射频识别技术第二章

1、第二章第二章RFIDRFID系统组件原理系统组件原理2.1 阅读器阅读器一、阅读器的功能一、阅读器的功能1.以射频方式向标签传输能量以射频方式向标签传输能量2.从标签读出数据或向标签写入数据从标签读出数据或向标签写入数据3.完成对读取数据的信息处理并实现应用操作完成对读取数据的信息处理并实现应用操作4.若有需要，应能和应用软件系统处理交互信息若有需要，应能和应用软件系统处理交互信息5.多阅读器的自组网能力，多标签读写操作场景下多阅读器的自组网能力，多标签读写操作场景下的冲突处理功能的冲突处理功能6.多天线的管理、中间件接口、连接外部传感器节多天线的管理、中间件接口、连接外部传感器节点和控制电路

2、点和控制电路2.1 阅读器阅读器二、阅读器的分类二、阅读器的分类1.1.按照工作频率分类按照工作频率分类 低频、高频、超高频和特高频阅读器低频、高频、超高频和特高频阅读器 低频和高频阅读器通常工作在电感耦合方式，低频和高频阅读器通常工作在电感耦合方式，典型频率为典型频率为125kHz125kHz、135kHz135kHz、6.78MHz6.78MHz、13.56MHz13.56MHz和和27.125MHz27.125MHz。 超高频的典型工作频率为超高频的典型工作频率为433MHz433MHz、860MHz-960MHz860MHz-960MHz、2.45GHz2.45GHz和和5.8GHz5

3、.8GHz。2.1 阅读器阅读器2.2.按照外观结构分类按照外观结构分类 固定式阅读器固定式阅读器 便携式阅读器便携式阅读器 工业读写器工业读写器3.3.按照天线是否和阅读器分离分类按照天线是否和阅读器分离分类 分离式阅读器分离式阅读器 集成式阅读器集成式阅读器2.1 阅读器阅读器三、阅读器的操作规范三、阅读器的操作规范1. 1. 阅读器的部署位置阅读器的部署位置 让阅读器覆盖的识别区域尽可能大让阅读器覆盖的识别区域尽可能大 识别盲区尽可能小识别盲区尽可能小 多多阅读器时阅读器之间干扰要尽可能小阅读器时阅读器之间干扰要尽可能小2. 2. 阅读器在使用阅读器在使用过程过程中还要考虑环境因素中还要

4、考虑环境因素 移动移动性、温度、湿度、灰尘性、温度、湿度、灰尘2.1 阅读器阅读器 四、四、影响阅读器影响阅读器读写距离读写距离的关键因素的关键因素 阅读器天线和标签天线的耦合方式阅读器天线和标签天线的耦合方式 阅读器射频信号的输出功率阅读器射频信号的输出功率 射频射频载波信号的频率载波信号的频率 天线的方向天线的方向 操作操作环境环境 标签移动速度标签移动速度 标签天线的方向标签天线的方向2.1 阅读器阅读器五、选择阅读器时应考虑的因素五、选择阅读器时应考虑的因素 工作工作频率频率 防碰撞防碰撞性能性能 射频射频识别协议灵活性识别协议灵活性 国家（地区）无线电管理规范国家（地区）无线电管理规

5、范 网络网络通信协议通信协议 多天线的支持能力多天线的支持能力 中间中间件接口件接口 连接外部传感器节点和控制电路连接外部传感器节点和控制电路2.1 阅读器阅读器六、阅读器的组成六、阅读器的组成 阅读器可以分为阅读器可以分为信号处理与控制模块信号处理与控制模块和和射射频模块频模块两个模块；两个模块； 信号处理与控制模块又称为基带控制模块，信号处理与控制模块又称为基带控制模块，它包含有可以执行计算任务的它包含有可以执行计算任务的微处理器微处理器以以及对数字信号进行编码、解码工作的及对数字信号进行编码、解码工作的数字数字信号处理芯片；信号处理芯片； 射频模块又称为高频模块，模块内部有射频模块又称为

6、高频模块，模块内部有发发射器信号通道射器信号通道和和接收器信号通道。接收器信号通道。2.1 阅读器阅读器七、信号处理与控制模块七、信号处理与控制模块功能功能 与上位机进行通信并执行上位机的命令与上位机进行通信并执行上位机的命令 控制与射频标签的通信过程控制与射频标签的通信过程 信号的编码与解码信号的编码与解码 执行防碰撞算法执行防碰撞算法 对阅读器与标签之间的传送的数据进行加对阅读器与标签之间的传送的数据进行加密和解密密和解密 进行阅读器与标签之间的身份验证进行阅读器与标签之间的身份验证2.1 阅读器阅读器八、射频模块八、射频模块射频射频模块的构造与阅读器的工作原理有关，模块的构造与阅读器的工

7、作原理有关，最常见的两种射频模块是最常见的两种射频模块是电感耦合型射频模电感耦合型射频模块块和和反向散射耦合型射频模块。反向散射耦合型射频模块。2.1 阅读器阅读器（1）电感耦合型射频模块）电感耦合型射频模块2.1 阅读器阅读器2.1 阅读器阅读器（2）电磁反向散射耦合型射频模块）电磁反向散射耦合型射频模块2.1 阅读器阅读器（3 3）射频模块的功能）射频模块的功能 产生高频发送能量，激活标签并为其提供产生高频发送能量，激活标签并为其提供能量能量 对发送对发送信号进行调制，用于将数据传输给信号进行调制，用于将数据传输给标签标签 接收并解调来自射频标签的射频信号接收并解调来自射频标签的射频信号2

8、.2 射频标签射频标签一、标签的功能一、标签的功能 存储数据存储数据 非接触式读写非接触式读写 能量获取能量获取 安全安全加密加密 碰撞退让碰撞退让2.2 射频标签射频标签二、标签的分类二、标签的分类1、按照封装形式分类：、按照封装形式分类：卡片卡片型型标签、标签型标签、植入型标签和配件标签、标签型标签、植入型标签和配件型标签型标签2、按照能量来源分类：、按照能量来源分类：有源标签、无源标签、半无源标签有源标签、无源标签、半无源标签3、按照工作频率分类：、按照工作频率分类：低频标签、高频标签、超高频标签低频标签、高频标签、超高频标签4、按照读写能力分类：、按照读写能力分类：只读标签、读写标签只

9、读标签、读写标签2.2 射频标签射频标签三、标签的操作规范三、标签的操作规范工作工作频率、读取范围频率、读取范围、能量来源能量来源、存储容量存储容量、天线极化方向天线极化方向、尺寸和形式尺寸和形式、所附着的物体所附着的物体、移动需求移动需求、标签成本标签成本以及以及标签标签可靠性可靠性2.2 射频标签射频标签四、标签的组成四、标签的组成 射频标签由射频标签由天线天线和和芯片芯片两部分组成两部分组成 天线的尺寸决定了标签的大小天线的尺寸决定了标签的大小 天线的主要功能是收发信号，无源标签的天线的主要功能是收发信号，无源标签的天线还要负责为标签工作提供能量天线还要负责为标签工作提供能量 标签的芯片

10、是标签的核心部件标签的芯片是标签的核心部件 芯片的主要功能是对接收到的信号进行解芯片的主要功能是对接收到的信号进行解调、解码，对发送的信号进行编码和调制调、解码，对发送的信号进行编码和调制2.2 射频标签射频标签五、标签天线五、标签天线1、天线对系统性能的影响、天线对系统性能的影响标签天线标签天线尺寸越小尺寸越小，天线的辐射阻抗越小，天线的辐射阻抗越小，标签的标签的工作距离就越短工作距离就越短，工作效率就越低工作效率就越低。标签天线标签天线尺寸越大尺寸越大，标签从阅读器，标签从阅读器获得的能获得的能量就越多，量就越多，但标签自身的尺寸也就越大。但标签自身的尺寸也就越大。2.2 射频标签射频标签

11、2、标签天线的性能、标签天线的性能方向方向特性特性天线的极化方向天线的极化方向天线效率天线效率天线辐射出去的功率和输入到天线的有功功率之比天线辐射出去的功率和输入到天线的有功功率之比天线增益天线增益在在输入功率相等的情况下，实际天线与理想的辐射单输入功率相等的情况下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点所产生的信号的功率密度之比元在空间同一点所产生的信号的功率密度之比2.2 射频标签射频标签3、标签天线的基本形式、标签天线的基本形式线圈型天线线圈型天线 制造工艺简单、成本低，在制造工艺简单、成本低，在低频、高频近距离低频、高频近距离RFID系统中被广泛采用系统中被广泛采用微带贴微带贴片天线片天

12、线 体积小、重量轻、成本低，非常体积小、重量轻、成本低，非常适合于通信方适合于通信方向变化不大的应用场景向变化不大的应用场景偶极子天线偶极子天线 是是超高频标签超高频标签常用的一种天线形式常用的一种天线形式2.2 射频标签射频标签六、标签芯片六、标签芯片 标签芯片可以分成标签芯片可以分成模拟前端、控制部件模拟前端、控制部件和和存储部件存储部件三个部分。三个部分。 模拟前端又分为模拟前端又分为电感耦合的射频模拟前端电感耦合的射频模拟前端和和电磁反向散射耦合的射频模拟前端。电磁反向散射耦合的射频模拟前端。 模拟前端的主要功能是整流、稳压、信号模拟前端的主要功能是整流、稳压、信号传输以及为控制部件提

13、供时钟信号。传输以及为控制部件提供时钟信号。 控制控制部件的主要功能是编解码、检错、命部件的主要功能是编解码、检错、命令解析与控制、存储访问控制以及执行标令解析与控制、存储访问控制以及执行标签的防碰撞措施。签的防碰撞措施。2.2 射频标签射频标签七、标签的唤醒七、标签的唤醒 有源标签有源标签的工作能量主要来源于标签内的工作能量主要来源于标签内部的电池。因此，标签的使用寿命受到电池部的电池。因此，标签的使用寿命受到电池容量的限制。为了延长有源标签的使用寿命，容量的限制。为了延长有源标签的使用寿命，标签需要合理的唤醒机制。标签需要合理的唤醒机制。2.2 射频标签射频标签八、标签的制造八、标签的制造

14、 当前标签的制造工艺主要有当前标签的制造工艺主要有线圈绕制法线圈绕制法、化学蚀刻法化学蚀刻法以及以及印刷法印刷法三种三种 线圈绕制法主要应用在线圈绕制法主要应用在125kHz的低频标签的低频标签生产中生产中 化学蚀刻化学蚀刻法主要应用在法主要应用在13.56MHz的高频标的高频标签签生产中生产中 印刷法主要应用在印刷法主要应用在超高频无源标签超高频无源标签的生产的生产中中2.3 软件系统组成软件系统组成 RFID系统的软件组件包括应用软件、企系统的软件组件包括应用软件、企业应用接口、中间件和面向底层硬件的业应用接口、中间件和面向底层硬件的驱动接口，其中稳定可靠的中间件组件驱动接口，其中稳定可靠

15、的中间件组件对于提高企业应用开发人员的软件开发对于提高企业应用开发人员的软件开发效率具有显著的促进作用。效率具有显著的促进作用。2.3 软件系统组成软件系统组成 工作流程工作流程 串口通信串口通信（RS232）和）和网络通信（网络通信（TCP/IP）是阅读器与主机之间是阅读器与主机之间最常见的最常见的两种通信连接两种通信连接方式。方式。 串口通信串口通信是实现阅读器和主机间通信最简单是实现阅读器和主机间通信最简单的一种方式。的一种方式。 第一次第一次使用阅读器时需要在使用阅读器时需要在串口通信方式串口通信方式下下对阅读器进行初始参数的配置。对阅读器进行初始参数的配置。2.3 软件系统组成软件系

16、统组成 串口通信的配置步骤串口通信的配置步骤 打开阅读器电源开关，并将阅读器与天线接打开阅读器电源开关，并将阅读器与天线接好；好； 使用串口线连接阅读器与主机；使用串口线连接阅读器与主机； 启动主机上的串口控制程序；启动主机上的串口控制程序； 配置阅读器串行通信参数（波特率、奇偶校配置阅读器串行通信参数（波特率、奇偶校验、终止比特等）；验、终止比特等）； 使用用户名和密码登录阅读器。使用用户名和密码登录阅读器。2.3 软件系统组成软件系统组成 网络通信的配置过程网络通信的配置过程 开启阅读器的开启阅读器的DHCP功能，自动设置阅读器功能，自动设置阅读器网络参数；网络参数； 使用控制命令获得阅读器网络地址；使用控制命令获得阅读器网络地址； 使用用户名和密码登录阅读器。使用用户名和密码登录阅读器。 如果阅读器不支持如果阅读器不支持DHCP功功能则联系管理员能则联系管理员为阅读器配置网络参数，重启阅读器之后再为阅读器配置网络参数，重启阅读器之后再登录。登录。本章小结本章小结 阅读器阅读器 阅读器的阅读