（信号与信息处理专业论文）超高频rfid在仓储系统中的应用与研究.pdf

独 创 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 (注：如没 有其他需要特别声明的，本栏可空)或其他教育机构的学位或证书使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名： 导师签字： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 学校学校 有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权 学校学校 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文 在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 导师签字： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 i 目 录 目 录 . i 中文摘要 . i abstract . iii 第一章 绪论 . 1 1.1 课题研究背景 . 1 1.2 国内外发展状况 . 2 1.2.1 国外发展状况 . 2 1.2.2 国内发展状况 . 3 1.3 本课题的工作与内容 . 4 第二章 仓储系统结构研究 . 7 2.1 rfid 技术概述 . 7 2.1.1 rfid 技术的发展过程 . 7 2.1.2 rfid 技术的优势与应用 . 8 2.2 rfid 系统结构 . 11 2.3 rfid 分类与技术标准 . 15 2.3.1 rfid 系统分类 . 15 2.3.2 rfid 技术标准 . 17 2.4 仓储系统结构研究 . 19 2.5 仓储系统的主要功能 . 20 2.6 本章小结 . 21 第三章 仓储系统关键技术的研究 . 23 3.1 系统功能模块研究 . 23 3.1.1 功能模块总体研究 . 23 3.1.2 仓储管理系统页面研究 . 25 3.2 数据库结构研究 . 27 3.2.1 数据表研究 . 27 3.2.2 存储过程研究 . 28 3.3 本章小结 . 29 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 ii 第四章 rfid 读写器和 pc 机的通讯实现 . 31 4.1 impinj 读写器简介 . 31 4.1.1 工作环境与频率范围 . 31 4.1.2 输入/出端口系统 . 32 4.1.3 内部硬件结构 . 33 4.1.4 操作系统与应用软件 . 34 4.2 读写器与 pc 机串口通信 . 34 4.3 读写器与 pc 机网口通信 . 35 4.3.1 读写器模式设置 . 35 4.3.2 e-tag 的管理与操作 . 37 4.4 本章小结 . 38 第五章 仓储系统管理平台的实现 . 39 5.1 读写器采集 e-tag 数据 . 39 5.2 标签数据与数据库链接 . 42 5.3 数据库与管理平台链接 . 43 5.4 本章小结 . 44 第六章 总结与展望 . 45 6.1 总结 . 45 6.2 展望 . 46 参考文献 . 47 攻读硕士学位期间发表的文章 . 51 致 谢 . 53 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 i 超高频 rfid 在仓储系统中的应用与设计 中文摘要 随着物联网技术的兴起，rfid 作为物联网关键技术之一，获得了广泛应用。 rfid 是一种非接触式的自动识别技术，它同条码技术、磁卡技术、光学字符识 别技术相比，具有信息量大、抗干扰能力强、非可视读写等优点，被广泛应用于 物流供应、车辆识别、自动收费等领域。尤其是超高频 rfid 技术，极大的促进 了物流领域的发展。 rfid 技术按照频率的不同可分为低频(lf)、高频(hf)、超高频(uhf)与微波 等。 仓储系统选用 uhf 频段， 主要因为 uhf 对应的读写器读取距离可达 10 米以 上，读写速度快，安全可靠抗干扰。超高频 rfid 读写器工作频段为 300mhz-3000mhz,其中 iso/iec 18000-6 系列标准定义了 860mhz960mhz 频 段下的空中接口参数。我国支持的 uhf rfid 技术频段为 840mhz845mhz 和 920mhz925mhz。 基于超高频 rfid 技术的仓储系统，主要由电子标签、uhf rfid 读写器、 天线、仓储系统应用软件、sql 数据库等几个部分组成。系统采用 impinj 公司 的读写器，它支持串口 rs232、rs485、rj45 的通讯方式，同时为用户提供了基 于 windows 系统的 api 应用程序接口。本文主要工作：在 api 的基础上，使用 asp.net 网络编程以及 sql 数据库技术来开发设计仓储系统的应用程序，实现 对标签读取/写入的功能。uhf rfid 读写器作为系统的核心部分，应用于仓储管 理系统，实时采集与记录仓库设备的基本属性与环境信息，提高了仓储管理的自 动化程度及物资信息的可追溯性。 绪论部分介绍了射频识别技术的基本概念以及国内外研究现状。接着第二章 阐述了仓储系统的结构研究。仓储系统由两大系统组成：射频识别系统以及无线 传感器网络系统。射频识别系统采集物资的电子标签 epc、属性、以及附加信息； 无线传感器网络负责采集物资所处环境的信息，如温度湿度等。 本文核心工作体现在三四五章。第三章介绍了仓储系统关键技术的研究，包 括系统功能模块研究和数据库结构研究。采用 asp.net 技术为仓储系统设计了五 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 ii 大功能模块， 采用微软公司的 sql server 技术设计了数据库表的结构，数据库表 中存放由rfid系统传输的epc编码、用户存储区内的附加信息和wsn系统传输的 环境信息。第四章给出了 rfid 读写器与 pc 机通讯的方法与演示过程， impinj 读 写器与上位机采用 rs232 串口通信，为读写器设置 ip 地址后登录读写器,即可设 置读写器参数、对标签进行读写操作。第五章介绍了仓储系统管理平台实现的具 体过程与程序代码，在读写器提供的 api 基础上，实现电子标签到读写器，读写 器到数据库，数据库到应用软件的数据传递。 关键词：关键词：uhf rfid；读写器；电子标签；sql 数据库；asp.net 分类号：分类号：tp393 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 iii application and research of storage system based on uhf rfid abstract with the rise of internet of things, rfid has gained a wide application as the core of it. rfid is a non-contact and automatic identification technology. in contrast to bar code technology, magnetic card technology, optical character recognition technology, it is characterized by large volume, strong anti-interference ability, visual reading and writing, etc, and it is widely used in logistics supply, vehicle identification, automatic charges, etc. especially uhf rfid technology has promoted the development of logistics field. according to frequency, rfid technology can be divided into low frequency (lf), high frequency (hf), ultra frequency(uhf) and microwave,etc. the storage system chooses uhf band, mainly because the distance of uhf reader can reach up to 10 meters, the writing and reading speed is quick, and it is safe, reliable, anti-jamming. the working band of uhf reader is from 300 mhz to 3000 mhz, iso/iec 18000-6 series standard defines 860 mhz-960 mhz spectrum of air interface parameters. in china, the uhf rfid frequency is from 840 mhz to 845 mhz and 920 mhz to 925 mhz. based on uhf rfid technology, the storage system mainly consists of several components: electronic tags, uhf rfid reader, antenna, the application software, sql database. it takes the reader of impinj company, and the communicational method adopts rs232/rs485 serial port, rj45, also it provides application programming interface for the user in the windows system. based on api, the mainly work is to develop the application program with asp.net and sql database technology, to realize the function of reading or writing tag. as the core of system, uhf rfid applys to storage system, collects and records the basic attribute and environmental information in real time. it can improve the automation degree of storage management and the traceability of materials information. 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 iv the introduction part prevents the basic concept of rfid and the research status at home and abroad. and then the second chapter describes the structure design of storage system. the system consists of two systems: rfid system and wsn system. rfid system collects e-tag epc, attributes, and additional information; wsn system is responsible for collecting the environment information , such as temperature , humidity and so on. the core work embodys in 3,4,5 chapters. the third chapter presents the design of key technology in storage system, including the design of functional module and design of database structure. with asp.net technology, it designs five functional modules for storage system. with sql server technology, it designs the structure of database table, which saves the epc code and additional information stored in user memory(transmitted by rfid system), and environmental information transmitted by wsn system. the fourth chapter introduces the approach to communicate and demo process between rfid reader with pc. impinj reader adopts rs232 serial port communication with pc. after setting ip address for the reader, we can login it, set the parameters, and read/write tags. chapter 5 introduces the specific process and programming code for storage system management platform. based on api provided by reader, it realizes data transfer from electronic tags to reader, from reader to the database, and from database to application software. key words: uhf rfid; reader; e-tag; sql server database; asp.net clc number: tp393 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 课题研究背景 随着市场经济快速发展，科学技术突飞猛进，我国已经开始融入世界这个大市场，并 且发生着日新月异的变化： 生产消费国际化， 经济结构调整， 经济发展新格局， 业务外包， 电子商务变革和发展，创新型业务兴起，政策环境改善，海峡两岸关系融洽等 1,2。这些 巨大的变化给中国的物流仓储业带来了诱人的商机， 使商家企业开始扩大生产规模， 生产 管理也变得愈来愈正规化，促进了物流总量的迅速增加。 但是同时，随着经济的全球化、仓储运输的现代化、以及仓储管理的自动化、智能化 等趋势，跨国企业不断渗透到中国的物流仓储市场，我国物流仓储业的发展面临着严峻、 全方位的挑战 3。目前，我国的物流仓储企业有十几万家左右，其中中小型企业占绝大多 数。由于企业的不成熟以及管理经验缺乏，造成了仓储管理成本高，主要原因有以下几个 方面： （1）商品的品种、数量日益庞大，仓库存储空间却没有被充分利用，造成混乱以及 浪费； （2）仓库作业流程复杂，时间繁冗，导致作业效率低； （3）硬件条件落后，机械自动化程度低，多采用人工管理，造成人力资源浪费； （4）仓储系统与运输系统斜街不好，管理混乱； （5）仓库区域设置缺乏合理性，对仓储管理造成不好的影响。 要想在如此强烈竞争的环境下取得一席之地，企业需要提高运营效率和自身管理水 平。人工管理已经不适应公司企业发展的要求，走高科技之路势在必行。为了有效地降低 仓储管理成本，最大限度地提升仓储管理效率，各个企业引进了先进设施和机械设备，如 高架叉车、自导向搬运车、分拣机、四向托盘，在体力方面大大减轻了仓库工作人员的压 力和劳力，而且提高了仓储管理的效率和质量。这些对减轻劳动力作用很大，但是物资出 入库、移动过程中的物资识别、仓库盘点，环境信息、物资位置信息等，这些方面存在的 问题依旧尚待解决。 因此， 将电子技术以及计算机技术应用到企业仓储管理中， 通过计算机网络对企业进 行管理，不仅减少了企业的运营时间，减少工作人员的劳动力，而且提高了企业的管 理效率， 减少物资出入库过程中的繁荣工作以及盘点带来的错误， 从而直接影响到企业在 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 2 市场中的竞争力和生存力。 为了建立先进的仓储管理系统，引进了 rfid( radio frequency identification )技术，即射频识别技术。作为物联网 4,5的关键技术之一，射频识别技术是一种非接触式 自动识别技术， 它的基本原理是利用射频信号以及空间耦合和传输特性， 对静止或移动中 的物品的进行自动识别。将 rfid 技术用于仓库管理，可以有效提高仓库管理的效率、降 低仓库管理人员的劳动强度； 可以调动所有员工的工作积极性， 从而提高企业的运作效率 和管理效率。 rfid 技术应用在仓库管理中，具有重大意义。图 1.1 是目前射频识别技术在仓库中 的现实应用，识别过程无需人工干预，大力减少了人力物力，为公司节约成本。 图 1.1 射频识别技术应用于仓储管理 1.2 国内外发展状况 1.2.1 国外发展状况 随着物联网技术的发展， 目前国外发达国家的物流仓储系统已经非常完善， 拥有成熟 的技术，丰富的经验，先进的技术体系，以及高端的电子设备，因此国外发达国家已经在 射频识别技术以及仓储管理方面占有了一定的市场份额。 虽然射频识别技术在国外已经发展的非常成熟， 应用领域也十分广泛， 但是仍然有很 多因素阻碍了它的发展。 其中重要的因素是没有统一的标准， 目前全球依然没有形成正式 的、统一的技术标准。尤其是在数据格式方面标准没有统一，这涉及到每个国家的利益、 安全。 标准不统一问题不仅影响了射频识别技术的全球化发展， 也影响了大规模的生产制 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 3 造，每个生产厂家生产的 rfid 产品不能互相兼容。 从全球范围来看，美国是射频识别技术的积极推动者和研发者，不仅参与制定了 epc global 技术标准，而且在硬件技术方面有深入的研究和开发 6，如 intel、ti 等集成电路 公司都积极投入巨资开发 rfid 芯片。symbol 公司已经研制出了可以同时读取条形码与 rfid e-tag 的读写器。microsoft、ibm 也在努力研制相应的射频识别应用软件系统。目 前，美国已将射频识别技术广泛地应用到各个领域：仓储管理、物资跟踪、交通、生产线 自动化、车辆管理、身份识别、航空等领域。如美国的沃尔玛连锁超市已经覆盖全世界； ca 企业的 mk-logistics 是优秀的物流软件产品；fedex、ups 是世界级顶级物流企业， 在实力和规模上获得了重大市场占有率。可见在射频识别领域，美国一直走在世界前列， 为 rfid 技术做出了巨大贡献。 欧洲也制定了相应的 rfid 技术标准，其中 st microelectronics、philips 公司致力 于开发廉价的 rfid 芯片；sap 公司正在开发支持射频识别技术的企业应用管理软件；诺 基亚正在研制可以应用射频识别技术的购物系统 （采用移动电话方式） ； 瑞士物流区 fiege 也十分有名。应用方面，欧洲在交通、生产线自动化、身份识别、物资跟踪等领域与美国 基本处于同一发展阶段，不过欧洲的物流企业更趋向于提供个性化服务 7。 日本紧随美国、欧洲之后，也提出了 rfid 技术标准：uid 标准，但是大多应用于本 国的厂商与行业。作为一个制造业强国，日本在 e-tag 研究领域起步很早，其政府十分重 视 rfid 技术的研发与应用。在应用方面，佐川宅急快递公司基本上覆盖了日本的大部分 地区。相对于美国与欧洲而言，日本广泛采用共同配送，更注重向精细物流方向发展 8,9。 从以上发达国家的物流仓储现状看， 国外仓储技术与 rfid 技术已经步入了成熟阶段， 其以后的发展重点是 10： 物流过程的丰富、 覆盖面的扩展以及仓储管理的标准化和专业化。 随着科学技术的日新月异，交通工具越来越发达，通信方面不断创新改革，消费产品加速 流通，这些使我们的地球越来越小，仓储管理离我们越来越近，覆盖了我们的整个生活。 物流仓储业已经逐步将生产、加工、包装、仓储、运输、配送、销售、保险、商检、卫检、 中转等业务统一起来，把全部商品物资流通作为一个完整的领域来经营。 1.2.2 国内发展状况 相较于欧美等发达国家， 我国在 rfid 产业上发展较为落后， 物流业尚处于发展初期， 差距仍然很大 11。由于门槛较低，低频、中频、高频电子标签的封装在国内基本成熟，国 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 4 内企业已经具有自主开发电子标签、读写器的能力；但是在超高频 rfid 技术方面，由于 其技术门槛高，核心技术难，国内发展较晚，技术相对不成熟，只有很少的企业具备开发 设计超高频读写器的能力 12。 rfid 技术产业主要涉及芯片设计、读写器的设计、制造、封装标签、中间件设计、 系统集成、企业应用软件等方面。我国还没有形成成熟完整的射频识别生产系统，核心技 术大部分掌握在国外高端公司的手中，特别是芯片设计、中间件设计方面。我国与国外技 术的差距主要体现在芯片技术方面。 我国的大部分企业具有设计和研发天线的能力， 但是 在金属材料、环境方面，可靠性不足。系统集成发展较快，中间件设计、企业应用软件比 较弱。 虽然我国的 rfid 企业有不少，但是缺乏核心技术，特别是超高频射频识别方面。存 在的缺陷是：货物普遍积压、信息反馈不及时、物流网点失控、运输规划不合理、管理及 运作效率亟待提高、质量方面的潜力尚待挖掘、应用系统处于理论阶段，尚未投入市场。 随着中国加入 wto，国外的仓促管理软件产品流入我国，但价格昂贵，商业模式与中国的 物流仓储不同步，根本不适合中国的国情。因此，开发一套智能的、适合中国的、自动化 效率高的仓储系统，具有非常广阔的前景。 1.3 本课题的工作与内容 （1）阐述仓储管理的国内外现状，根据目前国内仓储业的缺陷和不足，综述了将射 频识别技术应用于仓储管理的原因和意义。 （2）介绍射频识别技术的分类、系统结构、技术标准、工作原理、以及相对于条码 技术、磁卡技术、光学字符识别技术，射频识别技术具有的优势。 （3）仓储管理系统的结构设计，包括两大系统（超高频射频设别系统以及无线传感 器网络系统）的结构组成以及工作过程，同时阐述了仓储系统实现的四大功能。 （4） 仓储系统关键技术的设计。 采用 asp.net 网络编程技术来设计仓管系统的管理 界面，即管理平台。仓储系统的大量数据存储在 sql 数据库中，因此又设计了数据库的 数据表结构以及各表的逻辑结构设计。 （5）射频识别读写器与上位机的通讯实现。本文基于 impinj 公司的读写器，研究 了串口通信（rs232）以及以太网口（rj45）通信，实现了读写器 ip 地址设置以及状态 特性查询，实现了电子标签的读取、写入、锁定、摧毁、过滤等功能。 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 5 （6）仓储系统管理平台的实现。实现了电子标签数据从标签到读写器，从读写器到 数据库，从数据库到应用界面的传递以及存储过程。给出了详细的程序代码、程序说明以 及调试结果。 （7）创新之处在于将超高频射频识别系统与无线传感器网络相融合，实时采集与记 录仓库设备的基本属性与环境信息， 远程控制系统运作情况， 提高了仓储管理的自动化程 度及物资信息的可追溯性。 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 6 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 7 第二章 仓储系统结构研究 2.1 rfid 技术概述 射频识别技术技术是一门结合了通信技术、电子技术以及计算机技术等学科的新技 术，是一门新兴热门的自动识别技术。rfid 逐渐走进人们的生活中，并且在生产、物流、 仓储、交通等领域快速普及和推广。下面主要阐述射频识别技术的历史发展过程、优势与 应用领域、基本结构组成、目前存在的技术标准。 2.1.1 rfid 技术的发展过程 rfid 技术的产生与发展都来自于生活，起初是源自于战争的需要，首次应用是在第 二次世界大战期间空战敌我飞机的识别 13,14。 至今， rfid 技术已经有七十多年的发展历史， 并且得到不断完善和广泛应用， 逐渐成为人们生活中的重要部分， 尤其体现在如今发展势 如破竹的物联网技术上。总的来看可将其发展历程划分为七个阶段，以十年为一个时期， 如表 2.1 所示。 表 2.1 rfid 技术的发展过程 发展阶段 内容 第一阶段 1941-1950 年 产生阶段： 雷达技术的改进和在相关领域的应用推动了 rfid 技术 的诞生，1948 年为 rfid 技术奠定了理论基础 第二阶段 1951-1960 年 探索阶段：主要在实验室进行 rfid 探索实验，检验实验结果，还 没有走出实验室研究 第三阶段 1961-1970 年 应用尝试阶段：通过实验室研究，在理论技术上 rfid 得到了一定 的发展，开始尝试将 rfid 技术放在一些试点上试用 第四阶段 1971-1980 年 大发展阶段： rfid 技术进入一个迅速发展时期， 相应的产品研发、 检测速度不断加快，rfid 技术不断应用到实际生活中 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 8 第五阶段 1981-1990 年 商业应用阶段：rfid 技术逐步完善与成熟，走出实验室，其产品 进入市场，rfid 技术以一定的规模进入商业应用界 第六阶段 1991-2000 年 各种应用领域：rfid 技术逐渐应用于各种领域，其产品也逐渐进 驻市场，成为人们生活中不可或缺的一部分，此时，rfid 技术标 准化问题提上日程，日益得到重视 第七阶段 2001-至今 完善阶段：rfid 技术得到不断完善，其产品种类更加丰富，走向 多样化、低成本化、普及化、生产规模扩大化。 2.1.2 rfid 技术的优势与应用 目前自动识别技术分为条形码识别、光学识别、生物识别、磁条磁卡识别、ic 卡识 别、以及射频识别 15,16。rfid 技术中采用的信息载体是电子标签或 eeprom，它同其他识 别技术相比，具有体积小、信息量大、快速读写、读取距离远、反应速度快、非可视读写、 使用寿命长、可重复使用、抗干扰能力强、防水防磁耐高温、可识别高速运动物体、可同 时识别多个标签、可工作于各种恶劣环境等优点 17,18。表 2.2 是几种自动识别技术特性的 详细比较。 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 9 表 2.2 常见的自动识别技术性能比较 种类 特性 条码识别 光学识别 生物识别 磁条磁卡 ic 卡 射频识别 信息载体 纸、塑料 薄膜 物质表面 生物特性 磁性物质 eeprom eeprom 信息量(byte) 1-100 1-100 小 1-100 16-64k 16-64k 读写性能 只读 只读 只读 读/写 读/写 读/写 读取方式 激光束 光电转换 机器识读 电磁转换 电擦写 无线通信 保密性 无 无 好 好 好 好 环境适应性 不好 不好 一般 一般 很高 光遮盖影响 完全失效 完全失效 可能失效 没有影响 方向位置影响 有影响 有影响 有影响 单向性 单向性 没有影响 识别速度 低 低 较低 中 很快 很快 通信速度 低 低 较低 快 快 很快 读取距离 近 很近 直接接触 接触 接触 远 使用寿命 一次性 较短 短 长 很长 使用成本 最低 一般 较高 低 较高 较高 国际标准 无 无 无 有 有 有 智能化程度 无 无 无 无 高 高 多标签识别 不能 不能 不能 不能 不能 能 由以上各种特性比较可得知， 射频识别技术具有其他识别技术所不具备的优势， 因此 射频识别技术被广泛应用于物仓储管理、物流供应、车辆识别、自动收费、航空等各种领 域 19,20： （1）在仓储管理与物流供应中的应用 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 10 将 rfid 技术应用在仓储管理、物流供应、物流配送、零售管理、集装箱运输环节中， 可对物品进行实时追踪、共享信息，提高企业运行效率。如图 2.1 所示：射频识别技术应 用于某市建立的烟花爆竹管理系统，可加强对烟花爆竹生产、存贮、运输、销售和燃放过 程中的的监督管理。 图 2.1 某市烟花爆竹监管系统 （2）在车辆识别与交通运输中的应用 将 rfid 技术应用于车辆识别系统，实现无人监督、不停车自动收费的功能，减少了 人力支出，使停车收费更加方便快捷，如图 2.2 所示；将 rfid 技术应用在公交系统上， 实现电子钱包、无纸化票证；将 rfid 技术应用在铁路上，实现铁路车号自动识别功能。 图 2.2 车辆收费与自动识别 （3）在身份识别与电子消费中的应用 将 rfid 技术应用于身份识别与电子消费领域，可实现无人管理、快速打卡、准确无 误、防止身份造假、电子消费、无现金支付等功能，方便快捷、安全可靠。其应用如图 2.3 所示。 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 11 图 2.3 身份识别与电子消费 （4）在航空领域的应用 将射频识别技术应用于航空领域， 方便快捷得识别旅客行李， 避免造成的行李丢失与 误领。如图 2.4 所示。 图 2.4 航空行李识别管理 2.2 rfid 系统结构 典型的射频识别系统一般由 rfid 读写器(reader)、电子标签（e-tag） 、rfid 应用软 件系统 （application software system） 三个部分组成 21,22， 它们之间的关系参照图 2.5。 其中，读写器和电子标签称为硬件组件，应用软件系统称为软件组件。 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 12 tag tag tag读写器读写器 tag tag tag 读写器读写器 tag tag tag 读写器读写器 rfid 应用软件应用软件 系统系统 sql 数据库数据库 rs232/485,rj45 等通信方式等通信方式 图图 2.5 2.5 射频识别系统结构射频识别系统结构 （1）工作原理 读写器通过天线发送一定频率的信号，当电子标签（e-tag）进入有效工作区域时获 得能量被激活，将自身存储的信息通过内置天线发送出去，读写器接收到调制信号，经读 写器解调与编码后送到上位机上的应用软件处理 23。 （2）读写器 通常由射频通道模块、i/o 接口单元、以及控制处理模块三部分组成。作用是接受应 用系统发送来的读写命令，将命令信号加载到载波后通过射频通信模块发送给电子标签， 完成电子标签的读写操作。其基本结构图参照图 2.6。超高频 reader 与 tag 之间一般采 用半双工通信方式，耦合方式为电磁反向散射耦合 24,25（雷达原理模型） 。 i/o 接 口 模 块 智能单元 基带信号 处理单元 射 频 通 道 模 块 控制处理模块 应用 软件 系统 天线 数据库 图 2.6 读写器的内部硬件结构 射频通道模块：包括调制解调电路、功率放大电路、收发控制电路、频率源电路，主 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 13 要作用是执行控制处理模块传送来的命令， 然后向 e-tag 传送命令的载波调制信号， 对回 波信号解调和处理，之后将处理的回波基带信号传递给控制处理模块处理。 控制处理模块：包括 cpu 或 mpu 智能处理单元、接口电路、时钟电路、信号加工缓冲 处理电路。其作用是对波形编码，对回波信号解码，差错控制，读写命令流程控制，缓存 发送命令与接收的数据，以及 i/o 控制。 i/o 接口模块：包括 rs232 串行接口、rs485 串行接口、标准并行打印接口、以太网 接口、红外线 ir 接口、usb 接口。主要作用是与外界进行通信、数据传输。 （3）电子标签 图 2.7 四种常用的电子标签 常见的电子标签 （如图 2.7 所示） 由控制器、 编码器、 调制器、 存储器、 天线组成 26,27。 作用是接收读写器发送来的命令，通过信号发生器将存储器中存储的数据经过编码调制， 通过天线发送给读写器。电子标签硬件结构如下图 2.8。 天 线 控制器 调制器编码器 存储器 时钟 图 2.8 电子标签硬件结构 其中存储器分为三个区域 28： epc(电子产品编码)、 tid(身份标识） 、 user(用户)。 epc 采用十六进制 8421 编码，通常为 96bits、128bits 或更高；tid 用来标识电子标签的生 产厂商，即身份；用户区是为开发人员预留的一段空间，用户可根据实际情况自行写入信 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 14 息，如：物资属性、附加信息、维修记录、wsn 采集的环境信息。 epc 电子产品编码采用 epc global 提出的物联网体系架构中的 epc 标准 29,30。epc 赋 予全球每一个单体唯一的身份标识，为世界每个对象提供一个唯一的编码，可为 2.68 亿 公司附码，其中每个公司可有大约 1600 万种的产品分类，每个种类的产品几乎有 680 亿 个独立编码。编码由版本号，域名管理者，对象分类，产品序列号组成，比如美国可口可 乐公司生产的 330ml 罐装减肥可乐具体哪一罐，如表 2.3 所示。 表 2.3 epc 编码结构 epc 编码组成 版本号 域名管理者 对象分类 产品序列号 举例 略 美国可口可乐 公司 330ml 罐装减肥可乐 具体哪一罐 epc 编码 (共 16 位) e2 003412d c03011 808107395 比特 （共 96bits） 8bits 28bits(2.68 亿) 24bits（1.6 千万） 36bits（680 亿） （4）应用软件系统 应用软件系统通过 api(应用程序接口)与读写器进行双向通信，是直接面向 rfid 用 户的人机交互界面， 协助用户有效的控制读写器对 e-tag 进行读或写操作， 并且对采集到 的数据进行管理与分析， 作为企业的外在管理形象， 彰显了一个企业的软件技术层次和管 理水平。应用程序接口实现对底层设备的精准控制，实时采集原始的数据，过滤数据，使 系统接口简单透明。主要包括硬件驱动程序、控制应用程序、数据库三个部分。其组成与 功能如表 2.4 所示。 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 15 表 2.4 应用软件系统组成与功能 组成 功能 硬件驱动程序 用来连接、显示及处理读写器的操作 控制应用程序 用来控制读写器的运作、接收读写器回传的数据并作出相应的处理 数据库 来存储所有电子标签相关的数据，供控制程序使用 2.3 rfid 分类与技术标准 2.3.1 rfid 系统分类 rfid 技术按照标签频率的不同可分为低频(lf)、高频(hf)、超高频(uhf)与微波等 31,32。每个频段的工作原理都不一样，低频和高频频段的电子标签采用电磁耦合原理，超 高频和微波频段采用电磁波发射原理 33（或电磁反向散射耦合） 。 工作在每个频段的射频识别技术都有其自身的优缺点， 既能影响电子标签的性能、 尺 寸大小、价格，发射功率的差别还影响读写器的作用远近，其中低频与高频的 rfid 标签 读写距离比较近，一般不超过 10 米，而超高频 rfid 读写距离可以达到十米，微波 rfid 读写距离则可高达 10 米以上 34。由于每个频段具有不同的特征与功能，它们被应用于不 同的领域，在不同的领域发挥各自的作用，各具特色且不可替代。下表 2.5 是各个频段 rfid 技术的特性与应用领域的比较 35。 山东师范大学硕士