RFID系统的构成及工作原理ppt课件

RFID系统的构成及工作原理教学设计，李斌，信息技术学院，2，1，案例阅读与分析，2，射频识别系统架构，3，射频识别编码，调制与数据验证，4，射频识别系统的基本原理，主要内容，5，实践训练与实践，3，射频识别：数据的神经末梢，湖南长丰汽车公司射频识别系统案例，1，案例阅读与分析，案例分析与讨论，(1)湖南长丰汽车公司射频识别系统主要部件简介及其在生产中的作用？(2)简述射频识别系统的工作原理？4、射频识别是一个系统，一个射频识别系统。典型的射频识别系统主要由四部分组成：阅读器、电子标签、射频识别中间件和应用系统软件。通常，我们称中间件和应用软件为应用系统。2.射频识别系统架构，图4-2射频识别系统架构，5。在实际的射频识别解决方案中，简单的射频识别系统和复杂的射频识别系统都包含一些基本组件。组件分为硬件组件和软件组件。第二，射频识别系统的体系结构，图4-3射频识别系统的基本组成，如果从功能实现的角度来看，射频识别系统可以分为两部分，边缘系统和软件系统，如图4-3所示。这一观点与现代信息技术的观点一致。边缘系统主要完成信息感知，属于硬件组件。软件系统完成信息处理和应用。通信设施负责整个射频识别系统的信息传输。6，1，ElectronicTag，2，射频识别系统架构，图4-4射频识别系统组件标签，电子标签(也称为应答器或智能标签)，是一种微型无线收发器装置，主要由内置天线和芯片组成。调压器：将标签阅读器发送的射频信号转换成直流电源，通过大电容储能，然后通过稳压电路提供稳定的电源；调制器：逻辑控制电路发送的数据经调制电路调制后，加载到阅读器天线上；解调器：去除载波，提取实际调制信号；逻辑控制单元：用于对阅读器发送的信号进行解码，并根据其要求向阅读器发回数据；存储单元：包括作为系统操作和存储识别数据的位置的可编程只读存储器和只读存储器。读写器是一种捕获和处理射频识别标签数据的设备。它可以是个人的，也可以嵌入到其他系统中。阅读器也是射频识别系统的重要组成部分之一。它被称为阅读器，因为它可以将数据写入射频识别标签。读写器的硬件部分通常由收发器、微处理器、存储器、外部传感器/执行器、报警输入/输出接口、通信接口和电源组成，如图4-6所示。控制器的主要功能是与应用系统软件通信。执行应用系统软件发送的动作指令；控制与标签的通信过程；基带信号的编码和解码；执行防冲突算法；对读取器和标签之间传输的数据进行加密和解密；在读写器和电子标签之间进行身份认证；控制键盘、显示设备和其他外部设备。其中，最重要的是控制阅读器芯片。9，4，阅读器天线，2，射频识别系统架构，天线是以电磁波的形式接收或辐射前端射频信号功率的装置，是电路和空间之间的接口装置，用于实现导波和自由空间波能量的转换。在射频识别系统中，天线分为两类：电子标签天线和读写器天线，分别负责接收能量和发射能量。射频识别阅读器天线具有以下特征：(1)它足够小，可以附着到需要的物品上；(2)具有全向或半球覆盖的方向性；(3)可以向标签的芯片提供最大可能的信号；(4)天线的极化可以匹配读卡器的询问信号，而不管物品的方向如何；(5)鲁棒性；价格很便宜。选择阅读器天线时应考虑的主要因素有：天线的类型；天线阻抗；射频性能应用于物品；标签物品周围有其他物品时的射频性能。，10，5，通信设施，2，射频识别系统架构，通信设施为不同的射频识别系统管理提供安全的通信连接，是射频识别系统的重要组成部分。通信设施包括有线或无线网络以及读取器或控制器与计算机之间的串行通信接口。无线网络可以是个人区域网(如蓝牙技术)、局域网(如802.11x、无线网络)、广域网(如通用分组无线业务、3G技术)或卫星通信网络(如同步轨道卫星L波段的射频识别系统)。11，1，射频识别编码，3，射频识别编码，调制和数据验证。射频识别系统的结构类似于通信系统的基本模型，满足通信功能的基本要求。读取器和电子标签之间的数据传输构成了类似于基本通信模型的结构。阅读器和电子标签之间的数据传输需要三个主要功能块，如图4-8所示。根据从读取器/写入器到电子标签的数据传输方向，它是读取器/写入器(发送器)中的信号编码(信号处理)和调制器(载波电路)、传输介质(信道)、解调器(载波电路)和电子标签(接收器)中的信号解码(信号处理)。图4-8射频识别系统的基本通信结构框图，12，2)，射频识别调制，3，射频识别编码，调制和数据验证。脉冲调制是指将数据的NRZ码转换成更高频率的脉冲串。脉冲序列的脉冲波形参数由NRZ码值0和1调制。主要的调制方法是FSK和PSK。图4-12FSK脉冲调制波形，(1)FSK调制FSK是指控制调制脉冲波形的频率。当频率低于135千赫兹(射频载波频率为125千赫兹)时，使用频率稳定开关调制方法。图4-12示出了FSK方法的示例，其中数据传输速率fc/40，fc是射频载波频率。在FSK调制中，对应于数据1的脉冲频率f1=fc/5，对应于数据0的脉冲频率F0=fc/8。13，1)，射频识别数据传输通用编码格式，3，射频识别编码，调制和数据验证，数字基带信号波形，可以用不同形式的编码来表示二进制“1”和“0”。射频识别系统通常使用以下编码方法之一：反向不归零(NRZ)编码、曼彻斯特编码、单极子编码、差分双相(DBP)编码、米勒编码扩展动态编码。最常用的数字信号波形是矩形脉冲，它易于产生和变换。下面以矩形脉冲为例，介绍几种常用的脉冲波形和传输模式。图4-9示出了四个数字矩形码的脉冲波形。图4-9数据矩形码的脉冲波形，14，1)，射频识别数据传输的通用编码格式，3。射频识别编码、调制和数据验证、数字基带信号波形、二进制“1”和“0”可以用不同形式的代码表示。射频识别系统通常使用以下编码方法之一：反向不归零(NRZ)编码、曼彻斯特编码、单极子编码、差分双相(DBP)编码、米勒编码扩展动态编码。最常用的数字信号波形是矩形脉冲，它易于产生和变换。下面以矩形脉冲为例，介绍几种常用的脉冲波形和传输模式。图4-9示出了四个数字矩形码的脉冲波形。图4-9数据矩形码的脉冲波形，15，射频识别中常用的编码方法和编码解码器曼彻斯特码，3，射频识别编码、调制和数据验证，16，射频识别中常用的编码方法和编码解码器曼彻斯特码，编码器电路，3，射频识别编码、调制和数据验证，17，3编码和调制，射频识别中常用的编码方法和编码解码器曼彻斯特码，曼彻斯特码，曼彻斯特码编码器的示例波形图，18，射频识别中常用的编码方法和编码解码器，米勒码，米勒码，米勒码编码规则， 3、射频识别编码、调制和数据验证，19、射频识别中常用的编码方法和编解码器，米莉码波形及其与NRZ码和曼彻斯特码的关系，3。 射频识别编码，调制和数据验证，20。射频识别和编解码器中常用的编码方法米勒码，产生米勒码与曼彻斯特码的电路，3。射频识别编码，调制和数据验证，21。米勒码编码器假设的输出数据的校正为011010，三，射频识别编码，调制和数据验证，22，米勒码解码的校正，米勒码解码器原理框图的校正，三，射频识别编码，调制和数据验证，23，米勒码解码的校正，解码定时波形图示例，三，射频识别编码，调制和数据验证，24，脉冲调制将数据的NRZ码转换成更高频率的脉冲串，脉冲串的脉冲波形参数由NRZ码值0和1调制。主要的调制方法是FSK和PSK。三、射频识别编码、调制和数据校验、25、脉冲调制FSK、FSK脉冲调制波形、三、射频识别编码、调制和数据校验、26、脉冲调制FSK调制、FSK实现原理框图、三、射频识别编码、调制和数据校验、27、脉冲调制FSK解调、FSK解调电路原理图、三、射频识别编码、调制和数据校验、28、脉冲调制FSK解调的工作原理如下：触发D1将输入的FSK信号变为窄脉冲。触发器D1使用74HC74。当端子为高电平时，FSK上跳变沿将Q端子设为高电平。然而，由于此时为低电平，C1端为低电平，这使Q端返回到低电平。Q端的这个脉冲使十进制计数器4017归零，可以再次计数。射频识别编码调制和数据验证29脉冲调制PSK1和PSK2当使用PSK1调制时，如果在数据位的开始处有上升沿或下降沿(即1，0或0，1交替)，相位将在位的开始处跳变180。当PSK2被调制时，当数据位为1时，相位从该位的开始处跳变180，当数据位为0时，相位不变。射频识别编码，调制和数据验证，30，PSK调制电路，相位法电路框图，3，射频识别编码，调制和数据验证，31，3编码和调制，PSK解调电路阅读器能正确地将PSK调制信号转换成NRZ码。如果PSK信号的数据速率是fc/2(fc是125千赫的射频载波频率值)，那么加到解调器上的PSK信号是125千赫/2=62.5千赫的方波信号。PSK信号进入解调器后分成两路：一路到触发器D3的时钟输入端(CLK)，它是一个位值判定电路；另一条路径用于形成相位差为90的参考信号。由125千赫载波基准形成的62.5千赫基准方波信号加到触发器D3的D输入端。这样，如果触发器D3的时钟和D输入端的两个信号之间的相位差为90(或者相位差不偏移到0或180)，则触发器D3的Q输出信号为NRZ码，该码可由微控制器微控制器读取。射频识别编码、调制和数据验证，33、PSK解调电路相关波形，3、射频识别编码、调制和数据验证，34、副载波中的副载波调制和副载波调制解调类型A、标准帧结构、副载波调制波形，3、射频识别编码、调制和数据验证，35、副载波中的副载波调制和副载波调制解调类型B:比特编码采用不归零的NRZ编码，副载波调制采用BPSK模式，逻辑状态转换采用副载波相移180表示，0表示逻辑1， 0 180表示逻辑0，副载波频率射频识别编码、调制和数据验证，36、副载波调制中的副载波和副载波调制和解调TYPEB、数字副载波调制加负载调制，3、射频识别编码、调制和数据验证，37、副载波解调相干解调(同步解调)非相干解调ASK调制TypeA，其包络与基带信号成正比，因此基带信号可以通过包络检测再现。该方法不需要具有相同频率和相位的副载波参考信号。3、射频识别编码、调制和数据验证，38、调幅波产生的正弦波调制的正弦振荡载波信号调幅信号被设置为相位角=0的公式v(t)，乘积和差，3、射频识别编码、调制和数据验证，39、调幅波的频域调幅模型，3、射频识别编码、调制和数据验证，40、脉冲调幅波，3、射频识别编码、调制和数据验证，41、 用于实现国际标准ISO14443在数字调制ASK模式下的负载调制测试的PICC电路，以及用于实现国际标准ISO14443在数字调制ASK模式下的负载调制测试的三个(射频识别编码、调制和数据验证)42、PICC电路应答器谐振电路，由线圈L和电容CV1组成，其谐振电压由桥式整流器VD1VD4整流，由齐纳二极管VD5稳定在3V左右。 副载波信号(874kHz)可以通过跳线选择Cmod1或Rmod1进行负载调制。ASK或BPSK副载波调制由曼彻斯特码或NRZ码执行。3、射频识别编码、调制和数据验证，43、数字频率调制和相位调制，3、射频识别编码、调制和数据验证，44、1、基本原理，4、射频识别系统的基本原理，射频识别系统的基本工作原理是：阅读器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作区域时，产生感应电流，从而获得被激活的能量，使电子标签通过内置的射频天线发出其编码信息；读取器的接收天线接收从标签发送的调制信号，并通过天线调节器将其发送到读取器信号处理模块。经过解调和解码后，有效信息被发送到后台主机系统进行相关处理。主机系统根据逻辑操作识别标签的身份，对不同的设置进行相应的处理和控制，最后发出指令信号控制阅读器完成不同的读写操作。根据电子标签和阅读器之间的通信和能量感应，该系统一般可分为两种类型，即感应耦合系统和电磁反向耦合系统。感应耦合是基于电磁感应定律，通过空间高频交变磁场实现的。电磁后向散射耦合是一种雷达原理模型，它在发射电磁波击中目标时反射电磁波，同时带回目标信息。它基于电磁波的空间传播规律。46，2。感应耦合射频识别系统。4.射频识别系统的基本原理。感应耦合射频识别符合国际标准化组织/国际电工委员会14443协议。感应耦合电子标签由一个电子数据载体组成，通常是一个单一的微芯片和一个用作天线的大面积线圈。电感耦合射频识别系统的工作原理如图4-33所示。几乎所有电感耦合模式的电子标签都是被动工作的。标签中的微芯片工作所需的所有能量都由读取器发送的感应电磁能量提供。高频强电磁场由读取器的天线线圈产生，并穿过线圈的横截面和线圈的周围空间，使得附近的电子标签产生电磁感应。图4-33电感耦合射频识别系统的工作原理，47，3，电磁反向散射射频识别系统，4，射频