第2章标识技术

1、1Internet of things（IoT） 物联网来了物联网来了感知识别技术融合物理世界和信息世界，是物联网区别于其他网络最独特的部分。感知识别技术融合物理世界和信息世界，是物联网区别于其他网络最独特的部分。3第第2章章 标识标识技术技术标识技术标识技术概述概述2.1RFIDRFID的系统组成的系统组成2.2RFIDRFID的具体应用实例的具体应用实例2.3RFIDRFID技术应用面临的挑战技术应用面临的挑战2.42.1 标识技术概述 数据采集方式的发展过程主要经历了数据数据采集方式的发展过程主要经历了数据人工采集和数据自动采集二个阶段人工采集和数据自动采集二个阶段, 而数据自动而数据自

2、动采集在不同的历史阶段及针对不同的应用领域采集在不同的历史阶段及针对不同的应用领域可以使用不同的技术手段。可以使用不同的技术手段。 目前数据自动采集主要使用了条形码技术、目前数据自动采集主要使用了条形码技术、IC卡技术、射频识别技术卡技术、射频识别技术(RFID)、光符号识别、光符号识别技术、语音识别技术、生物计量识别技术、遥技术、语音识别技术、生物计量识别技术、遥感遥测、机器人智能感知等技术。感遥测、机器人智能感知等技术。5RFID1、射频识别、射频识别 射频识别是一项利用射频信号的空间耦合（交变磁场射频识别是一项利用射频信号的空间耦合（交变磁场和磁场）来实现无接触信息传递，并通过所传递的信

3、息和磁场）来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。达到识别目的的技术。6RFID 无线射频识别（无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）也称为射频识别，它是一种新兴的自动）也称为射频识别，它是一种新兴的自动识别技术。识别技术。 RFID是指利用电磁波的反射能量进行通信的是指利用电磁波的反射能量进行通信的一种技术。一种技术。 RFID可以归入短距离无线通信技术，与其他短距离无线通信技术可以归入短距离无线通信技术，与其他短距离无线通信技术如如WLAN、蓝牙、蓝牙和和红外相比最大的区别在于红外相比最大的区别在于RFID的被动工作模式，

4、即的被动工作模式，即利用反射能量进行通信。利用反射能量进行通信。（1）RFID的概念7RFID 射频识别（射频识别（RFID）技术采用大规模集成电路计算、电子识别、计算机）技术采用大规模集成电路计算、电子识别、计算机通信等技术，通过读写器和安装于载体上的通信等技术，通过读写器和安装于载体上的RFID标签，能够实现对载体的标签，能够实现对载体的非接触的识别和数据信息交换。非接触的识别和数据信息交换。条形码与条形码与RFID比较比较比较内容比较内容条条 码码RFID标签标签读取方式读取方式信息容量信息容量信息更改信息更改安全性能安全性能材料成本材料成本技术标准技术标准应用情况应用情况近距离、扫描光

5、源直接照射、近距离、扫描光源直接照射、逐条读取逐条读取一维码约一维码约50字节、二维码约字节、二维码约23000字节字节不能不能一维码较低、容易伪造；二维一维码较低、容易伪造；二维码保密防伪性能较高码保密防伪性能较高价格低廉、易损耗价格低廉、易损耗成熟、规范、统一成熟、规范、统一广泛应用广泛应用一定范围（大于一定范围（大于10m）、无线电）、无线电波、批最读取波、批最读取数兆宁节，容每大数兆宁节，容每大多次改写多次改写密码保护、不容易伪造：密码保护、不容易伪造：LHF标标签的形状接近磁条、较隐蔽签的形状接近磁条、较隐蔽较贵、耐用较贵、耐用无统一标准无统一标准国内近国内近40家企业已经应用，国家

6、企业已经应用，国外较多外较多9RFID（2）RFID技术的发展历史 RFID技术最早起源于雷达技术的发展及应用，其历史可追溯到技术最早起源于雷达技术的发展及应用，其历史可追溯到20世纪世纪初期。初期。 雷达发射无线电波并通过接收到的目标反射信号来测定和定位目标的位雷达发射无线电波并通过接收到的目标反射信号来测定和定位目标的位置及其速度，其物理机制是置及其速度，其物理机制是 RFID 技术的工作基础。技术的工作基础。 作为作为21世纪世纪10大重要技术之一，大重要技术之一，RFID在国外的应用已经越来越普及，在国外的应用已经越来越普及，新加坡、韩国等国家都明确指出要重点发展射频识别技术及扩大其应

7、用。新加坡、韩国等国家都明确指出要重点发展射频识别技术及扩大其应用。 中国是世界生产中心之一和最具潜力的消费市场，对中国是世界生产中心之一和最具潜力的消费市场，对RFID的应用需求的应用需求也将越来越强烈。也将越来越强烈。RFID 目前我国的射频识别技术以低频和高频应用为主，主要用于第目前我国的射频识别技术以低频和高频应用为主，主要用于第2代身代身份证和智能交通卡等项目。份证和智能交通卡等项目。 我国在超高频芯片的研发上比较薄弱，不过，政府非常重视超高频我国在超高频芯片的研发上比较薄弱，不过，政府非常重视超高频标准的制定和芯片的研发。标准的制定和芯片的研发。 中国国家无线电管理局正式颁布实施无

8、线电频率方面的规定，为中国国家无线电管理局正式颁布实施无线电频率方面的规定，为RFID 技术在我国的发展提供了法律保障。技术在我国的发展提供了法律保障。 目前目前RFID在我国的发展远远落后于美国及欧洲，国内企业的市场在我国的发展远远落后于美国及欧洲，国内企业的市场占有率很低，还有很大的提升空间。占有率很低，还有很大的提升空间。 我国己经开始尝试在一些领域应用我国己经开始尝试在一些领域应用RFID技术。技术。 比如佛山市政府安装了比如佛山市政府安装了RFID系统用于自动收取路桥费，明显地提高了车系统用于自动收取路桥费，明显地提高了车辆通过率，缓解了公路的拥堵瓶颈。辆通过率，缓解了公路的拥堵瓶颈

9、。 再比如邮政行业在进行物品传输方面的安全及整体数据模型的应用测试。再比如邮政行业在进行物品传输方面的安全及整体数据模型的应用测试。 在汽车行业、航空行业、石化、汽油、酒业、金融行业、零售行业、药品管理在汽车行业、航空行业、石化、汽油、酒业、金融行业、零售行业、药品管理、医院管理等方面进行应用示范。、医院管理等方面进行应用示范。12RFID（3）RFID技术的特点A、耐环境性、耐环境性B、可反复使用、可反复使用C、数据读写方便、数据读写方便D、安全性、安全性132.2 RFID的系统组成RFID系统由系统由RFID标签、阅读器、天线、数据传输及处理系统组成。标签、阅读器、天线、数据传输及处理系

10、统组成。2.2 RFID的系统组成RFID工作原理工作原理2.2 RFID的系统组成阅读器阅读器是是RFID系统最重要也是最复杂的一个组件。因其工作模式一般是主动系统最重要也是最复杂的一个组件。因其工作模式一般是主动向标签询问标识信息，所以有时又被称为询问器（向标签询问标识信息，所以有时又被称为询问器（Interrogator）。下图显示不）。下图显示不同类型的阅读器。阅读器可以通过标准网口、同类型的阅读器。阅读器可以通过标准网口、RS232串口或串口或USB接口同主机相连，接口同主机相连，通过天线同通过天线同RFID标签通信。有时为了方便，阅读器和天线以及智能终端设备会标签通信。有时为了方便

11、，阅读器和天线以及智能终端设备会集成在一起形成可移动的手持式阅读器。集成在一起形成可移动的手持式阅读器。2.2 RFID的系统组成天线天线同阅读器相连，用于在标签和阅读器之间传递射频信号。阅读器可同阅读器相连，用于在标签和阅读器之间传递射频信号。阅读器可以连接一个或多个天线，但每次使用时只能激活一个天线。以连接一个或多个天线，但每次使用时只能激活一个天线。RFID系统的工系统的工作频率从低频到微波，这使得天线与标签芯片之间的匹配问题变得很复杂。作频率从低频到微波，这使得天线与标签芯片之间的匹配问题变得很复杂。2.2 RFID的系统组成标签（标签（Tag）是由耦合元件、芯片及微型天线组成，每个标

12、签内部存是由耦合元件、芯片及微型天线组成，每个标签内部存有唯一的电子编码，附着在物体上，用来标识目标对象。标签进入有唯一的电子编码，附着在物体上，用来标识目标对象。标签进入RFID阅阅读器扫描场以后，接收到阅读器发出的射频信号，凭借感应电流获得的能读器扫描场以后，接收到阅读器发出的射频信号，凭借感应电流获得的能量发送出存储在芯片中的电子编码（被动式标签），或者主动发送某一频量发送出存储在芯片中的电子编码（被动式标签），或者主动发送某一频率的信号（主动式标签）。率的信号（主动式标签）。电可擦可编程只读存储器（电可擦可编程只读存储器（EEPROM）：一般射频识别系统主要采用EEPROM方式。这种方

13、式的缺点是写入过程中的功耗消耗很大，使用寿命一般为100,000次铁电随机存取存储器（铁电随机存取存储器（FRAM）: 与EEPROM相比，FRAM的写入功耗消耗减小100倍，写入时间甚至缩短1000倍。FRAM属于非易失类存储器。然而，FRAM由于生产方面的问题至今未获得广泛应用。静态随机存取存储器（静态随机存取存储器（SRAM）: SRAM能快速写入数据，适用于微波系统，但SRAM需要辅助电池不间断供电，才能保存数据。标签：存储方式被动式标签（被动式标签（Passive Tag）：因内部没有电源设备又被称为无源标签。被动式标签内部的集成电路通过接收由阅读器发出的电磁波进行驱动，向阅读器发送

14、数据。主动标签（主动标签（Active Tag）:因标签内部携带电源又被称为有源标签。电源设备和与其相关的电路决定了主动式标签要比被动式标签体积大、价格昂贵。但主动标签通信距离更远，可达上百米远。半主动标签半主动标签（Semi-active Tag）:这种标签兼有被动标签和主动标签的所有优点，内部携带电池，能够为标签内部计算提供电源。这种标签可以携带传感器，可用于检测环境参数，如温度、湿度、是否移动等。然而和主动式标签不同是它们的通信并不需要电池提供能量，而是像被动式标签一样通过阅读器发射的电磁波获取通信能量。标签分类RFID频率RFID频率频率是RFID系统的一个很重要的参数指标，它决定了工

15、作原理、通信距离、设备成本、天线形状和应用领域等因素。RFID典型的工作频率有125KHz、133KHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz、5.8GHz等。按照工作频率的不同，RFID系统集中在低频、高频和超高频三个区域RFID电路图2.2 RFID的系统组成2.3 RFID的具体应用实例2.3 RFID的具体应用实例RFID食品追踪系统结构示意图食品追踪系统结构示意图具体应用方法如下：具体应用方法如下： （1）在种植、养殖源头加入）在种植、养殖源头加入RFID标签，写入食品或原标签，写入食品或原材料的基本信息，如产地、出产日期、储存方法及

16、食用方材料的基本信息，如产地、出产日期、储存方法及食用方法等；法等；（2）从原产地出来的原材料到达食品加工企业，由企）从原产地出来的原材料到达食品加工企业，由企业写入加工、包装信息等；业写入加工、包装信息等；（3）检验、检疫信息、仓储入库信息等写入；）检验、检疫信息、仓储入库信息等写入； （4）出库分销到地方代理机构，直到超市、餐饮、快餐）出库分销到地方代理机构，直到超市、餐饮、快餐以及饭店，写入各层信息，以实现到跟踪链的最后环节；以及饭店，写入各层信息，以实现到跟踪链的最后环节； （5）食品到达餐桌。）食品到达餐桌。RFID食品追踪食品追踪 通过以上流程，可实现在整个供应链中对食品安全的全程

17、追踪。通过以上流程，可实现在整个供应链中对食品安全的全程追踪。 具体实施过程中利用具体实施过程中利用RFID食品标签有以下两种追踪方法。食品标签有以下两种追踪方法。 一种是从上往下进行跟踪，即从农场、食品原材料供应一种是从上往下进行跟踪，即从农场、食品原材料供应食品生食品生产、加工产、加工运输运输销售销售POS销售点，这种方法主要用于查找造成食销售点，这种方法主要用于查找造成食品安全质量问题的原因，确定产品的原产地和特征。品安全质量问题的原因，确定产品的原产地和特征。 另一种是从下往上进行追溯，也就是消费者在另一种是从下往上进行追溯，也就是消费者在POS销售点购买的食品发销售点购买的食品发现了安全质量问题，可以向上层层进行追溯，最终确定问题所在，这种方法现了安全质量问题，可以向上层层进行追溯，最终确定问题所在，这种方法主要用于涉及食品安全的问题产品召回。主要用于涉及食