浅谈物联网之RFID技术.doc

1、浅谈物联网及RFID技术摘要:RFID作为物联网的核心基础之一，这个产业能否健康发展将直接关系到物联网建设的成败。本文主要介绍了物联网的相关知识和其中一项关键技术RFID的相关原理及其实际应用.关键词：物联网，RFID，感应器1前言无所不在的物联网通信时代即将来临，物联网是继计算机、互联网之后世界信息技术的第三次革命，据美国独立市场研究机构Forreter预测，物联网所带来的产业价值要比互联网大30倍，将形成下一个上万亿元规模的高科技市场.不管是IBM提出的智慧地球，还是温家宝总理在无锡提出的感知中国,都意味着物联网将是当下最热门最具竞争性的产业。而物联网的关键技术RFID在2006年高科技项

2、目申报国家拨款1亿2800乃人民币用以支持20项课题研究中，RFID研究约占全部经费的50.由此可见,RFID技术对于物联网的重要性.2物联网2.1物联网概念、定义 “物联网概念”是在“互联网概念"的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间,进行信息交换和通信的一种网络概念。念“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管

3、理的一种网络概. 其定义是:通过射频识别（RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。 2.2物联网的体系结构图1 物联网体系结构图2.3 物联网的关键技术(1）RFID(Radio Frequency IDentification)又称电子标签、无线射频识别,是一种通信技术.（2）无线传感技术：借助于各种传感器，探测和集成包括温度、湿度、压力、速度等物质现象的技术。（3)M2M(MachinetoMachine/Man）是一种以机器终端智能交互为核心的、网络

4、化的应用与服务技术。（4)云计算指IT基础设施的交付和使用模式，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源。2.4 物联网的开展步骤可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。（1）标识：对物体属性进行标识,属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中,动态属性需要先由传感器实时探测.(2）感知：需要识别设备完成对物体属性的读取。（3）处理：将信息转换为适合网络传输的数据格式.（4)信息传送：将物体的信息通过网络传输到信息处理中心，由处理中心完成物体通信的相关计算。在物联网中有一项关键的技术就是RFID射频

5、识别技术，下面我就来着重的介绍一下它3RFID3。1 RFID的定义和组成RFID射频识别是由20世纪90年代兴起的一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID系统一般由RFID系统由阅读器、应答器（标签)和应用系统三部分组成,通过电波在响应媒介和询问媒介间传递信息.阅读器，一般是一台内含天线和芯片解码器的阅读(有时还可以写入）设备，可设计为手持式或固定式；阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别体的目的。通常阅读器与

6、电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。应用系统，一般是由计算机支撑的有线或无线管理系统。视不同应用要求，对于实时型的智能型控制器，不一定必须要有后台应用系统。标签，主要是射频标签,响应端内含天线,两者组成所谓的“雷达收发机"，以卡、标签等形式存在.3。2 RFID的基本工作原理工作原理是阅读器发射一特定频率的无线电波能量给应答器， 用以驱动 转发器电路将内部的数据送出,此时阅读器便依序接收解读数据, 送给应用程序做相应的处理。以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成, 感应偶合(Inductive Coupling) 及后向散射偶合

7、(Backscatter Coupling）两种， 一般低频的RFID大都采用第一种式， 而较高频大多采用第二种方式3。3 RFID工作频率及特性目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品,而且不同频段的RFID产品会有不同的特性.其中感应器有无源和有源两种方式.3。3.1无源感应器(1）低频（从125KHz到134KHz) 其实RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作, 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用。通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流，可作供电电压使用. 磁场区域

8、能够很好的被定义，但是场强下降的太快。 特性： a）工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz， TI 的工作频率为134。2KHz。该频段的波长大约为2500m。 b)除了金属材料影响外,一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。 c）工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。 d）低频产品有不同的封装形式.好的封装形式就是价格太贵,但是有10年以上的使用寿命. e)虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。 f)相对于其他频段的RFID产品,该频段数据传输速率比较慢. g)感应器的价格相对与其他频段来说要贵.(2)高频（工作频率为13。

9、56MHz） 在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式进行工作。也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制.如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器. 特性：a）工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m。 b）除了金属材料外,该频率的波长可以穿过大多数的材料,但是往往会降低读取距离.感应器需要离开金属一段距离.c)该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。 d）感应器一般以电子标签的形式。 e)虽然该频率的磁场区域

10、下降很快,但是能够产生相对均匀的读写区域.f)该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签. g）可以把某些数据信息写入标签中。 h)数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。（3)超高频(工作频率为860MHz到960MHz之间) 超高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是很快,但是读取的区域不是很好进行定义。该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。主要是通过电容耦合的方式进行实现。 特性: a)在该频段，全球的定义不是很相同欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz,北美定义的频段为902到905MHz之间,在日本建议的频段为950到956之间.该频段的波长大概为30cm左右。 b）目

11、前,该频段功率输出目前统一的定义（美国定义为4W,欧洲定义为500mW)。 可能欧洲限制会上升到2W EIRP。 c）超高频频段的电波不能通过许多材料,特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物资。相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来。 d）电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求. e)该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。f）有很高的数据传输速率,在很短的时间可以读取大量的电子标签。3。3。2 有源RFID技术（2.45GHz、5.8G） 有源RFID具备低发射功率、通信距离长、传输数据量大,可靠性高和兼容性好等特点,与无源R

12、FID相比,在技术上的优势非常明显。被广泛地应用到公路收费、港口货运管理等应用中。3.4 RFID技术的应用体现 (1)工业领域:应用在制造业供应链管理、生产过程工艺优化、产品设备监控管理、环保监测及能源管理、工业安全生产管理等方面。可大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。（2）农业领域：应用在温室环境信息采集和控制、节水灌溉、环境信息和动植物信息监测、智能粮库系统等方面.可以根据用户需求,随时进行处理，为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。(3）智能电网领域：智能电网将会形成一个以电网为依托，覆盖城乡各

13、用户及用电设备的庞大的物联网络，成为"感知中国"的最重要基础设施之一。智能电网与物联网的相互渗透、深度融合和广泛应用，将能有效整合通信基础设施资源和电力系统基础设施资源，进一步实现节能减排，提升电网信息化、自动化、互动化水平,提高电网运行能力和服务质量。（4）智能家居：将各种家庭设备通过程序设置,使设备具有自动功能，通过中国电信的宽带、固话和3G无线网络，可以实现对家庭设备的远程操控.与普通家居相比,智能家居不仅提供舒适宜人且高品位的家庭生活空间，还能实现更智能的家庭安防系统.（5）医疗领域：智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备,对家中病人或老人的生理指标进行自测，并

14、将生成的生理指标数据通过中国电信的固定网络或3G无线网络传送到护理人或有关医疗单位。（6）城市安保领域：智能城市产品实现对城市的数字化管理和城市安全的统一监控、统一存储和统一管理、为城市管理和建设者提供一种全新、直观、视听觉范围延伸的管理工具。(7）环境监测领域：环境监测领域应用是通过对实施地表水水质的自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况,预警预报重大或流域性水质污染事故,解决跨行政区域的水污染事故纠纷，监督总量控制制度落实情况。(8）智能交通领域:智能交通系统包括公交行业无线视频监控平台、智能公交站台、电子票务、车管专家和公交手机一卡通五种业务。这几种业务更是与在城市生活的百姓们息息相关，为群众提供了很大的便利。（9)智能司法领域:智能司法是一个集监控、管理、定位、矫正于一身的管理系统，能够帮助各地各级司法机构降低刑罚成本、提高刑罚效率。为工作人员的日常工作提供了信息化、智能化的高效管理平台。(10）智能校园领域:中国电信的校园手机一卡通和金色校园业务，促进了校园的信息化和智能化.手机一卡通实现的功能包括电子钱包、身份识别