第三章射频识别技术

1、第三章第三章 RFID技术技术（Radio Frequency Identification)一、一、RFID技术概述技术概述（一）（一）RFID技术的产生与发展（二）RFID的定义（三）RFID的基本组成部分（四）RFID技术的工作原理（五）RFID系统的分类（六）RFID技术特点及优势（七）RFID应用领域二、RFID技术在物流中的应用技术在物流中的应用（一）集装箱的自动识别（二）RFID卡不停车收费（三）铁路车号自动识别系统一、一、RFID技术概述技术概述 RFID是射频识别技术的英文(Radio Frequency Identification)的缩写，射频识别技术是20世纪90年代开

2、始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。（入库操作；RFID和条码技术具有哪些共性？相对于条码技术具有哪些优点？）（一） RFID技术的产生与发展 （1） RFID技术的产生技术的产生 RFID在历史上的首次应用可以追溯到第二次世界大战期间 （约1940年代） ，其当时的功能是用于分辨出敌方飞机与我方飞机。我方的飞机上装载有高耗电量的主动式标签（Active Tag），当雷达发出询问的讯号，这些标签就会发出适当的响应，藉以识别出自己是友军或是敌军。此系统称为IFF（Identify： Fri

3、end or Foe）。 1948年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别射频识别技术的理论基础。 到了1970年代末期，美国政府透过Los Alamos科学实验室将RFID技术转移到民间。RFID技术最先在商业上的应用是用于畜牧业。到了1980年代，美国与欧洲的几家公司开始着手生产RFID标签。 目前，RFID技术已经被广泛应用于各个领域，从门禁管制、牲畜管理，到物流管理，皆可以见到其踪迹。 （2）RFID技术的发展历程技术的发展历程时间时间RFID技术发展技术发展19411950年年雷达的改进和应用催生了雷达的改进和应用催生了RFID技术，技术，1948年奠定了年奠定了RF

4、ID技术技术的理论基础。的理论基础。19511960年年早期早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。19611970年年RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。19711980年年RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术测技术测试得到加速。出现了一些最早的试得到加速。出现了一些最早的RFID应用。应用。19811990年年RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种封闭系统应用开始出技术及产品进入商业应用阶段，各种封闭系统应用开始出现。现。

5、19912000年年RFID技术标准化问题日趋得到重视，技术标准化问题日趋得到重视，RFID产品得到广泛采用产品得到广泛采用2001今今标准化问题日趋为人们所重视，标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加丰富，有源产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低。标签成本不断降低。（二）RFID的定义 RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。RFID其主要核心部件是一个电子标签，直径仅为 2毫米不到，通过相距几厘米到几十米距离

6、内传感器发射的无线电波，可以读取电可以读取电子标签内储存的信息，识别电子标签代表子标签内储存的信息，识别电子标签代表的物品、人和器具的身份。的物品、人和器具的身份。 （三）RFID的基本组成部分 最基本的RFID系统由三部分组成： 1.标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。标签载有可用于认证识别其所附着的目标物的相关信息数据。标签可以是只读的、读/写兼具的形式；可以是“主动式”也可以是“被动式”的（主动式标签自带电池，被动式标签没有电池）。 射频模块天线天线射频模块电 源时 钟读写模块计 算 机 网 络 系 统电 池能 量时 钟数 据输 入

7、数 据输 出能 量时 钟数 据 输 入数 据 输 出控制模块（RAM/ROM/EEPROM）存储器（CPU）数 据输 出数 据输 入标签读 写 器射频模块天线天线射频模块电 源时 钟读写模块计 算 机 网 络 系 统电 池能 量时 钟数 据输 入数 据输 出能 量时 钟数 据 输 入数 据 输 出控制模块（RAM/ROM/EEPROM）存储器（CPU）数 据输 出数 据输 入标签读 写 器RFID系统的组成（1）射频标签的功能1）具有一定容量的存储器，用以存储被识别对象的信息。2）在一定的工作环境及技术条件下标签数据可读、写。3）具有确定的使用期限，使用期限内无需维修。4）维持对识别对象的识别

8、及相关信息的完整。5）数据信息编码后，工作时可传输给读写器。6）可编程，且一旦编程后，永久性数据不能再修改。7）对于有源标签，通过读写器能显示出电池的工作情况。（2）射频标签的分类1）按标签获取电能的方式不同 主动式标签 被动式标签2）按内部使用存储器类型的不同 只读标签可读可写标签3）按标签中存储器数据存储能力的不同 标识标签便携式数据文件 标识标签和便携式数据文件就功能来说和一维、二维条码怎样对应？标签例图标签例图 2.阅读器（Reader）：RFID阅读器，读取（有时还可以写入）标签信息的设备，又称解读器、识读器，它的任务是控制射频收发器发射射频信号；通过射频收发器接收来自标签上的已编码

9、射频信号，对标签的认证识别信息进行解码；将认证识别信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。 阅读器例图阅读器例图 3.天线（Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。任一RFID系统至少应包含一根天线（不管是内置还是外置）以发射和接收射频信号。有些RFID系统是由一根天线来同时完成发射和接收；而另一些RFID系统则是由一根天线来完成发射而另一根天线来承担接收，所采用天线的形式及数量应视具体应用而定。 天线例图天线例图 标签与阅读器之间的数据传输是通过空气介质以无线电波的形式进行的。 1）读写器将设定数据的无线电载波信号经过发射天线向外发射。 2）当射频标签进入发射天线的工作区时，射

10、频标签被激活后即将自身信息代码经天线发射出去。 3）系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号，经天线的调制器传给读写器。读写器对接到的信号进行解调解码，送后台电脑控制器。（四）RFID技术的基本工作原理 4）电脑控制器根据逻辑运算判断该射频标签的合法性，针对不同的设定作出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作。 5）执行机构按电脑的指令动作。 6）通过计算机通信网络将各个监控点联接起来，构成总控信息平台，根据不同的项目设计不同的软件来完成要达到的功能。RFID技术的基本工作原理图技术的基本工作原理图 （五）RFID系统的分类 根据RFID系统完成的功能不同，可以把RFID系统分成四

11、种类型：EAS系统、便携式数据采集系统、网络系统、定位系统。 1.EAS技术：ELECTRONIC ARTICLE SURVEILLANCE（EAS）是一种设置在需要控制物品出入的门口的RFID技术。这种技术的典型应用场合是商店、图书馆、数据中心等地方，当未被授权的人从这些地方非法取走物品时，EAS系统会发出警告。 EAS系统组成 a）附着在商品上的电子标签，电子传感器；b）电子标签灭活装置，以便授权商品能正常出入；c）监视器，在出口造成一定区域的监视空间EAS系统的工作原理 在监视区，发射器以一定的频率向接收器发射信号。发射器与接受器一般安装在零售店、图书馆的出入口，形成一定的监视空间。当具

12、有特殊特征的标签进入该区域时，会对发射器发出的信号产生干扰，这种干扰信号也会被接收器接收，再经过微处理器的分析判断，就会控制警报器的鸣响。根据发射器所发出的信号不同以及标签对信号干扰原理不同。 2.便携式数据采集系统 便携式数据采集系统是使用带有RFID阅读器的手持式数据采集器采集RFID标签上的数据。这种系统具有比较大的灵活性，适用于不宜安装固定式RFID系统的应用环境。 （这个设备包括识读器、天线、电子标签中的哪几个？你设想这个系统可以应用在哪些环境下？） 3.物流控制系统 在物流控制系统中，固定布置的RFID阅读器分散布置在给定的区域，并且阅读器直接与数据管理信息系统相连，信号发射机是移

13、动的，一般安装在移动的物体、人上面。当物体、人流经阅读器时，阅读器会自动扫描标签上的信息并把数据信息输入数据管理信息系统存储、分析、处理，达到控制物流的目的。（入库、出库） 4.定位系统：定位系统用于自动化加工系统中的定位以及对车辆、轮船等进行运行定位支持。阅读器放置在移动的车辆、轮船上或者自动化流水线中移动的物料、半成品、成品上，信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。信号发射机上存储有位置识别信息，阅读器一般通过无线的方式或者有线的方式连接到主信息管理系统。（运动定位）（六）RFID技术特点及优势 （1）读取方便快捷：数据的读取无需光源，甚至可以透过外包装来进行。有效识别距离更长，采用自带电池

14、的主动标签时，有效识别距离可达到30米以上； （条形码扫描器可以在黑暗中识度条码吗？） （2）识别速度快：标签一进入磁场，阅读器就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签，实现批量识别；（条形码扫描器在识度条码时可以做到批量识别吗？） （3）数据容量大：数据容量最大的二维条形码（PDF417），最多也只能存储2725个数字；若包含字母，存储量则会更少；RFID标签则可以根据用户的需要扩充到数十千字节； （4）使用寿命长，应用范围广：其无线电通信方式，使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码；（海上石油开采） （5）标签数据可动态更

15、改：利用编程器可以向电子标签里写入数据，从而赋予RFID标签交互式便携数据文件的功能，而且写入时间比打印条形码更短； （6）更好的安全性：RFID电子标签不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性； （7）动态实时通信：标签以每秒50100次的频率与阅读器进行通信，所以只要RFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态的追踪和监控。 （根据以上的优点，你能设想RFID的用途吗？）（七） RFID应用领域区分区分领域领域主要内容主要内容适用技术适用技术物流物流/流流通通制造业制造业附着在部件，附着在部件，T

16、QM及部件传送（及部件传送（JIT）915MHz物质流管理物质流管理附着在附着在palette、货物、集装箱等。降低费用及提供配送信息，收集、货物、集装箱等。降低费用及提供配送信息，收集CRM数据数据433MHz支付支付需要注油、过路费等非现金支付时自动计算费用需要注油、过路费等非现金支付时自动计算费用13.56MHz零售业零售业商品检索及陈列场所的检索，库存管理，防盗，特性化广告等商品检索及陈列场所的检索，库存管理，防盗，特性化广告等915MHz装船装船/受领受领附着附着palette或集装箱、商品，缩短装船过程及包装时间或集装箱、商品，缩短装船过程及包装时间433MHz仓储业仓储业个别货物

17、的调查及减少发生错误，节省劳动力个别货物的调查及减少发生错误，节省劳动力915MHz健康管健康管理理/食品食品制药制药为了视觉障碍者，在药品容器附着存储处方、用药方法、警告等信息的为了视觉障碍者，在药品容器附着存储处方、用药方法、警告等信息的RFID标签，并通过识别器把信息转换成语音，并进行传送标签，并通过识别器把信息转换成语音，并进行传送915MHz健康管理健康管理防止制药的伪造和仿造，提供利用设施的识别手段，附着在老年性痴呆患者防止制药的伪造和仿造，提供利用设施的识别手段，附着在老年性痴呆患者的收容设施及医药品的收容设施及医药品/医学消耗品医学消耗品915MHz畜牧业流通管畜牧业流通管理理

18、家畜出生时附着家畜出生时附着RFID标签，把饲养过程及宰杀过程信息存储在中央数据库里标签，把饲养过程及宰杀过程信息存储在中央数据库里125KHz、134KHz确认身确认身份份/保安保安/支付支付游乐公园游乐公园/活活动动给访客附着内置给访客附着内置RFID芯片的手镯子或芯片的手镯子或ID标签，进行位置跟踪及防止迷儿，群标签，进行位置跟踪及防止迷儿，群体间位置确认服务体间位置确认服务433MHz图书馆、录像图书馆、录像带租赁店带租赁店在书和录像带附着在书和录像带附着RFID芯片，进行借出和退还管理，防止盗窃芯片，进行借出和退还管理，防止盗窃13.56MHz、915MHz保安保安用作个人用作个人I

19、D标签，防止伪造，确认身份及控制出入，跟踪对象及防止盗窃标签，防止伪造，确认身份及控制出入，跟踪对象及防止盗窃2.45GHz接待业接待业自动支付及出入控制自动支付及出入控制13.56MHz运输运输交通交通在车辆附着在车辆附着RFID标签，进行车辆管理（注册与否、保险等）及交通控制实时标签，进行车辆管理（注册与否、保险等）及交通控制实时监控管理大众交通情况监控管理大众交通情况433MHz、915MHz、2.45GHz牲畜管理运动定位探针追踪二、RFID技术在物流中的应用 （一）集装箱的自动识别 将记录有集装箱号、箱型、装载的货物种类、数量等数据的标签按照在集装箱上，在经过安装有识别设备的公路、铁路的出入口，码头的检查口时，读写器发出无线电波，RFID标签自动感