第一章 RFID技術

1、 教學目標教學目標l知道知道RFID技術發(fā)展技術發(fā)展l知道知道RFID技術的定義及特征技術的定義及特征l理解理解RFID技術的關鍵技術技術的關鍵技術l熟練掌握熟練掌握RFID應用案例應用案例重點：重點： RFID技術的概念技術的概念難點：難點： RFID的關鍵技術的關鍵技術1.射頻識別系統(tǒng)的工作原理及基本概念射頻識別系統(tǒng)的工作原理及基本概念RFID射頻識別技術射頻識別技術 （1）什么是射頻識別技術？ RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它利用射頻信號（一般指微波，即波長為0.1100厘米或頻率在1100GHZ的電磁波）通過空間耦合實現(xiàn)非接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息實現(xiàn)識別目的的技術

2、。 識別過程無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。 1.射頻識別系統(tǒng)的工作原理及基本概念射頻識別系統(tǒng)的工作原理及基本概念RFID射頻識別技術射頻識別技術 （2）射頻識別技術的特點 射頻識別技術具有體積小、信息量大、壽命長、可讀寫、保密性好、抗惡劣環(huán)境、不受方向和位置影響、識讀速度快、識讀距離遠、可識別高速運動物體、可重復使用等特點。RFID和條碼的區(qū)別如下表: 1.射頻識別系統(tǒng)的工作原理及基本概念射頻識別系統(tǒng)的工作原理及基本概念RFID射頻識別技術射頻識別技術 （3）射頻識別技術的應用現(xiàn)狀 RFID技術應用于物流、制造、消費、軍事、貿易、公共

3、信息服務等行業(yè)，可大幅提高應用行業(yè)的管理能力和運作效率，降低環(huán)節(jié)成本，拓展市場覆蓋和盈利水平。同時，RFID本身也將成為一個新興的高技術產業(yè)群，成為物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)的支柱性產業(yè)。 RFID發(fā)展?jié)摿薮?，前景廣闊。因此，研究RFID技術、應用RFID開發(fā)項目、發(fā)展RFID產業(yè)，對提升信息化整體水平、促進物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)高速的發(fā)展、提高人民生活質量、增強公共安全等方面有深遠的意義。 RFID應用系統(tǒng)正在由單一識別向多功能方向發(fā)展，國家正在推行RFID示范性工程，推動RFID實現(xiàn)跨地區(qū)、跨行業(yè)應用。 2. 射頻識別系統(tǒng)的構成及工作原理射頻識別系統(tǒng)的構成及工作原理（1）定義：采用射頻標簽作為識別標志的應用系統(tǒng)稱為

4、射頻識別系統(tǒng)。（2）構成：基本的射頻識別系統(tǒng)通常由射頻標簽、讀寫器和計算機通信網(wǎng)絡三部分組成。如圖所示。 RFID射頻識別技術射頻識別技術 2. 射頻識別系統(tǒng)的構成及工作原理射頻識別系統(tǒng)的構成及工作原理 RFID射頻識別技術射頻識別技術（3）射頻識別系統(tǒng)的工作原理 電子標簽進入天線磁場后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號，就能憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產品信息（無源標簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（有源標簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。如圖所示。 2. 射頻識別系統(tǒng)的構成及工作原理射頻識別系統(tǒng)的構成及工作原理RFID射頻識別技術射頻識別技術

5、（3）射頻識別系統(tǒng)的工作原理 閱讀器和電子標簽之間的射頻信號的耦合類型有兩種 ： 電感耦合，變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應定律。如下左圖。 電磁反向散射耦合，雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。如下右圖。 2. 射頻識別系統(tǒng)的構成及工作原理射頻識別系統(tǒng)的構成及工作原理RFID射頻識別技術射頻識別技術（3）射頻識別系統(tǒng)的工作原理根據(jù)射頻識別系統(tǒng)作用距離的遠近情況，射頻識別系統(tǒng)可分為三類 ：密耦合系統(tǒng):標簽一般是無源標簽。作用距離范圍從010cm。實際應用中，通常需要將電子標簽插入閱讀器中或將其放置到讀寫器的

6、天線的表面。適合安全性較高，作用距離無要求的應用系統(tǒng)，如電子門鎖等。遙耦合系統(tǒng):典型作用距離可以達到1m。又可細分為近耦合系統(tǒng)（典型作用距離為10cm）與疏耦合系統(tǒng)（典型作用距離為1m）兩類。目前仍然是低成本射頻識別系統(tǒng)的主流。遠距離系統(tǒng)的典型作用距離從1m到10m，個別的系統(tǒng)具有更遠的作用距離。是利用電子標簽與讀寫器天線輻射遠場區(qū)之間的電磁耦合構成無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作的。 2. 射頻識別系統(tǒng)的構成及工作原理射頻識別系統(tǒng)的構成及工作原理RFID射頻識別技術射頻識別技術（4）能量傳送 由于RFID 卡卡內無電源，供芯片運行所需要的全部能量必須要由閱讀器傳送。閱讀器和RFID 卡之間能

7、量的傳遞原理如圖所示。如果一個RFID卡被放到閱讀器天線附近，閱讀器天線的磁場的一部分就會穿過卡的線圈，在卡的線圈里感生電壓Ui。這個電壓被整流后就用來對芯片供電。由于閱讀器天線與卡線圈的耦合非常弱，因此要使天線線圈里的電流量增大，通過給線圈LT并聯(lián)一個電容CT來實現(xiàn)。 2. 射頻識別系統(tǒng)的構成及工作原理射頻識別系統(tǒng)的構成及工作原理RFID射頻識別技術射頻識別技術（5）數(shù)據(jù)傳送 數(shù)據(jù)的傳送如圖所示，包含編碼、調制、解碼等過程。其具體的內容將在后續(xù)課程中進行學習。 3.射頻識別標簽射頻識別標簽RFID射頻識別技術射頻識別技術 射頻標簽（RFID TAG）是安裝在被識別對象上，存儲被識別對象相關信

8、息的電子裝置，常稱為電子標簽，如圖所示。它是射頻識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，是射頻識別系統(tǒng)的核心。像公交卡、銀行卡和二代身份證等都屬于電子射頻標簽。 3.射頻識別標簽射頻識別標簽RFID射頻識別技術射頻識別技術射頻識別標簽的分類按標簽的工作方式分類l主動式標簽：用自身的射頻能量主動地發(fā)射數(shù)據(jù)給讀寫器的標簽。主動標簽含有電源。l被動式標簽：由讀寫器發(fā)出查詢信號觸發(fā)后進入通信狀態(tài)的標簽。被動標簽可有源也可無源。按標簽的讀寫方式分類l只讀型標簽：只能讀出不能寫入的標簽。l讀寫型標簽：標簽內容既可被讀寫器讀出，又可由讀寫器寫入。按標簽有無能源分類l無源標簽：標簽中不含電池的標簽。工作能量來自閱讀器射頻能量l有

9、源標簽：標簽中含有電池的標簽。不需利用閱讀器的射頻能量。l半有源標簽：閱讀器的射頻能量起到喚醒標簽轉入工作狀態(tài)的作用。3.射頻識別標簽射頻識別標簽RFID射頻識別技術射頻識別技術射頻識別標簽的分類按標簽的工作頻率分類l低頻標簽：500KHz以下 l中高頻標簽： 3M-30MHz l特高頻標簽：300M-3000MHz l超高頻標簽：3GHz以上按標簽的工作距離分類l遠程標簽：工作距離1m以上 l近程標簽：10cm100cml超近程標簽：0.2cm10cm3.射頻識別標簽射頻識別標簽RFID射頻識別技術射頻識別技術射頻識別標簽的構成 射頻識別標簽一般由天線、調制器、編碼發(fā)生器、時鐘及存儲器構成。

10、如圖所示。 3.射頻識別標簽射頻識別標簽RFID射頻識別技術射頻識別技術射頻識別標簽的功能l具有一定容量的存儲器，用于存儲被識別對象的信息。l在一定工作環(huán)境下及技術條件下標簽數(shù)據(jù)能被讀出或寫入。l維持對識別對象的識別及相關信息的完整。l數(shù)據(jù)信息編碼后，工作時可傳輸給讀寫器。l可編程，且一旦編程后，永久性數(shù)據(jù)不能再修改。l具有確定的期限，使用期限內無須維修。 3.射頻識別標簽射頻識別標簽RFID射頻識別技術射頻識別技術 射頻識別工作頻率4.射頻讀寫器（射頻讀寫器（Reader and Writer) RFID射頻識別技術射頻識別技術 具有讀取與寫入標簽內存信息的設備成為讀寫器 RFID讀寫器實物

11、 4.射頻讀寫器（射頻讀寫器（Reader and Writer) RFID射頻識別技術射頻識別技術射頻讀寫器的構成天線:天線是發(fā)射和接收射頻載波的設備。射頻模塊:用于發(fā)射和接收射頻載波 控制與處理模塊:包括實現(xiàn)發(fā)送到射頻標簽命令的編碼，回波信號的解碼。差錯控制，讀寫命令流程策略控制。命令緩存，數(shù)據(jù)緩存，與后端應用程序之間的接口協(xié)議實現(xiàn)，I/O控制等。 I/O接口模塊:實現(xiàn)讀寫設備與外部傳感器、控制器以及應用系統(tǒng)主機之間的輸入與輸出通信。RS232串行接口、以太網(wǎng)接口、 USB接口、并行打印接口等 4.射頻讀寫器（射頻讀寫器（Reader and Writer) RFID射頻識別技術射頻識別技

12、術讀寫器的分類按通信方式分為讀寫器優(yōu)先和標簽優(yōu)先兩類。按傳送方向分為全雙工（FDX）和半雙工（HDX）。按應用模式分為固定式、便攜式、一體式和模塊式。 讀寫器的選擇根據(jù)功能多寡的選擇。根據(jù)頻率頻段的選擇。根據(jù)應用環(huán)境的選擇。 根據(jù)電子標簽協(xié)議選擇。5. 通信協(xié)議通信協(xié)議RFID射頻識別技術射頻識別技術通信協(xié)議相關的問題包括：時序系統(tǒng)問題通信握手問題數(shù)據(jù)幀問題數(shù)據(jù)編碼問題數(shù)據(jù)的完整性問題多標簽讀寫防沖突問題干擾與抗干擾問題識讀率與誤碼率的問題數(shù)據(jù)的加密與安全性問題讀寫器與應用系統(tǒng)之間的接口問題等相關的內容將在后續(xù)課程中繼續(xù)學習。RFID應用案例應用案例RFID射頻識別技術射頻識別技術（1）在交通

13、信息化方面的應用 在智能交通領域的電子不停車收費系統(tǒng)；鐵路車號車次識別系統(tǒng)；智能停車場管理系統(tǒng)；公交“一卡通”的應用；地鐵/輕軌收費系統(tǒng)。如下圖為智能車庫，由RFID、車輛檢測器、攝像機、控制計算機軟硬件系統(tǒng)組成。 RFID應用案例應用案例RFID射頻識別技術射頻識別技術（2）在工業(yè)自動化方面的應用 產品質量追蹤系統(tǒng)、設備狀態(tài)監(jiān)控。如圖為汽車發(fā)動機質量追蹤系統(tǒng)工作原理示意圖。生產線上安裝RFID閱讀器，發(fā)動機托盤上安裝RFID卡，發(fā)動機上線即寫入汽車發(fā)動機條碼信息，每個崗位可根據(jù)讀取的條碼信息將對應的加工數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)椒掌?，從而實現(xiàn)對汽車發(fā)動機生產過程的質量監(jiān)控。 RFID應用案例應用

14、案例RFID射頻識別技術射頻識別技術（3）在物資與供應鏈管理中的應用 航空、郵政包裹的識別；集裝箱自動識別系統(tǒng)；智能托盤系統(tǒng)；在倉儲管理中的應用。如圖所示，在包裹上貼RFID標簽，通過手持式的閱讀器讀取，即可在計算機上取得標簽信息，再通過計算機網(wǎng)絡查詢資料中心數(shù)據(jù)庫取得包裹的所有信息，從而實現(xiàn)對包裹的跟蹤、管理。 RFID應用案例應用案例RFID射頻識別技術射頻識別技術（4）在食品、藥品安全及追溯方面的應用如圖所示，在養(yǎng)殖場將每頭豬戴上電子耳環(huán)，記載其相關信息，并將相關信息采集到計算機上，在屠宰場軌道掛鉤上安裝電子標簽，記錄屠宰信息，在分割加工場安分割標簽記錄相關信息，所有的信息在分銷零售計算

15、機上均可查詢。系統(tǒng)主要采用RFID技術、計算機網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術以及相關的信息查詢管理系統(tǒng)。RFID應用案例應用案例RFID射頻識別技術射頻識別技術風景區(qū)門票管理系統(tǒng)；大型會展中心門票管理系統(tǒng)。如圖所示為某風景區(qū)的門票管理服務系統(tǒng)，系統(tǒng)的組成主要由售票系統(tǒng)（門口售票、網(wǎng)絡售票、自動售票、訂票）、查詢系統(tǒng)、檢票系統(tǒng)等部分組成。感知層主要應用RFID技術實現(xiàn)檢票功能；傳輸層采用局域網(wǎng)、因特網(wǎng)通信技術；應用層主要為基于數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡技術開發(fā)的管理系統(tǒng)。 （5）在門票管理系統(tǒng)的應用RFID應用案例應用案例RFID射頻識別技術射頻識別技術（6）在圖書資料管理中的應用如圖所示，圖書館采用了無線感應門、RFID書簽、計算機軟硬件技術等物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)了自動借還書以及圖書的盤點、尋找、順架等管理。RFID應用案例應用案例RFID射頻識別技術射頻識別技術（7）在門禁、考勤管理中的應用如圖所示，門禁系統(tǒng)采用RFID、計算機軟硬件技術、數(shù)據(jù)庫技術等物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)了門禁管理。RFID應用案例應用案例RFID射頻識別技術射頻識別技術（8）在動物以及人員的追蹤管理的應用如圖所示，新生兒管理系統(tǒng)采用RFID技術、傳感器技術、計算機網(wǎng)