第一章 RFID技术

1、 教学目标教学目标l知道知道RFID技术发展技术发展l知道知道RFID技术的定义及特征技术的定义及特征l理解理解RFID技术的关键技术技术的关键技术l熟练掌握熟练掌握RFID应用案例应用案例重点：重点： RFID技术的概念技术的概念难点：难点： RFID的关键技术的关键技术1.射频识别系统的工作原理及基本概念射频识别系统的工作原理及基本概念RFID射频识别技术射频识别技术 （1）什么是射频识别技术？ RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它利用射频信号（一般指微波，即波长为0.1100厘米或频率在1100GHZ的电磁波）通过空间耦合实现非接触信息传递并通过所传递的信息实现识别目的的技术

2、。 识别过程无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，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。 1.射频识别系统的工作原理及基本概念射频识别系统的工作原理及基本概念RFID射频识别技术射频识别技术 （2）射频识别技术的特点 射频识别技术具有体积小、信息量大、寿命长、可读写、保密性好、抗恶劣环境、不受方向和位置影响、识读速度快、识读距离远、可识别高速运动物体、可重复使用等特点。RFID和条码的区别如下表: 1.射频识别系统的工作原理及基本概念射频识别系统的工作原理及基本概念RFID射频识别技术射频识别技术 （3）射频识别技术的应用现状 RFID技术应用于物流、制造、消费、军事、贸易、公共

3、信息服务等行业，可大幅提高应用行业的管理能力和运作效率，降低环节成本，拓展市场覆盖和盈利水平。同时，RFID本身也将成为一个新兴的高技术产业群，成为物联网产业的支柱性产业。 RFID发展潜力巨大，前景广阔。因此，研究RFID技术、应用RFID开发项目、发展RFID产业，对提升信息化整体水平、促进物联网产业高速的发展、提高人民生活质量、增强公共安全等方面有深远的意义。 RFID应用系统正在由单一识别向多功能方向发展，国家正在推行RFID示范性工程，推动RFID实现跨地区、跨行业应用。 2. 射频识别系统的构成及工作原理射频识别系统的构成及工作原理（1）定义：采用射频标签作为识别标志的应用系统称为

4、射频识别系统。（2）构成：基本的射频识别系统通常由射频标签、读写器和计算机通信网络三部分组成。如图所示。 RFID射频识别技术射频识别技术 2. 射频识别系统的构成及工作原理射频识别系统的构成及工作原理 RFID射频识别技术射频识别技术（3）射频识别系统的工作原理 电子标签进入天线磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签），或者主动发送某一频率的信号（有源标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。如图所示。 2. 射频识别系统的构成及工作原理射频识别系统的构成及工作原理RFID射频识别技术射频识别技术

5、（3）射频识别系统的工作原理 阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种 ： 电感耦合，变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。如下左图。 电磁反向散射耦合，雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。如下右图。 2. 射频识别系统的构成及工作原理射频识别系统的构成及工作原理RFID射频识别技术射频识别技术（3）射频识别系统的工作原理根据射频识别系统作用距离的远近情况，射频识别系统可分为三类 ：密耦合系统:标签一般是无源标签。作用距离范围从010cm。实际应用中，通常需要将电子标签插入阅读器中或将其放置到读写器的

6、天线的表面。适合安全性较高，作用距离无要求的应用系统，如电子门锁等。遥耦合系统:典型作用距离可以达到1m。又可细分为近耦合系统（典型作用距离为10cm）与疏耦合系统（典型作用距离为1m）两类。目前仍然是低成本射频识别系统的主流。远距离系统的典型作用距离从1m到10m，个别的系统具有更远的作用距离。是利用电子标签与读写器天线辐射远场区之间的电磁耦合构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。 2. 射频识别系统的构成及工作原理射频识别系统的构成及工作原理RFID射频识别技术射频识别技术（4）能量传送 由于RFID 卡卡内无电源，供芯片运行所需要的全部能量必须要由阅读器传送。阅读器和RFID 卡之间能

7、量的传递原理如图所示。如果一个RFID卡被放到阅读器天线附近，阅读器天线的磁场的一部分就会穿过卡的线圈，在卡的线圈里感生电压Ui。这个电压被整流后就用来对芯片供电。由于阅读器天线与卡线圈的耦合非常弱，因此要使天线线圈里的电流量增大，通过给线圈LT并联一个电容CT来实现。 2. 射频识别系统的构成及工作原理射频识别系统的构成及工作原理RFID射频识别技术射频识别技术（5）数据传送 数据的传送如图所示，包含编码、调制、解码等过程。其具体的内容将在后续课程中进行学习。 3.射频识别标签射频识别标签RFID射频识别技术射频识别技术 射频标签（RFID TAG）是安装在被识别对象上，存储被识别对象相关信

8、息的电子装置，常称为电子标签，如图所示。它是射频识别系统的数据载体，是射频识别系统的核心。像公交卡、银行卡和二代身份证等都属于电子射频标签。 3.射频识别标签射频识别标签RFID射频识别技术射频识别技术射频识别标签的分类按标签的工作方式分类l主动式标签：用自身的射频能量主动地发射数据给读写器的标签。主动标签含有电源。l被动式标签：由读写器发出查询信号触发后进入通信状态的标签。被动标签可有源也可无源。按标签的读写方式分类l只读型标签：只能读出不能写入的标签。l读写型标签：标签内容既可被读写器读出，又可由读写器写入。按标签有无能源分类l无源标签：标签中不含电池的标签。工作能量来自阅读器射频能量l有

9、源标签：标签中含有电池的标签。不需利用阅读器的射频能量。l半有源标签：阅读器的射频能量起到唤醒标签转入工作状态的作用。3.射频识别标签射频识别标签RFID射频识别技术射频识别技术射频识别标签的分类按标签的工作频率分类l低频标签：500KHz以下 l中高频标签： 3M-30MHz l特高频标签：300M-3000MHz l超高频标签：3GHz以上按标签的工作距离分类l远程标签：工作距离1m以上 l近程标签：10cm100cml超近程标签：0.2cm10cm3.射频识别标签射频识别标签RFID射频识别技术射频识别技术射频识别标签的构成 射频识别标签一般由天线、调制器、编码发生器、时钟及存储器构成。

10、如图所示。 3.射频识别标签射频识别标签RFID射频识别技术射频识别技术射频识别标签的功能l具有一定容量的存储器，用于存储被识别对象的信息。l在一定工作环境下及技术条件下标签数据能被读出或写入。l维持对识别对象的识别及相关信息的完整。l数据信息编码后，工作时可传输给读写器。l可编程，且一旦编程后，永久性数据不能再修改。l具有确定的期限，使用期限内无须维修。 3.射频识别标签射频识别标签RFID射频识别技术射频识别技术 射频识别工作频率4.射频读写器（射频读写器（Reader and Writer) RFID射频识别技术射频识别技术 具有读取与写入标签内存信息的设备成为读写器 RFID读写器实物

11、 4.射频读写器（射频读写器（Reader and Writer) RFID射频识别技术射频识别技术射频读写器的构成天线:天线是发射和接收射频载波的设备。射频模块:用于发射和接收射频载波 控制与处理模块:包括实现发送到射频标签命令的编码，回波信号的解码。差错控制，读写命令流程策略控制。命令缓存，数据缓存，与后端应用程序之间的接口协议实现，I/O控制等。 I/O接口模块:实现读写设备与外部传感器、控制器以及应用系统主机之间的输入与输出通信。RS232串行接口、以太网接口、 USB接口、并行打印接口等 4.射频读写器（射频读写器（Reader and Writer) RFID射频识别技术射频识别技

12、术读写器的分类按通信方式分为读写器优先和标签优先两类。按传送方向分为全双工（FDX）和半双工（HDX）。按应用模式分为固定式、便携式、一体式和模块式。 读写器的选择根据功能多寡的选择。根据频率频段的选择。根据应用环境的选择。 根据电子标签协议选择。5. 通信协议通信协议RFID射频识别技术射频识别技术通信协议相关的问题包括：时序系统问题通信握手问题数据帧问题数据编码问题数据的完整性问题多标签读写防冲突问题干扰与抗干扰问题识读率与误码率的问题数据的加密与安全性问题读写器与应用系统之间的接口问题等相关的内容将在后续课程中继续学习。RFID应用案例应用案例RFID射频识别技术射频识别技术（1）在交通

13、信息化方面的应用 在智能交通领域的电子不停车收费系统；铁路车号车次识别系统；智能停车场管理系统；公交“一卡通”的应用；地铁/轻轨收费系统。如下图为智能车库，由RFID、车辆检测器、摄像机、控制计算机软硬件系统组成。 RFID应用案例应用案例RFID射频识别技术射频识别技术（2）在工业自动化方面的应用 产品质量追踪系统、设备状态监控。如图为汽车发动机质量追踪系统工作原理示意图。生产线上安装RFID阅读器，发动机托盘上安装RFID卡，发动机上线即写入汽车发动机条码信息，每个岗位可根据读取的条码信息将对应的加工数据通过以太网传输到服务器，从而实现对汽车发动机生产过程的质量监控。 RFID应用案例应用

14、案例RFID射频识别技术射频识别技术（3）在物资与供应链管理中的应用 航空、邮政包裹的识别；集装箱自动识别系统；智能托盘系统；在仓储管理中的应用。如图所示，在包裹上贴RFID标签，通过手持式的阅读器读取，即可在计算机上取得标签信息，再通过计算机网络查询资料中心数据库取得包裹的所有信息，从而实现对包裹的跟踪、管理。 RFID应用案例应用案例RFID射频识别技术射频识别技术（4）在食品、药品安全及追溯方面的应用如图所示，在养殖场将每头猪戴上电子耳环，记载其相关信息，并将相关信息采集到计算机上，在屠宰场轨道挂钩上安装电子标签，记录屠宰信息，在分割加工场安分割标签记录相关信息，所有的信息在分销零售计算

15、机上均可查询。系统主要采用RFID技术、计算机网络技术、数据库技术以及相关的信息查询管理系统。RFID应用案例应用案例RFID射频识别技术射频识别技术风景区门票管理系统；大型会展中心门票管理系统。如图所示为某风景区的门票管理服务系统，系统的组成主要由售票系统（门口售票、网络售票、自动售票、订票）、查询系统、检票系统等部分组成。感知层主要应用RFID技术实现检票功能；传输层采用局域网、因特网通信技术；应用层主要为基于数据库、网络技术开发的管理系统。 （5）在门票管理系统的应用RFID应用案例应用案例RFID射频识别技术射频识别技术（6）在图书资料管理中的应用如图所示，图书馆采用了无线感应门、RFID书签、计算机软硬件技术等物联网技术，实现了自动借还书以及图书的盘点、寻找、顺架等管理。RFID应用案例应用案例RFID射频识别技术射频识别技术（7）在门禁、考勤管理中的应用如图所示，门禁系统采用RFID、计算机软硬件技术、数据库技术等物联网技术，实现了门禁管理。RFID应用案例应用案例RFID射频识别技术射频识别技术（8）在动物以及人员的追踪管理的应用如图所示，新生儿管理系统采用RFID技术、传感器技术、计算机网