第一章RFID概述汇总

1、RFID原理与应用第1章第一章第一章 认知认知RFIDRFIDlRFIDRFID和和RFIDRFID技术技术lRFIDRFID和条形码和条形码lRFIDRFID和和ICIC卡卡lRFIDRFID电子标签的分类电子标签的分类lRFIDRFID技术标准技术标准l物联网物联网1. RFID1. RFID和和RFIDRFID技术技术lRFID是Radio Frequency Identification（射频识别）的简称，是利用可用于无线电通信的电磁波射频来自动识别个体的技术。lRFID技术是一种先进的非接触式自动识别技术自动识别技术，自动识别技术（Automatic identification a

2、nd data capture，AIDC）是将信息数据自动识别、采集、输入计算机的重要手段和方法。自动识别技术的技术手段方法非常广泛。RFID技术因其非接触非接触识别特性及同时能识别多个个体的特点而具有应用范围广、系统运用效率高、成本低的优势。 自动识别技术介绍自动识别技术介绍l在我们的现实生活中，各种各样的活动或者事件都会产生这样或者那 样的数据，这些数据包括人的、物质的、财务的，也包括采购的、生 产的和销售的，这些数据的采集与分析对于我们的生产或者生活决策 来讲是十分重要的。如果没有这些实际工况的数据支援，生产和决策 就将成为一句空话，将缺乏现实基础。l在计算机信息处理系统中，数据的采集是

3、信息系统的基础，这些 数据通过数据系统的分析和过滤，最终成为影响我们决策的信息。l在信息系统早期，相当部分数据的处理都是通过人工手工录入， 这样，不仅数据量十分庞大，劳动强度大，而且数据误码率较高，也 失去了实时的意义。为了解决这些问题，人们就研究和发展了各种各样的自动识别技术，将人们从繁沉的重复的但又十分不精确的手工劳动中解放出来，提高了系统信息的实时性和准确性，从而为生产的实时调整，财务的及时总结以及决策的正确制定提供正确的参考依据。 自动识别技术介绍自动识别技术介绍l自动识别技术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术，它是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，归

4、根到底，自动识别技术是一种高度自动化的信息或者数据采集技术。 自动识别方法自动识别方法条形码条形码l条形码技术最早产生在风声鹤唳的二十年代，诞生于 Westinghouse的实验室里。那时候对电子技术应用方面的每一个 设想都使人感到非常新奇。他的想法是在信封上做条码标记，条 码中的信息是收信人的地址，就象今天的邮政编码。为此 Kermode发明了最早的条码标识，设计方案非常的简单，即一个“ 条”表示数字“1”，二个“条”表示数字“2”，以次类推。然后，他又发 明了由基本的元件组成的条码识读设备：一个扫描器(能够发射光 并接收反射光)；一个测定反射信号条和空的方法，即边缘定位线 圈；和使用测定结

5、果的方法，即译码器。l条码技术是实现POS系统、EDI、电子商务、供应链管理的技术基 础，是物流管理现代化的重要技术手段。条码技术包括条码的编 码技术、条码标识符号的设计、快速识别技术和计算机管理技术 ，它是实现计算机管理和电子数据交换不可少的前端采集技术。 自动识别方法自动识别方法光学符号光学符号识别（识别（OCROCR）l OCR技术是光符号识别技术的缩写(Optical Character Recognition)， 是通过扫描等光学输入方式将各种票据、报刊、书籍、文稿及其它印 刷品的文字转化为图像信息，再利用文字识别技术将图像信息转化为 可以使用的计算机输入技术。可应用于银行票据、大量

6、文字资料、档 案卷宗、文案的录入和处理领域。适合于银行、税务等行业大量票据 表格的自动扫描识别及长期存储。相对一般文本，通常以最终识别率 、识别速度、版面理解正确率及版面还原满意度4个方面作为OCR技 术的评测依据；而相对于表格及票据，通常以识别率或整张通过率及 识别速度为测定OCR技术的实用标准。l OCR识别技术不仅具有可以自动判断、拆分、识别和还原各种通用 型印刷体表格，在表格理解上做出了令人满意的实用结果，能够自动 分析文稿的版面布局，自动分栏、并判断出标题、横栏、图像、表格 等相应属性，并判定识别顺序，能将识别结果还原成与扫描文稿的版 面布局一致的新文本。 自动识别方法自动识别方法生

7、物识别生物识别l生物识别是一个能毫不含糊地用惟一的、独特的生物特征的方法辨识人的过程。在这方面，可以给出生理学和行为学的特征上的区别。如果方法所测试的特性直接与个人的身体有关而且完全独立于意识行为的模式之外，则被称之为生理学的生物特征。相反，基于行为学的生物测试方法，是利用了某些可在一定限度内有意识地加以改变，但仍能代表某一特殊个人的特性。生物测试法的分类如图1所示： 自动识别方法自动识别方法语音识别语音识别l语音也是人的特征，也可用于识别的目的。被识别人对着麦克风说一句或更多句话，每次说话时都必须不同，否则系统会受到回放录人在磁带中的预先识别了的说话而受到攻击。述说的这段文字波形将被进行Fo

8、urier分析，产生讲话者的特征频谱，并被用来和基准值相比较以确定说话人身份的真实性。现代计算技术的成果，诸如模糊逻辑、神经网络等等，都被包括在这一方法之中。l当然，这个方法也有不足之处，一个人的语音在很大程度上受到他当前身体状况的影响。此外，首要的是要可靠地滤去所有的背景噪音以便能做出明确的频谱分析。每次测试都必须说不同的语句以防止回放记录的语言，这个非常复杂的过程使识别起来比较困难。然而这些技术上的困难被用户的良好可接受性补偿了，使得它成为极具吸引力的生物测试识别法。 自动识别方法自动识别方法指纹识别指纹识别l毫无疑问，指纹是最知名的基于生理特征的生物测试识别法。在电子 方案中，自然不再需

9、要用墨水把指纹印在纸上。把大拇指或其他指尖 放在一透明板上，用一个安装在板下的摄像机非接触地扫描皮肤表面 ，再和基准图案进行比较。通常是根据EdHald Richard Henn研发 的分类方案，它用弓形纹，箕形纹和斗型纹来标志其特征。有关类型 、位置和取向的大约有项左右的信息被存储起来，这些信息可用来、位置和取向的大约有项左右的信息被存储起来，这些信息可用来 产生基准图案。l由于众所周知的事实，用户中的某些群体不喜欢这种方法，因为它长 久以来就是和罪犯斗争的工具。指尖上的小小伤口也会导致识别上的 困难，很多系统具有测量手指湿度或脉搏的传感器，补充于光学扫描 ，这种设计在于防止把切除的手指做识

10、别之用。l尽管存在有这些问题，指纹系统仍是最广泛应用的，因为它们在技术 上相对简单，在用户接受的问题上也比较少，从读出指纹到后继的测 试所需的时间也都处在合理的限度之内，光学的和半导体电容传感器 是目前主要使用的，它们的分辨率大约为400dpi。 自动识别方法自动识别方法虹膜识别虹膜识别l虹膜是一个可变的控光机构，以限制到达视网膜的光量，和视网膜一样它也是一项每个人都独有的生物特征。虹膜扫描可在较视网膜扫描略远的距离上进行，因此测量方法要简单些。用这种方法时以可见光将虹膜（它位于眼睛的前方）映像在CCD摄像机上，数据的估算类似用于视网膜方法。然而，仍旧是镜头会严重地影响测试结果，从而引起问题。

11、 自动识别方法自动识别方法ICIC卡卡lIC卡(Integrated Circuit Card，集成电路卡)，有些国家和地区也 称智能卡(smart card)、智慧卡(intelligent card)、微电路卡 (microcircuit card)或微芯片卡等。它是将一个微电子芯片嵌入符 合ISO 7216标准的卡基中，做成卡片形式。IC卡是继磁卡之后出 现的又一种新型信息工具。IC卡是指集成电路卡，一般用的公交 车卡就是IC卡的一种，一般常见的IC卡采用射频技术与IC卡的读 卡器进行通讯。IC卡与磁卡是有区别的，IC卡是通过卡里的集成 电路存储信息，而磁卡是通过卡内的磁力记录信息。IC

12、卡的成本 一般比磁卡高，但保密性更好。非接触式IC卡又称射频卡， 成功地解决了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器 件领域的一大突破。主要用于公交、轮渡、地铁的自动收费系统 ，也应用在门禁管理、身份证明和电子钱包。 自动识别方法自动识别方法CPUCPU卡卡l CPU卡也称智能卡，卡内的集成电路中带有微处理器CPU、存储单元（包括随机存储器RAM、程序存储器ROM（FLASH）、用户数据存储器EEPROM）以及芯片操作系统COS。装有COS的CPU卡相当于一台微型计算机，不仅具有数据存储功能，同时具有命令处理和数据安全保护等功能。l由于没有掌握关键的生产工艺，原来我国设计的CPU卡芯片一

13、直在国外生产。目前我国自主设计、制造的CPU卡容量达到了122K。lCPU卡可适用于金融、保险、交警、政府行业等多个领域，具有用户空间大、读取速度快、支持一卡多用等特点，并已经通过中国人民银行和国家商秘委的认证。 自动识别方法自动识别方法射频识别射频识别（RFIDRFID）l射频识别系统与上述IC卡有着密切的联系，数据存储在电子数据载体中，是通过磁场与电磁场进行数交换，这方面采用了无线电技术与雷 达技术，通过无线电波进行识别，下面我们进行一下各系统对比，由此可知射频识别的优越性，在本书中我们将详细介绍射频识别技术。1-1 RFID1-1 RFID的发展历史的发展历史19411950年代1960

14、年代1970年代二战时期，盟军为了解决因天气原因能见度差难以识别敌我飞行器的问题，成功研发出一套利用无线电波来进行敌我飞行器识别（Identification Friend or Foe，IFF）的装置。这个IFF装置是世界上公认的第一个利用RFID技术的实例 美国应用RFID技术开发了商品防盗装置，这个装置的应用被公认为是开辟了RFID技术商业应用的先河。在美国RFID技术被应用于汽车防盗、工业自动化等商业和产业领域，大约在同一时期欧洲一些国家也开始利用RFID技术实现了家畜的识别、跟踪的实际应用。 1-1 RFID1-1 RFID的发展历史的发展历史1980年代1990年代2000年代80

15、年代前期，被应用于非接触方式更新半导体内存数据；80年代后期，在挪威和美国被应用于道路不停车自动收费系统（现今高速公路ETC系统的雏形）；90年代前期，RFID技术受到广泛关注，很多企业争相进入到RFID电子标签等行业，但由于成本高、存在技术瓶颈等原因没有得到大规模普及；90年代后期，随着相关技术的提高，RFID电子标签基本上实现了小型化和低成本化，开始迈向大规模实际应用（比如门禁系统等），1998年ISO/IEC开始制定标准，1999年以MIT为中心设立了AutoID中心。RFID技术真正开始大规模应用，2000年IATA（国际航空运输协会）决议在航空货物上粘贴RFID电子标签，2003年E

16、PCglobal组织成立，2005年美国国防部、沃尔玛要求供应商在货物上粘贴RFID电子标签。 1-2 RFID1-2 RFID在我国的发展在我国的发展 我国虽然在基础研究方面起步比欧美等发达国家晚，但在RFID技术的应用和普及方面却已经走在很多国家的前面，我国相继利用RFID技术研究开发了第二代身份证、城市交通一卡通、电子门票，电子导游机等，近年来新的应用案例更是层出不穷。1-3 RFID1-3 RFID系统系统 RFID系统从广义来讲是利用了RFID技术的系统，大规模的业务系统的数据采集可能包含很多不同数据识别采集技术，比如现阶段很多物流系统上条形码和RFID电子标签并存，这样的只要是部分

17、利用了RFID技术的系统可以称为RFID系统。 RFID系统从狭义来讲是专注于处理RFID电子标签数据的系统。1-4 RFID1-4 RFID系统的最小硬件组成系统的最小硬件组成 RFID电子标签、读写器（+天线）、服务器2. RFID2. RFID和条形码和条形码 条形码技术被认为是最古老最成熟、应用最成功最广泛的自动识别技术。常用的条形码是一维条形码和二维条形码 。一维条形码二维条形码2-1 2-1 条形码的工作原理条形码的工作原理 由扫描器发出红外线或可见光照射条码符号，深色条吸收光，浅色条反射光，扫描器将光反射信号转换为电子脉冲，再由译码器转换成二进制码传送至主机 。方式-1方式-2方

18、式-32-2 2-2 条形码和条形码和RFIDRFID电子标签电子标签的比较的比较2-2 2-2 条形码和条形码和RFIDRFID电子标签电子标签的比较的比较3. RFID3. RFID和和ICIC卡卡 IC卡又称智能卡，是一种电子数据存储器系统，IC卡分接触式和非接触式，非接触式IC卡是RFID技术的一种应用，RFID电子标签的范畴要远大于非接触式IC卡的范畴。另外非接触式IC卡要求具有高强度的加密防伪认证功能，而大多数RFID电子标签并不需要。接触式IC卡非接触式IC卡3-1 RFID3-1 RFID电子标签和非接触电子标签和非接触ICIC卡的比较卡的比较4. RFID4. RFID电子标

19、签的分类电子标签的分类- -按按工作方式工作方式 RFID电子标签按工作方式可分为被动式被动式和主动式主动式标签 ：被动式主动式4. RFID4. RFID电子标签的分类电子标签的分类- -按按工作频率工作频率低频（135KHz以下,LF段）、高频（13.56MHz，HF段）、超高频（433MHz860960MHz，UHF段）和微波段（2.45GHz，5.8GHz，Microwave） 频率：125kHz；134kHzl只读只有UID号码，不能写入数据l识读距离近通常为10cm1ml不能同时读取多个标签l对金属和液体都不敏感l典型应用门禁考勤停车场4-1 RFID4-1 RFID各种频段电子标

20、签各种频段电子标签的技术特点的技术特点- -低频低频4-1 RFID4-1 RFID各种频段电子标签各种频段电子标签的技术特点的技术特点- -高频高频频率：13.56MHzl可读写l电感耦合工作方式电磁场的绕射能力强对于金属比较敏感，对液体不敏感方向性不强l识读距离近1m；l可同时读取多个标签l典型应用物流生产制造资产管理4-1 RFID4-1 RFID各种频段电子标签各种频段电子标签的技术特点的技术特点- -超高频超高频频率：860-960MHz (433MHz)；l可读写l电磁波发射工作方式方向性强容易形成盲区对金属和液体都敏感l识读距离远最大距离可达到810ml可同时读取多个标签l典型应

21、用物流供应链生产制造资产管理车辆管理4-1 RFID4-1 RFID各种频段电子标签各种频段电子标签的技术特点的技术特点- -微波段微波段 读写速度快，读取数据的可靠性高，但使用频率接近WiFi无线网，容易受到周围无线网通信的干扰，主要被应用于定位管理、集装箱管理等领域。4-2 RFID4-2 RFID各种频段标签识别各种频段标签识别范围比较范围比较5. RFID5. RFID技术标准技术标准lRFID技术标准主要由无线通信协议（空中接口规范-Air Interface）、物理特性、读写器协议、编码规则、测试应用规范、信息安全等标准组成。l有关RFID技术的国际标准现在主要由国际标准化组织（I

22、SO）和EPCglobal两大组织来制定（日本有UID标准）。掌握了标准，就掌握了技术的制高点和专利，相关国家正在通过加快RFID技术标准的制定和推广，激烈争夺国际标准。5-1 有关有关RFID的的ISO/IEC标准标准注：注：EPCglobalEPCglobal的的EPCEPC标准将在第三章详细论述标准将在第三章详细论述6. 6. 物联网物联网l2005年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布ITU互联网报告2005：物联网，引用了“物联网”的概念。l随着技术的发展和应用的推进，物联网的概念及内涵不断发生变化，覆盖范围不断拓展。l温家宝总理提出的“感知中国

23、”、IBM提出的“智慧地球”都很好地描画了物联网的应用前景。l物联网在我国得到了极大关注，已被正式列为我国五大新兴战略性产业之一，物联网技术的实际应用，我国已经走在了世界前列。 6-1 6-1 物联网的概念物联网的概念物联网（Internet of Things，IOT)是在计算机互联网互联网的基础上，利用信息传感设备信息传感设备，如传感器、全球定位、射频识别（RFID）等各种装置与技术，构造一个覆盖人与物的网络覆盖人与物的网络(Internet of Things)。在这个网络中，物与物、物与人能够实现网络的连接，进行自动化自动化识别、信息共享、智能化智能化管理和控制。 6-2 6-2 物联

24、网的层次结构物联网的层次结构物联网的三层结构物联网的三层结构6-2 6-2 物联网的层次结构物联网的层次结构物联网的四层结构物联网的四层结构和三层结构没有本质的区别和三层结构没有本质的区别6-3 6-3 物联网与物联网与RFIDRFID技术技术 lRFID技术是物联网发展的排头兵，物联网(Internet of Things)这个名称是在1999年MIT Auto-ID Center的阿什顿教授在研究RFID时最早提出来的。lRFID技术是物联网系统感知层的一种最重要的信息采集技术之一，其他的各种传感技术及自动识别手段也都属于物联网系统的前段技术，RFID系统只是物联网的一种应用。6-4 6-

25、4 物联网的应用物联网的应用6-4 6-4 物联网的应用物联网的应用(RFID)(RFID)RFID的LF/HF段的典型应用应用LF/HFLF/HF段的典型段的典型应用-门禁系统LF/HFLF/HF段的典型段的典型应用-票证和收费LF/HFLF/HF段的典型段的典型应用-主题公园应用背景： Sunway是马来西亚最大的主题公园。有水上和陆上娱乐区，还有商店和餐馆。挑战 游客携带现金十分不便 加强个区域的管理解决方案 游客佩戴RFID手镯 采用RFID检票和零售终收益 为游客提供了更快捷、方便和轻松的购物体验 整体消费金额大幅上升LF/HF段的典型应用-证件防伪LF/HF段的典型应用-图书管理L

26、F/HFLF/HF段的典型应用段的典型应用- -动物管理动物管理LF/HFLF/HF段的典型应用段的典型应用- -小结小结l大多为一对一识读，需要明确的出示动作l中、近距离识读l可以应用到液体工作环境6-4 6-4 物联网的应用物联网的应用(RFID)(RFID)RFID的UHF段的典型应用应用UHFUHF段的典型应用段的典型应用EPCEPC系统系统EPCEPC系统粘贴系统粘贴RFIDRFID标签标签EPC系统-RFID信息采集EPC系统-货物追踪与查询UHFUHF段的典型应用段的典型应用交通领域交通领域交通应用不停车收费交通应用不停车收费交通应用海关电子车牌交通应用海关电子车牌交通应用交通应

27、用智能交通管理系统交通应用车辆防伪UHFUHF段的典型应用段的典型应用航空包裹管理UHFUHF段的典型应用段的典型应用- -小结小结l大多为一对多识读，不需要明确的出示动作，自动完成读取l中、远距离识读6-4 6-4 物联网的应用物联网的应用(RFID)(RFID)有源RFIDRFID的典型应用应用人员人员/ /资产管理解决方案资产管理解决方案关键区域全覆盖应用案例伦敦国家艺术画廊应用案例伦敦国家艺术画廊应用案例A1国际汽车大奖赛应用案例Why Club应用案例应用案例新生儿位置追踪新生儿位置追踪有源有源RFID的典型应用的典型应用-小结小结l大多为一对多识读，不需要明确的出示动作，自动完成读

28、取l中、远距离识读l以监控和实时追踪应用为主RFIDRFID国际市场与国内市场应用国际市场与国内市场应用方向的差别方向的差别6-5 6-5 物联网（物联网（RFIDRFID）的课题）的课题l成本问题成本问题：比如RFID电子标签、读写器的成本虽然越来越低，但要比条形码和扫描器还是高得多，这在一定程度上阻碍了大规模的普及应用。l技术问题技术问题：特别是无线通信（比如RFID）易受环境的干扰和影响，对于新的领域的应用需要研发新技术新产品，进行大量的仿真测试和评价。l信息安全问题信息安全问题：网络数据安全直接影响物联网在敏感领域的应用。l标准问题标准问题：多种标准体系的共存导致产品和系统规格不兼容，

29、数据不匹配，系统构建成本加大。l产业链和人才问题产业链和人才问题：物联网是一项非常复杂的综合性系统性应用，没有完整的产业链，就很难大幅度降低成本和大规模推广应用。具有综合知识结构的研发人员、应用工程人员的缺少也是物联网产业的发展瓶颈。第一章第一章 习题习题l你身上携带的第二代身份证和交通一卡通采用的是什么通信技术？用的是什么频段的电磁波？没有电池它为什么能通信？下次乘车请试验一下交通一卡通的识别距离（范围）。l你的教科书后面贴有ISBN（国际统一书号）条形码，上网调查一下代码数字的含义。lRFID射频识别技术比起条形码有什么技术特点和优势？你认为条形码会很快被RFID电子标签取代吗？l为什么各

30、个国家对无线电频谱进行法律管制？我国的超高频段（UHF）频率范围是？l为什么技术标准很重要？为什么各国激烈争夺国际标准？RFID技术有哪两大国际标准化组织？请上网找出ISO/IEC 18000-6标准的原本。l有人说RFID系统就是物联网，你怎么认为？l登录中国物联网官方网站（http:/ :物联网的应用案例物联网的应用案例( (我国我国) )1 智慧城市智慧城市2 智慧校园智慧校园3 老年人用物联网信息终端老年人用物联网信息终端4 智能电网智能电网5 智能家居智能家居1.1 智慧城市几个基本应用几个基本应用1.2 智慧城市智智慧慧城市的全城市的全景图景图1.3 智慧城市系统架构2.1 智慧校园信息平台2.2 智慧校园未来校园2.3 智慧校园终端设备3.1 3.1 老年人用物联网老年人用物联网信息信息终端终端4.1 4.1 智能电网智能电网智能电网用智能电网用电电5.1 5.1 智能家居智能家居比尔比尔盖茨的家比尔比尔 盖茨的家盖茨的家 首富比尔.盖茨花1.13亿美元历时七年盖了一座豪宅 这算不了什么奇事，但这座豪宅号称是当今智能建筑的经典之作，就不能不引起世界的瞩目 基本数据：基本数据：l总的估价为总的估价为1.13亿美元；亿美元；l房间：房间：7间卧室，间卧室，24间浴室间浴室(包括包括10个