器問(wèn)的數(shù)據(jù)傳輸在時(shí)間上是交叉進(jìn)行的,只在閱讀器到應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中存在能量傳輸。時(shí)序法和半雙工法的數(shù)據(jù)傳輸方式相同,不同之處在于能量的傳輸方式。時(shí)序法的能量傳輸不是連續(xù)的,而是間斷的,并且與數(shù)據(jù)傳輸方向有關(guān)。根據(jù)以上所述的數(shù)據(jù)傳輸方法,電子數(shù)據(jù)載體應(yīng)答器可相應(yīng)地采用三種系統(tǒng):全雙工系統(tǒng)、半雙工系統(tǒng)和時(shí)序系統(tǒng)。電子數(shù)據(jù)載體應(yīng)答器工作常用的方法有電磁耦合法、電磁反向耦合、密耦合法。下面按照不同的系統(tǒng)來(lái)具體闡述這些方法在應(yīng)答器中的應(yīng)用。3.2.1全雙工和半雙工全雙工和半雙工系統(tǒng)中均可采用電感耦合法、電磁反向散射耦合法等方式工作。電感耦合法、電磁反向散射耦合法和密耦合法適用于不同距離的系統(tǒng)。1.電感耦合電感耦合法只適用于低電流電路的應(yīng)答器,一般作用距離為15cm。電感耦合應(yīng)答器由一個(gè)電子數(shù)據(jù)載體(通常是單個(gè)微型芯片)以及用作天線的大面積的線圈等組成。電感耦合應(yīng)答器幾乎都是無(wú)源工作的,這意味著微型芯片工作所需要的全部能量必須由閱讀器供應(yīng)。高頻的強(qiáng)電磁場(chǎng)由閱讀器的天線線圈產(chǎn)生,一小部分磁力線穿過(guò)距閱讀器天線線圈一定距離的應(yīng)答器天線線圈,通過(guò)感應(yīng),在應(yīng)答器的天線線圈上產(chǎn)生一個(gè)電壓,將其整流后作為數(shù)據(jù)載體(微型芯片)的電源。無(wú)源應(yīng)答器使用頻率范圍:<135kHz,或?yàn)?3.56.MHz。應(yīng)答器天線上的負(fù)載電阻的接通和斷開可促使閱讀器天線上的電壓發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離應(yīng)答器對(duì)天線電壓的振幅調(diào)制。如果通過(guò)數(shù)據(jù)控制負(fù)載電壓的接通和斷開,那么這些數(shù)據(jù)就能夠從應(yīng)答器傳輸?shù)介喿x器,這種傳輸方式稱為負(fù)載調(diào)制。如果應(yīng)答器的附加負(fù)載電阻以很高的時(shí)鐘頻率角(其中,下標(biāo)H表示}tighFrequency)接通或斷開,那么,在閱讀器發(fā)送頻率±.廠H的距離上可產(chǎn)生兩條譜線,它們是容易檢測(cè)到的。這種新的基本頻率稱為副載波。負(fù)載調(diào)制和副載波負(fù)載調(diào)制在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS()/IE(:14443和ISO/IEC15693中均有使用。2.電磁反向散射耦合電磁反向散射耦合法適用于遠(yuǎn)距離應(yīng)答器系統(tǒng),一般為lm以上。1)應(yīng)答器的能量供應(yīng)(有源應(yīng)答器)在歐洲,遠(yuǎn)距離系統(tǒng)用433MHz~5.6GHz的頻率進(jìn)行工作。在澳大利亞、北美洲地區(qū),個(gè)別系統(tǒng)也用47MHz~5.6GHz的頻率進(jìn)行工作。這些頻率范圍的波長(zhǎng)使人們可以設(shè)計(jì)尺寸較小、效率較高的天線,使用的頻率范圍可以小于135kHz或等于13.56MHz。微波系統(tǒng)中集成了一個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)載體供應(yīng)能量的附加電池。為了防止電池消耗在不必要的負(fù)載上,通常微型芯片有一個(gè)省電的“低功耗”或“備用”工作模式。2)應(yīng)答器至閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸從雷達(dá)技術(shù)得知:電磁波被大小超過(guò)波長(zhǎng)一半的物體所反射。一個(gè)物體反射電磁波的效率是通過(guò)其反射橫截面來(lái)說(shuō)明的。物體與到達(dá)它的波產(chǎn)生諧振時(shí),其反射橫截面積要盡可能大,這正是處于適當(dāng)頻率的天線所用的場(chǎng)合。圖3-3示出了反向散射應(yīng)答器的作用原理。功率P。從閱讀器天線發(fā)射出來(lái),它的一部分只P1`(自由空間衰減)到達(dá)應(yīng)答器的天線,另一部分被天線反射,返回功率為P2。天線的反射性能(等于反射橫截面)會(huì)受連接到天線的負(fù)載變化的影響。為了從應(yīng)答器到閱讀器傳輸數(shù)據(jù),與天線并聯(lián)的附加負(fù)載電阻的接通和斷開要與傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流一致,從而完成由應(yīng)答器反射的功率P2振幅的調(diào)制(調(diào)制后的反向散射)。由應(yīng)答器反射的功率P2在空問(wèn)自由輻射,其中的一小部分功率P2`(自由空間衰減)被閱讀器天線接收。圖3.3反向散射應(yīng)答器的作用原理3.密耦合采用密耦合方式工作的電子數(shù)據(jù)載體應(yīng)答器的作用距離一般為0.1~1cm。1)應(yīng)答器的能量供應(yīng)密耦合系統(tǒng)是為0.1~lcm的作用距離而設(shè)計(jì)的。因此,工作時(shí)需將應(yīng)答器插入閱讀器之中,或放到一個(gè)有標(biāo)記的表面上(touch&go)。應(yīng)答器線圈和閱讀器線圈的功能結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)變壓器。閱讀器線圈相當(dāng)于變壓器的初級(jí)線圈,應(yīng)答器線圈相當(dāng)于變壓器的次級(jí)線圈。通過(guò)初級(jí)線圈的高頻交流電,在應(yīng)答器插入閱讀器之中或者放到使應(yīng)答器線圈能在環(huán)形鐵芯能準(zhǔn)確定位的縫隙中產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)。這種高頻磁場(chǎng)也穿過(guò)應(yīng)答器線圈,并在應(yīng)答器線圈中感應(yīng)出頻率相同的交流電壓。對(duì)此電壓整流,可獲得供芯片使用的電源電壓。2)應(yīng)答器至閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸(1)磁耦合:為了從應(yīng)答器到閱讀器進(jìn)行磁耦合數(shù)據(jù)傳輸,在密耦合系統(tǒng)中也使用有負(fù)載波的負(fù)載調(diào)制。(2)電容耦合:由于閱讀器和應(yīng)答器之間的距離很小,在密耦合系統(tǒng)中也使用電容耦合來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。4.閱讀器至應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸在全雙工系統(tǒng)和半雙工系統(tǒng)中,所有已知的數(shù)字調(diào)制方法都可用于從閱讀器到應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸,而與工作頻率或耦合方式無(wú)關(guān)。大致可以分為以下三種基本方法:·振幅鍵控(ASK)。·頻移鍵控(FSK)。·相移鍵控(PSK)。為了便于解調(diào),多數(shù)系統(tǒng)使用振幅鍵控調(diào)制。3.2.2時(shí)序法時(shí)序系統(tǒng)中常采用電感耦合方式進(jìn)行從應(yīng)答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。1.電感耦合應(yīng)答器下面從應(yīng)答器的供電、時(shí)序系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)以及應(yīng)答器至閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)葞追矫鎸?duì)電感耦合應(yīng)答器進(jìn)行分析。1)應(yīng)答器的供電用電感耦合的時(shí)序系統(tǒng)只適合在135kHz以下的頻率范圍內(nèi)工作。在閱讀器線圈和應(yīng)答器線圈問(wèn)存在著變壓器耦合作用。通過(guò)閱讀器交變場(chǎng)的作用,在應(yīng)答器線圈中所感應(yīng)的電壓被整流,可作供應(yīng)電壓使用。為了使能量可以高速傳輸,必須使應(yīng)答器的諧振頻率與閱讀器的頻率一致,而且應(yīng)答器線圈還具有高品質(zhì)因數(shù)。所以,應(yīng)答器含有一個(gè)片上微調(diào)電容器,該電容器用于補(bǔ)償諧振頻率的容差。與全雙工系統(tǒng)和半雙工系統(tǒng)不同,在時(shí)序系統(tǒng)中,閱讀器的發(fā)送器并不是連續(xù)工作的。在傳輸過(guò)程中,傳給發(fā)送器的能量用于電容器充電,以存儲(chǔ)能量。在充電過(guò)程中,應(yīng)答器的芯片需要切換到省電或備用模式,從而使接收到的能量幾乎完全用于充電電容器的充電。在固定的充電時(shí)間結(jié)束后,將閱讀器的發(fā)送器重新斷開。2)時(shí)序系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)全雙工系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于,從閱讀器到應(yīng)答器的能量傳輸與數(shù)據(jù)的雙向傳輸是同時(shí)進(jìn)行的,所以芯片永遠(yuǎn)處于工作模式。應(yīng)答器天線(電流源)與作為負(fù)載的芯片(電流消耗)問(wèn)的功率匹配是合理利用所傳輸?shù)哪芰康睦硐胪緩?。然而,如果?shí)現(xiàn)了精確的功率匹配,那么電源電壓(等于線圈的開路電壓)只能有一半供芯片使用。為了提高供使用的工作電壓,只有增大芯片阻抗(等于負(fù)載電阻),而這也意味著功率消耗的降低。當(dāng)設(shè)計(jì)全雙工系統(tǒng)時(shí),在功率匹配和電壓匹配之間必須找到一個(gè)折衷的方案。時(shí)序系統(tǒng)的情況是完全不同的,充電過(guò)程中芯片處于備用模式或低功耗模式,這意味著芯片幾乎沒(méi)有消耗功率。與全雙工系統(tǒng)和半雙工系統(tǒng)相比,時(shí)序系統(tǒng)芯片能量供應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)如下:·應(yīng)答器線圈的全部電源電壓供芯片工作使用。因此供使用的工作電壓是全雙工和半雙工系統(tǒng)的工作電壓的兩倍?!す┬酒褂玫哪芰渴怯沙潆婋娙萜鞯碾娙萘恳约俺潆姇r(shí)間決定的。從理論上說(shuō),這兩個(gè)可能選擇的值是任意大的。而對(duì)全雙工和半雙工系統(tǒng)來(lái)說(shuō),芯片的最大功率消耗受功率匹配點(diǎn)(就是說(shuō),通過(guò)線圈幾何圖形和場(chǎng)強(qiáng)H)的限制。3)應(yīng)答器至閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸在時(shí)序系統(tǒng)中,一個(gè)完整的讀出周期由兩個(gè)階段構(gòu)成:充電階段和讀出階段。充電階段的結(jié)束是由“脈沖串結(jié)束探測(cè)器”探測(cè)到的。該探測(cè)器監(jiān)視應(yīng)答器線圈上的電壓曲線,并識(shí)別閱讀器場(chǎng)斷開的時(shí)刻。隨著充電階段的結(jié)束,芯片上的振蕩器被激活。該激蕩器的頻率的決定因素取決于應(yīng)答器線圈所構(gòu)成的振蕩回路。應(yīng)答器線圈產(chǎn)生的弱交變磁場(chǎng)能被閱讀器接收,與全雙工系統(tǒng)和半雙工系統(tǒng)相比,可改善信號(hào)干擾的狀況,典型芝有20dB。這對(duì)時(shí)序系統(tǒng)的作用距離產(chǎn)生積極的影響。應(yīng)答器的發(fā)送頻率與應(yīng)答器線圈的諧振頻率相符,它在制造時(shí)就調(diào)整為閱讀器的發(fā)射頻率。2.表面波應(yīng)答器表面波應(yīng)答器也是時(shí)序系統(tǒng)中的一種。表面聲波元件是以壓電效應(yīng)和與表面彈性相關(guān)的低速傳播電聲波為依據(jù)的。表面聲波裝置工作在微波頻率,通常在2.45GHz的工業(yè)和醫(yī)學(xué)科學(xué)范圍內(nèi)進(jìn)行工作。表面波應(yīng)答器一般由偶極子天線、內(nèi)部數(shù)字轉(zhuǎn)換器、反射器、壓電晶體基片構(gòu)成。由于電極之間的壓電效應(yīng),加在導(dǎo)電板上的電脈沖會(huì)導(dǎo)致基片表面發(fā)生機(jī)械變形,這種變形作為表面波的形式向兩個(gè)方向傳播。對(duì)常用的基片來(lái)說(shuō),傳播速度介于3000~4000m把單獨(dú)的電極放在表面波應(yīng)答器的剩余長(zhǎng)度上,電極邊緣便形成了反射帶,并反射一小部分入射的表面波。把閱讀器產(chǎn)生的高頻掃描脈沖從應(yīng)答器的偶極子天線輸送到內(nèi)部數(shù)字轉(zhuǎn)換器中,并轉(zhuǎn)換成聲表面波。一部分表面波被每個(gè)分布在基片上的反射帶所反射,而剩余部分則到達(dá)基片的終端并被吸收。一部分反射波返回到內(nèi)部數(shù)字轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換成高頻脈沖序列,并被偶極子天線反射回來(lái)。這種脈沖能被閱讀器所接收,接收到的脈沖數(shù)量與基片上的反射帶數(shù)量相符。由于基片上的表面波傳輸速度緩慢,在閱讀器的掃描脈沖發(fā)送后經(jīng)過(guò)1.5ms的滯后時(shí)間.第一個(gè)應(yīng)答脈沖才到達(dá)。這對(duì)于脈沖接收來(lái)說(shuō)是一個(gè)很關(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于表面波應(yīng)答器的詳細(xì)論述,可以閱讀參考文獻(xiàn)[1]。3.3電子數(shù)據(jù)載體的結(jié)構(gòu)根據(jù)射頻識(shí)別系統(tǒng)所用數(shù)據(jù)載體的功能不同,把它們區(qū)分為兩種:以集成電路(IC芯片)為基礎(chǔ)的電子數(shù)據(jù)載體和利用物理效應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)載體。1bit應(yīng)答器和表面波元件都屬于后一類的范疇。電子數(shù)據(jù)載體的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖3.4電子數(shù)據(jù)載體的結(jié)構(gòu)3.3.1具有存儲(chǔ)功能的應(yīng)答器具有存儲(chǔ)器功能的應(yīng)答器包括RAM、ROM或EEPROM以及一個(gè)用于能量供應(yīng)并與閱讀器通信的高頻界面,如圖3.5所示。這個(gè)應(yīng)答器家族的主要特點(diǎn)是用狀態(tài)自動(dòng)機(jī)在芯片上實(shí)現(xiàn)尋址和安全邏輯。1.高頻界面高頻界面在從閱讀器到應(yīng)答器的模擬、高頻傳輸通路與應(yīng)答器的數(shù)字電路間形成了接口,因此,高頻界面執(zhí)行的任務(wù)就像經(jīng)電話線傳送模擬數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)的Modem一樣。具有存儲(chǔ)器功能的射頻識(shí)別數(shù)據(jù)載體如圖3-5所示。從閱讀器發(fā)出的調(diào)制高頻信號(hào),在高頻界面經(jīng)解調(diào)后重新構(gòu)建,以產(chǎn)生在地址和安全邏輯中進(jìn)一步加工的數(shù)字式串行數(shù)據(jù)流(數(shù)據(jù)輸入)。時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路從高頻場(chǎng)的載波頻率中產(chǎn)生出用于數(shù)據(jù)載體的系統(tǒng)節(jié)拍(系統(tǒng)時(shí)鐘)。圖3.5具有存儲(chǔ)器功能的射頻識(shí)別數(shù)據(jù)載體為了將數(shù)據(jù)返回到閱讀器,高頻界面包括負(fù)載調(diào)制器或反向散射調(diào)制器(或其他方法,例如分頻器),由所傳送的數(shù)字化數(shù)據(jù)控制。圖3-6給出了一個(gè)具有負(fù)載調(diào)制器的電感耦合應(yīng)答器的高頻界面的方框圖。無(wú)源應(yīng)答器,即自己沒(méi)有電源供給的應(yīng)答器,由閱讀器的高頻場(chǎng)供應(yīng)能量。其工作原理是高頻界面從應(yīng)答器天線吸收電流,整流穩(wěn)壓后作為電源供應(yīng)芯片使用。圖3.6具有負(fù)載調(diào)制器的電感耦合應(yīng)答器的高頻界面2.地址和安全邏輯地址和安全邏輯是數(shù)據(jù)載體的心臟,控制著芯片上的所有過(guò)程,如圖3-7所示圖3.7地址和安全邏輯電路通過(guò)電源接通邏輯電路可以保證數(shù)據(jù)載體處于規(guī)定的狀態(tài),并在進(jìn)入閱讀器高頻場(chǎng)時(shí)立即供應(yīng)足夠的工作能量。特殊的I/O寄存器用于與閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。可選的加密部件是鑒別數(shù)據(jù)加密和密鑰管理所需要的。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,如用于不可更改數(shù)據(jù)(如序列號(hào))的ROM以及EEPROM,經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部的地址總線和數(shù)據(jù)總線與地址和安全邏輯電路相連。過(guò)程控制和系統(tǒng)同步所需要的系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)高頻界面從高頻場(chǎng)取得,然后被輸送到地址和安全邏輯電路(如圖3-7所示)。通過(guò)狀態(tài)機(jī)(固件)對(duì)所有過(guò)程進(jìn)行與狀態(tài)有關(guān)的控制。用狀態(tài)機(jī)可達(dá)到的復(fù)雜性完全接近于微處理器(高檔應(yīng)答器)的復(fù)雜性。這個(gè)自動(dòng)裝置的程序化過(guò)毛是通過(guò)芯片設(shè)計(jì)確定的,因此,可滿足特殊要求的修改只有通過(guò)芯片設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)。所以,只有針對(duì)大量的需求才會(huì)改動(dòng)芯片。3.寄存器結(jié)構(gòu)寄存器是數(shù)據(jù)載體的重要部分。根據(jù)不同的寄存器結(jié)構(gòu),應(yīng)答器可分為以下幾種:1)只讀應(yīng)答器只讀應(yīng)答器構(gòu)成射頻識(shí)別系統(tǒng)數(shù)據(jù)載體的低檔和低成本部分。一旦只讀應(yīng)答器進(jìn)入了司讀器的作用范圍內(nèi),就開始輸出它自己的特征標(biāo)記。這個(gè)特征標(biāo)記通常只是一個(gè)簡(jiǎn)單的序列號(hào)。序列號(hào)由幾個(gè)字節(jié)和有關(guān)的校驗(yàn)數(shù)字組成。通常,芯片生產(chǎn)廠家保證對(duì)每個(gè)序列號(hào)的賦值是惟一的,用戶不能改變這個(gè)序列號(hào),也不能改變芯片上的任何數(shù)據(jù)。應(yīng)答器與閱讀器的通信只能在單方向上進(jìn)行,它不斷地將自己的特征標(biāo)記發(fā)送給閱讀器。從閱讀器到應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸是不可能的。只讀應(yīng)答器的典型應(yīng)用領(lǐng)域有動(dòng)物識(shí)別、出入檢查和具有中央數(shù)據(jù)控制的工業(yè)自動(dòng)化等方面。2)可寫入的應(yīng)答器可寫入應(yīng)答器閱讀器能將數(shù)據(jù)寫入,其存儲(chǔ)器容量為lB~64KB(具有SRAM靜態(tài)隨磯存取存儲(chǔ)器的微波應(yīng)答器)。閱讀器對(duì)應(yīng)答器的寫入和讀出訪問(wèn)大多是按字組進(jìn)行的。字組通常是把事先規(guī)定數(shù)目的字節(jié)匯總起來(lái)而形成的,然后將它作為整體讀出或?qū)懭?。如果要修改一個(gè)單獨(dú)字組的數(shù)據(jù)內(nèi)容,必須先從應(yīng)答器讀出整個(gè)字組,然后將同一字組中包括修改的字節(jié)重新寫回應(yīng)答器。常見(jiàn)系統(tǒng)的字組大小一般是16bit、40B或16B。存儲(chǔ)器的字節(jié)結(jié)構(gòu)使閱讀器對(duì)芯片的尋址更加簡(jiǎn)單。3)具有密碼功能的應(yīng)答器使用具有密碼功能的應(yīng)答器的必要性是:如果可寫的應(yīng)答器沒(méi)有保護(hù)措施,則屬于同一射頻識(shí)別系統(tǒng)的任何閱讀器都可對(duì)它讀出或?qū)懭搿_@并不總是符合需要的,因?yàn)槊舾械膽?yīng)用會(huì)由于對(duì)應(yīng)答器中的數(shù)據(jù)未經(jīng)認(rèn)可的讀出或?qū)懭攵艿綋p害。如作為公共交通車票系統(tǒng)的非接觸IC卡和電子地面固定系統(tǒng)的車輛鑰匙中的應(yīng)答器就是典型的例子。為了阻止對(duì)應(yīng)答器的未經(jīng)認(rèn)可的訪問(wèn),可采用如下兩種方法:(1)檢查口令的寫入和讀出保護(hù)是最簡(jiǎn)單的方法。在這種情況下,IC卡將發(fā)送來(lái)的口令與一個(gè)存儲(chǔ)的基準(zhǔn)口令相比較,如果二者一致,就允許訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。(2)若要求相互認(rèn)證使用資格,或者必須檢查兩個(gè)部件是否都屬于同一應(yīng)用系統(tǒng),那么應(yīng)當(dāng)采用鑒別的方法。原則上,鑒別法總是包含對(duì)兩個(gè)不經(jīng)過(guò)界面?zhèn)鬏數(shù)拿荑€的比較。密碼術(shù)的認(rèn)證通??偸前殡S著對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流的加密,從而有效地防止了用無(wú)線電接收機(jī)監(jiān)聽(tīng)無(wú)線應(yīng)答器的接口以竊取傳輸數(shù)據(jù)。具有密碼功能的應(yīng)答器除了使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)以外,總是使用包含著用于存儲(chǔ)密鑰的附加存儲(chǔ)區(qū)和一個(gè)配置寄存器(存取寄存器,Acc),以便有選擇地保護(hù)選擇地址區(qū)的寫入。在生產(chǎn)廠家提供應(yīng)答器之前由他們將密鑰寫入密鑰存儲(chǔ)器。出于安全的原因,密鑰存儲(chǔ)器絕不能被讀出。(1)分級(jí)的密鑰概念。某些系統(tǒng)提供這樣的選擇:分別存儲(chǔ)兩個(gè)具有不同存取權(quán)限的密鑰——密鑰A和密鑰B。應(yīng)答器和閱讀器之間的認(rèn)證可從密碼A或密碼B來(lái)進(jìn)行。在應(yīng)用中可以選擇:給兩種密鑰分配不同的訪問(wèn)權(quán)限(ACC),從而規(guī)定不同的安全等級(jí)。圖3-8說(shuō)明了分級(jí)密鑰概念的原理。應(yīng)答器中包含有兩個(gè)密碼存儲(chǔ)器,分別由密鑰A和密鑰B初始化。閱讀器在成功地認(rèn)證后是否被分配給較大的存取權(quán)限取決于在應(yīng)答器(訪問(wèn)寄存器)中對(duì)選用的密鑰的設(shè)置。一方面,閱讀器1只具有密鑰A,在認(rèn)證成功后,訪問(wèn)寄存器(ACC)中選取的設(shè)置只允許它從應(yīng)答器存儲(chǔ)器中讀出;另一方面,閱讀器2具有密鑰B。在用密碼B認(rèn)證成功后,訪問(wèn)寄存器(ACC)中選取的設(shè)置既可從應(yīng)答器存儲(chǔ)器讀出,也可寫入。圖3.8按等級(jí)授予訪問(wèn)權(quán)限的應(yīng)答器(2)分級(jí)密鑰應(yīng)用舉例。下面以短途公共交通所用的乘車證系統(tǒng)作為分級(jí)密鑰應(yīng)用的實(shí)例。把閱讀器分為兩組:用于付款的“減值者”和使用非接觸Ic卡充值的“升值者”。應(yīng)答器的兩個(gè)存取寄存器A和B的訪問(wèn)權(quán)配置為:在用密鑰A認(rèn)證成功后,系統(tǒng)僅許可從現(xiàn)金賬上扣除(使應(yīng)答器中的計(jì)數(shù)器減少);只有在用密鑰B認(rèn)證成功后,才能使現(xiàn)金賬增加(同一個(gè)計(jì)數(shù)器增大)。為了防止可能的欺騙,汽車或地鐵入口的閱讀器,即檢票裝置,僅提供了密鑰A。這樣就不可能用檢票裝置的應(yīng)答器來(lái)升值,甚至也不能通過(guò)軟件操縱一個(gè)被偷竊的檢票裝置。除非用正確的密鑰授權(quán),應(yīng)答器本身拒絕內(nèi)部計(jì)數(shù)器的增大。高安全性的密鑰B只裝入被選中防盜竊的安全的閱讀器內(nèi)。應(yīng)答器只有用這些閱讀器才能升值。4)分塊存儲(chǔ)應(yīng)答器用認(rèn)證的方法,可以防止其他應(yīng)用中的閱讀器非法訪問(wèn)應(yīng)答器中的數(shù)據(jù)。具有較大存儲(chǔ)量的應(yīng)答器,可將整個(gè)存儲(chǔ)器分為較小的稱做塊的單元,并將各個(gè)塊用單獨(dú)的密鑰保護(hù)以防止未經(jīng)過(guò)認(rèn)同的訪問(wèn)。這樣的分塊應(yīng)答器可以把不同應(yīng)用的數(shù)據(jù)完全獨(dú)立地存儲(chǔ)。只有用適當(dāng)?shù)拿荑€成功認(rèn)證后,才能獲得對(duì)某塊的訪問(wèn)權(quán)。因此,屬于某種應(yīng)用的閱讀器如果只知道應(yīng)用自己的密鑰,就只能取得它自己存儲(chǔ)塊的訪問(wèn)權(quán)。大多數(shù)塊式存儲(chǔ)系統(tǒng)采用固定大小的塊。在這些系統(tǒng)中,用戶不能改變塊內(nèi)的存儲(chǔ)空間。固定塊長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)是在應(yīng)答器的微型芯片上容易實(shí)現(xiàn),而且成本低。然而,某應(yīng)用所需存儲(chǔ)空間與應(yīng)答器塊長(zhǎng)相符的情況極為罕見(jiàn)。一方面,對(duì)于較小規(guī)模的應(yīng)用,應(yīng)答器上有價(jià)值的存儲(chǔ)器空間只有一部分被利用而其他就被浪費(fèi)了。另一方面,更大規(guī)模的應(yīng)用需要分布在多塊之上。這就是說(shuō),被使用的專用密鑰必須存儲(chǔ)在每個(gè)被占用的塊中。多次存儲(chǔ)同一個(gè)密鑰也同樣是浪費(fèi)了可貴的存儲(chǔ)器。使用可變塊長(zhǎng)能較好地利用空間。5)應(yīng)用例子——MIFARE應(yīng)答器的分段存儲(chǔ)器MIFARE是Philips公司的射頻產(chǎn)品商標(biāo)。MIFARE應(yīng)答器的存儲(chǔ)器被分為16個(gè)獨(dú)立段或者獨(dú)立塊,稱之為區(qū)段。每個(gè)區(qū)段用兩個(gè)不同的密鑰(分級(jí)結(jié)構(gòu))以防止非認(rèn)可的訪問(wèn)。在每個(gè)區(qū)段自己的訪問(wèn)寄存器中,可以對(duì)兩個(gè)密鑰授予不同的訪問(wèn)權(quán),這樣,16種彼此獨(dú)立的應(yīng)用可由裝入應(yīng)答器的密鑰分別予以保護(hù)。沒(méi)有密鑰就沒(méi)有應(yīng)用可以讀出,甚至不能核查或識(shí)別其應(yīng)用,而且連應(yīng)答器中存有哪些應(yīng)用也無(wú)法斷定。MIFARE應(yīng)答器的存儲(chǔ)器如圖3-9所示。圖3.9MIFARE應(yīng)答器的存儲(chǔ)器注:整個(gè)存儲(chǔ)器被分為16個(gè)彼此獨(dú)立的區(qū)段,這樣,在一個(gè)MIFARE??ㄖ凶疃嗫纱嫒耄保斗N彼此獨(dú)立的應(yīng)用。3.3.2具有微處理器的應(yīng)答器圖3.10給出了有微處理器CPIJ的應(yīng)答器的方框圖注:RAM一隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,用于存儲(chǔ)暫時(shí)的數(shù)據(jù)ROM一只讀存儲(chǔ)器,一次寫入后不可更改;EEPROM一電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器圖3.10有微處理器的應(yīng)答器的方框圖(微處理器包括了一個(gè)協(xié)處理器)有微處理器的應(yīng)答器具有自己的操作系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)的任務(wù)在于對(duì)非接觸識(shí)別卡進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)出的控制、劃分目錄以組織文件、對(duì)命令的控制以及執(zhí)行加密算法和用密碼保護(hù)外來(lái)的訪問(wèn),并且可方便地增加和更改應(yīng)用的功能,實(shí)現(xiàn)一卡多用。3.3.3存儲(chǔ)器技術(shù)在狀態(tài)機(jī)和微處理器之后,數(shù)據(jù)載體中最重要的部件就是讀出或?qū)懭胗脩魯?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。只讀數(shù)據(jù)是在芯片生產(chǎn)階段用芯片掩膜(光刻掩膜)或用激光器永久性地熔斷制造在存儲(chǔ)器中的。使用激光器也能在數(shù)據(jù)載體中編寫入一個(gè)惟一的數(shù)字(僅發(fā)布一次的序列號(hào))或連貫的數(shù)字。如果要把數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)載體,可以把RAM、EEPROM的單元包含在芯片上,其中只有EEPROM的單元能夠在沒(méi)有電源供給的情況下長(zhǎng)期(典型的保存期為lO年)儲(chǔ)存寫入的數(shù)據(jù)。1.RAMRAM可用于暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),隨著供電電壓的斷開,存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)永久性消失。在應(yīng)答器中,RAM主要用于暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù),操作過(guò)程中,這些數(shù)據(jù)是在閱讀器的作用范圍內(nèi)暫時(shí)在的;在擁有自己電池的有源應(yīng)答器中,其RAM有時(shí)也用來(lái)長(zhǎng)期儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。RAM.存儲(chǔ)單元的主要部件是一個(gè)D觸發(fā)器。2.EEPROMEEPROM存儲(chǔ)單元的工作原理以電容(電容器)能長(zhǎng)期存儲(chǔ)電荷的能力為基礎(chǔ),因此,EEPROM單元表現(xiàn)為極小的能夠充/放電的電容器。充電的電容器為邏輯“1”,放電的電容器為邏輯“O”3.4射頻識(shí)別系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)絕大多數(shù)的射頻識(shí)別系統(tǒng)是按電感耦合的原理工作的,下文從射頻識(shí)別的角度來(lái)研究磁場(chǎng)理論。電磁場(chǎng)用在無(wú)線電波為30MHz以上的射頻識(shí)別系統(tǒng)中,具體內(nèi)容可以閱讀參考文獻(xiàn)[2]。3.4.1磁場(chǎng)1.磁場(chǎng)強(qiáng)度H每個(gè)運(yùn)動(dòng)的電荷(導(dǎo)線或真空中的電子)或者電流都伴隨有磁場(chǎng)。磁場(chǎng)強(qiáng)度可以通過(guò)作用到磁針(指南針)或作用到第二個(gè)電流上的力的試驗(yàn)得到證實(shí)。磁場(chǎng)的大小用磁場(chǎng)強(qiáng)度日表示,與所在空間的物質(zhì)屬性無(wú)關(guān)。電流,和磁場(chǎng)強(qiáng)度日的關(guān)系如下所示:如果被測(cè)點(diǎn)沿線圈軸(x軸)方向離開線圈中心很遠(yuǎn),則場(chǎng)強(qiáng)日隨著距離x的增加不斷減弱。較深入的研究表明,從線圈的半徑(或面積)到一定距離的場(chǎng)強(qiáng)幾乎是不變的,而后會(huì)急據(jù)下降。在自由空間中,線圈的近場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)的衰減為每10倍距離約60dB,在形成電磁波的遠(yuǎn)場(chǎng)中變得比較平緩,每lO倍距離衰減20dB。下面的等式可以計(jì)算沿著圓形線圈(等于導(dǎo)體回路)的x軸的場(chǎng)強(qiáng)曲線H(x),該線圈與電感耦合的射頻識(shí)別系統(tǒng)所用的發(fā)射天線類似。2.磁通量≯和磁通密度B一個(gè)(圓柱形)線圈的磁場(chǎng)能對(duì)磁針施加作用力。如果把軟鐵磁放入(圓柱形)線圈中,其他條件都不變,則線圈的磁場(chǎng)對(duì)磁針的作用力將增加。其中,,I*N不變,場(chǎng)強(qiáng)日保持不變,而對(duì)力的產(chǎn)生起決定性作用的磁通密度,即磁力線總數(shù)增加了。3.感應(yīng)系數(shù)L在電流,包圍的總面積中產(chǎn)生的磁通量v,與導(dǎo)體(導(dǎo)體回路)中包圍它的電流,之比就被稱為感應(yīng)系數(shù)(電感)L,即有:4.互感系數(shù)M如果在電流通過(guò)的導(dǎo)體回路1(面積A1,電流11)的鄰近還有另外的有電流通過(guò)的導(dǎo)體回路2(面積A2),那么穿過(guò)A1的部分磁通量妒也穿過(guò)A2。兩個(gè)電路將通過(guò)這部分磁通量即耦合磁通量連結(jié)在一起。耦合磁通量妒:,取決于兩個(gè)導(dǎo)體回路在布局中的幾何尺寸、導(dǎo)體回路彼此的位置以及介質(zhì)的磁屬性(即導(dǎo)磁率)。5.耦合系數(shù)k互感系數(shù)是兩個(gè)導(dǎo)體回路的磁通量耦合的定量說(shuō)明。引進(jìn)耦合系數(shù)k來(lái)對(duì)導(dǎo)體回路的耦合作定性說(shuō)明,使其與導(dǎo)體回路的幾何尺寸無(wú)關(guān)。3.4.2電磁波1.電磁波的產(chǎn)生隨著時(shí)間變化的空間磁場(chǎng)感應(yīng)有閉合電力線(渦旋場(chǎng))的電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)包圍磁場(chǎng),并且本身隨時(shí)間進(jìn)行變化,又產(chǎn)生了另外的電場(chǎng)。由于隨時(shí)間變化的場(chǎng)的相互依賴關(guān)系,因此在空間中有一系列的電場(chǎng)和磁場(chǎng)效應(yīng)。電磁波在遠(yuǎn)距離場(chǎng)(自由空間)中以近似光速傳播。電磁波的場(chǎng)強(qiáng)隨著與輻射源的距離增加而降低。由近向遠(yuǎn)過(guò)渡的磁性天線的磁場(chǎng):初始磁場(chǎng)從天線上開始,并在空間感應(yīng)電力線。這個(gè)范圍被稱為天線的近場(chǎng)。當(dāng)距離為九/2兀時(shí),電磁場(chǎng)脫離天線,并作為電磁波進(jìn)入空間。這種脫離的電磁場(chǎng)被稱為遠(yuǎn)距離場(chǎng)。2.電磁波的反射電磁波從天線向周圍空間發(fā)射,會(huì)遇到不同的目標(biāo)。達(dá)到目標(biāo)的高頻能量的一部分被目標(biāo)吸收,并轉(zhuǎn)變成熱量,另外一部分以不同的強(qiáng)度散射到各個(gè)方向。反射能量的一小部分最終返回到發(fā)射天線。在雷達(dá)技術(shù)中,用這種反射測(cè)量遠(yuǎn)程目標(biāo)的距離和方向。對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)來(lái)說(shuō),用電磁波反射(反向散射系統(tǒng),調(diào)制的雷達(dá)橫截面)進(jìn)行從應(yīng)答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。因?yàn)槟繕?biāo)的反射性一般能隨著頻率上升而增強(qiáng),所以這些系統(tǒng)主要使用915MHz(美國(guó))、2.45GHz或在更高的頻率范圍。3.5頻率范圍和允許使用的無(wú)線電規(guī)范因?yàn)樯漕l識(shí)別系統(tǒng)產(chǎn)生并輻射電磁波,所以這些系統(tǒng)被合理地劃歸為無(wú)線電設(shè)備一類,萁他無(wú)線電服務(wù)的功能則不受射頻識(shí)別系統(tǒng)工作的干擾或削弱。特別要保證射頻識(shí)別系統(tǒng)不會(huì)干擾附近的無(wú)線電廣播和電視廣播、移動(dòng)的無(wú)線電服務(wù)(警察、安全服務(wù)、工商業(yè))、航運(yùn)和航空用無(wú)線電服務(wù)和移動(dòng)電話等。要求顧及其他的無(wú)線電服務(wù),這在很大程度上限制了適用于射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率的選擇,因此,通常只能使用特別為工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用而保留的頻率范圍。這些頻率位于在全世界范圍內(nèi)被分類的IsM(Indust~.ial—Scientific—Medical)頻段內(nèi),它們也可以應(yīng)用于射頻識(shí)別。除了ISM頻率,在135kHz以下的整個(gè)頻率范圍內(nèi)也是可用的。對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)來(lái)說(shuō),最主要的頻率分部在0~135kHz,以及ISM頻率6.78MHz、13.56MHz、27.125MHz、40.68MHz、433.92MHz、869.0MHz、915.0MHz、2.45GHz、5.8GHz和24.125GHz。頻率13.553~13。567MHz處于短波范圍,在這個(gè)頻率范圍內(nèi)的傳播條件允許晝夜橫貫大陸聯(lián)系。該頻率范圍的使用者是不同類別的無(wú)線電服務(wù)機(jī)構(gòu),例如新聞機(jī)構(gòu)和電信機(jī)構(gòu)。在這個(gè)頻率范圍內(nèi),除了電感射頻識(shí)別系統(tǒng),其他的ISM應(yīng)用有遙控系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離控制模型系統(tǒng)、演示無(wú)線電設(shè)備和傳呼機(jī)。由電感耦合射頻識(shí)別系統(tǒng)在不同的頻率范圍,可得出下面的優(yōu)先選擇條件:(1)0~135ld-Iz:優(yōu)先適用于遠(yuǎn)距離作用和低成本應(yīng)答器?!じ吖β?可供應(yīng)答器使用;·較低的時(shí)鐘頻率使應(yīng)答器的功率消耗較低;·由于可在應(yīng)答器中使用鐵氧體線圈,因此應(yīng)答器的結(jié)構(gòu)小型化(動(dòng)物識(shí)別用);·對(duì)非金屬材料和水有較低的吸收率或較高的穿透深度(對(duì)動(dòng)物識(shí)別時(shí)需較深的穿透深度,以便把封裝成大藥丸的應(yīng)答器置入胃中)。(2)6.78MHz:可用于低成本和中等速度的應(yīng)答器?!じ鶕?jù)國(guó)際電信聯(lián)盟的頻率計(jì)劃,6.78MHz是世界范圍的ISM頻率,然而,在一些國(guó)家沒(méi)有使用;·該頻率同13.56MHz相比,可供使用較大的功率;·該頻率同13.56MHz相比,時(shí)鐘頻率僅為其一半。(3)13.56MHz:適于高速/低一檔和中速/低檔的應(yīng)用?!た稍谑澜绶秶鷥?nèi)作ISM頻率用;·數(shù)據(jù)傳輸快(典型是106.kb/s);·高時(shí)鐘頻率,這樣可實(shí)現(xiàn)密碼功能或使微處理器工作;·可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)答器線圈的片上并聯(lián)電容器(諧振微調(diào))。(4)27.125MHz:只適合于特殊的應(yīng)用(例如歐洲點(diǎn)狀數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng))。·不是世界范圍的ISM頻率;,·帶寬寬,從而使數(shù)據(jù)傳輸很快(典型的是424kb/s);·高時(shí)鐘頻率,從而可以實(shí)現(xiàn)密碼功能或使微處理器工作;·可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)答器線圈的片上并聯(lián)電容器(諧振微調(diào));·同13.56MHz相比,可供使用的功率較??;·只適用于短距離。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14443以及ISO/IEC15693中采用的頻率是13.56MHz。第4章電子標(biāo)簽的標(biāo)準(zhǔn)化國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織flSO,InternationalOrganizationforStanda誠(chéng)zation)是世界范圍的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)的聯(lián)合組織,每個(gè)國(guó)家都只有一個(gè)相應(yīng)的組織。制定標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織技術(shù)委員會(huì)的責(zé)任。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC,Internat(yī)ionalElectrotechnicalCommission)是世界上成立最早的國(guó)際性電工標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu),負(fù)責(zé)有關(guān)電氣工程和電子工程領(lǐng)域中的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作。按照作用距離分類,目前有3種最常用的標(biāo)準(zhǔn)可供非接觸IC卡使用,如表4.1所示。表4.1電子標(biāo)簽的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)┏━━━━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━━┓┃標(biāo)準(zhǔn)┃卡類型┃作用距離┃┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃IS0/IEC10536┃密耦合┃0~1cm┃┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃IS0/IEC14443┃近耦合┃O~10cm┃┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━┫┃IS0/IEC15693┃遠(yuǎn)耦合┃0~1m┃┗━━━━━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━━┛ISO/IEC10536定義的是貼近式卡片的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),目前很少有應(yīng)用。一般把遠(yuǎn)耦合IC卡稱為電子標(biāo)簽,不是非常嚴(yán)格的場(chǎng)合下,也會(huì)把近耦合IC卡稱為電子標(biāo)簽。密耦合IC卡標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC10536主要是在t992~1995年間發(fā)展的。由于該IC卡的生產(chǎn)成本高,而與接觸式IC卡相比優(yōu)點(diǎn)又很少,因此這種密耦合系統(tǒng)從未在市場(chǎng)上銷售,并,且至今幾乎沒(méi)有應(yīng)用。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14443和ISO/IEC15693在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常用到,本書的附錄將詳細(xì)介紹這兩種標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。本書附帶的光盤上有ISO/IEC14443和ISO/IEC15693的完整版本。4.1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC10536密耦合IC卡的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC10536由兩個(gè)部分構(gòu)成,表4-2給出了密耦合IC卡標(biāo)準(zhǔn)的清單。表4.2密耦合標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC10536)┏━━━━━━━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━┃標(biāo)準(zhǔn)號(hào)┃時(shí)間/年┃內(nèi)容┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━┃IS0/IEC10536—1┃2000┃密耦合IC一~(Close—coupledCards標(biāo)準(zhǔn):物理特性┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━┃ENIS0/105362┃1995┃非接觸Ic卡標(biāo)準(zhǔn):物理特性┗━━━━━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━━━━4.2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14443ISOflEC14443已經(jīng)通過(guò)的有A類(TypeA)和B類(TypeB)兩個(gè)協(xié)議。在這兩個(gè)協(xié)議之外,還有另外的若干類協(xié)議在申請(qǐng)中,例如索尼的Felica在申請(qǐng)c類,LEGIC的非接觸產(chǎn)品在申請(qǐng)F(tuán)類。從目前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看,主要應(yīng)用的仍是符合ISOflEC14443(TypeA)的Mifare@產(chǎn)品,該產(chǎn)品最初由Mikron公司提供,后來(lái)Philips公司收購(gòu)了Mikron公司,這樣Mifare@和MifareLight就成了Philips的產(chǎn)品。兩家主要支持B類的半導(dǎo)體公司是意法半導(dǎo)體(ST)與摩托羅拉公司,但是摩托羅拉公司正在逐漸淡出這塊市場(chǎng)。億恒科技(原西門子保密和智能卡芯片部)推出了能夠同時(shí)支持A類和B類的產(chǎn)品,法國(guó)INSIDE公司也推出了同時(shí)支持A類和B類的產(chǎn)品。近耦合IC卡的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14443由4個(gè)部分構(gòu)成,圖4-3給出了近耦合IC卡標(biāo)準(zhǔn)清單。圖4.3近耦合標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC14443)4.3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC15693所描述的IC卡就是通常所說(shuō)的電子標(biāo)簽。遠(yuǎn)耦合IC卡的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC15693有3個(gè)部分結(jié)構(gòu),圖4-4給出遠(yuǎn)耦合IC卡標(biāo)準(zhǔn)清單。圖4.4遠(yuǎn)耦合標(biāo)準(zhǔn)(SO/IEC15693)4.4其他標(biāo)準(zhǔn)與射頻識(shí)別卡、電子標(biāo)簽有關(guān)的其他國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),可以參見(jiàn)圖4-5和圖4-6。圖4.5識(shí)別卡的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC10373)圖4.6其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC10373標(biāo)準(zhǔn)的第4部分為非接觸IC卡,參見(jiàn)表4-2。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC10373規(guī)定了有芯片和無(wú)芯片識(shí)別卡的測(cè)試方法,當(dāng)然也適用于電子標(biāo)簽的測(cè)試。除了測(cè)試一般特性,例如扭曲實(shí)驗(yàn)、耐化學(xué)腐蝕性、卡的外形和尺寸或者數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)的方法(磁條、接觸、非接觸、光學(xué))等,還針對(duì)不同識(shí)別卡的類型做了彼此獨(dú)立的測(cè)試方法。其中與電子標(biāo)簽相關(guān)的有:第4部分:密耦合射頻卡的測(cè)試方法;第6部分:近耦合電子標(biāo)簽的測(cè)試方法;第7部分:遠(yuǎn)耦合電子標(biāo)簽的測(cè)試方法。第6和第7部分將在本書的附錄H和附錄I中詳細(xì)介紹。下面列出了現(xiàn)今與射頻識(shí)別相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn):·Y~C1/SC3l——自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);·JTC1/SC17——射頻識(shí)別卡與相關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn);·ISOTC104/SC4——識(shí)別與通信標(biāo)準(zhǔn);·ISOTC23/SC19——農(nóng)業(yè)電子標(biāo)準(zhǔn);·CENTC278——道路運(yùn)輸與交通遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn);·CEN/TC23/SC3/WG3——可移動(dòng)氣體罐及內(nèi)容物的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn);·ISO/TC204—一運(yùn)輸信息和控制系統(tǒng);·ETS卜歐洲通訊標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì);·ER

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論