RFID与物联网应用

吴功宜吴英编著《物联网工程导论》第2章

RFID与物联网应用第

2章知识点结构2.1自动识别技术的发展背景数据采集与自动识别技术分类2.2条形码简介2.2.1.条形码的特点条形码是将宽度不等的多个黑条（或黑块）和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符常见的一维条形码是由黑条（简称条）和白条（简称空）排成的平行线图案条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期，以及图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到了广泛的应用2.2.2一维条形码的特点一维条形码只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息优点是编码规则简单，条形码识读器造价较低缺点是：数据容量较小，一般只能包含字母和数字；条形码尺寸相对较大，空间利用率较低，条形码一旦出现损坏将被拒读多数一维条码所能表示的字符集不过是10个数字、26个英文字母及一些特殊字符，条码字符集最大所能表示的字符个数也不过是128个ASCII符2.2.3二维条形码的特点二维条形码是在水平和垂直方向的二维空间存储信息优点：信息容量大、译码可靠性高、纠错能力强、制作成本低、保密与防伪性能好一维条形码与二维条形码火车票的比较2.3磁卡与IC卡的应用2.3.1磁卡的应用磁卡与磁卡读写器结构2.3.2IC卡的特点与应用IC卡也叫做智能卡，它是通过在集成电路芯片中写有数据来进行识别的2.4RFID基础知识2.4.1RFID标签的基本概念RFID是利用无线射频信号空间耦合的方式，实现无接触的标签信息自动传输与识别的技术RFID标签又称为“电子标签”或“射频标签”基本本工工作作原原理理1.RFID标签签结结构构2.理解解RFID基本本工工作作原原理理的的电电磁磁学学基基础础法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律实实验验3.RFID标签签工工作作原原理理（1）被被动动式式RFID标签签工工作作原原理理被动动式式RFID标签签也也叫叫做做““无无源源RFID标签签””无源源RFID标签签接接近近读读写写器器时时，，标标签签处处于于读读写写器器天天线线辐辐射射形形成成的的近近场场范范围围内内RFID标签天线线通过电电磁感应应产生感感应电流流，感应应电流驱驱动RFID芯片电路路芯片电路路通过RFID标签天线线将存储储在标签签中的标标识信息息发送给给读写器器，读写写器天线线再将接接收到的的标识信信息发送送给主机机无源标签签工作过过程就是是读写器器向标签签传递能能量，标标签向读读写器发发送标签签信息的的过程读写器与与标签之之间能够够双向通通信的距距离称为为“可读读范围””或“作作用范围围”（2）主动式式RFID标签工作作原理主动式RFID标签也叫叫做“有有源RFID标签”处于远场场的有源源RFID标签由内内部配置置的电池池供电从节约能能源、延延长标签签工作寿寿命的角角度，有有源RFID标签可以以不主动动发送信信息当有源标标签接收收到读写写器发送送的读写写指令时时，标签签才向读读写器发发送存储储的标识识信息有源标签签工作过过程就是是读写器器向标签签发送读读写指令令，标签签向读写写器发送送标识信信息的过过程（3）半主动动RFID标签半主动式式RFID标签继承承了无源源标签体体积小、、重量轻轻、价格格低、使使用寿命命长的优优点，内内置的电电池在没没有读写写器访问问的时候候，只为为芯片内内很少的的电路提提供电源源只有在读读写器访访问时，，内置电电池向RFID芯片供电电，以增增加标签签的读写写距离较较远，提提高通信信的可靠靠性半主动式式RFID标签一般般用在可可重复使使用的集集装箱和和物品的的跟踪上上标签的分分类1.按标签供供电方式式进行分分类RFID标签可以以分为：：无源RFID标签和有有源RFID标签2.按标签工工作模式式进行分分类主动式RFID标签—依靠自身身能量主主动向RFID读写器发发送数据据被动式RFID标签—从RFID读写器发发送的电电磁波中中获取能能量，激激活后才才能够向向RFID读写器发发送数据据半主动式式RFID标签——自身的能能量只提提供给RFID标签中的的电路使使用，并并不主动动向RFID读写器发发送数据据；当它接收收到RFID读写器发发送的电电磁波激激活之后后，才向向RFID读写器发发送数据据3.按标签读读写方式式进行分分类只读式RFID标签—只读标签签—一次性编编程只读读标签—可重复编编程只读读标签读写式RFID标签4.按标签工工作频率率进行分分类低频RFID标签中高频RFID标签超高频与与微波段段RFID标签ETC应用场景景5.按封装材材料进行行分类纸质封装装RFID标签塑料封装装RFID标签玻璃封装装RFID标签6.按标签封封装的形形状进行行分类粘贴在标标识物上上的薄膜膜型的自自粘贴式式标签用户携带带、类似似于信用用卡的卡卡式标签签封装成能能够固定定在车辆辆或集装装箱上的的柱型标标签封装在塑塑料扣中中，用于于动物耳耳标的扣扣式标签签封装成钥钥匙扣中中，用于于随身携携带的身身份标识识标签封装在玻玻璃管中中，用于于人或动动物的植植入式标标签2.5RFID应用系统统结构与与组成应用系统统结构标签封装装与编码码/打印设备备1.RFID标签封装装与编码码/打印设备备的基本本功能2.大型的仓仓库RFID标签编码码/打印设备备的应用用手工粘贴贴RFID标签工作作流程自动编码码、打印印、张贴贴RFID标签工作作流程标签读写写器1.RFID标签读写写器的基基本功能能各种类型型的RFID标签读写写器读写器的的主要功功能：读写器与与RFID标签之间间的通信信读写器与与计算机机之间的的通信能够实现现在有效效读写区区域内实实现对多多个RFID标签同时时读写的的能力能够对固固定或移移动RFID标签进行行识别与与读写能够校验验读写过过程中错错误信息息能够识别别有源RFID标签与电电池相关关的电量量信息2.读写器的的分类（1）移动式式读写器器移动式读读写器适适用于仓仓库盘点点、现场场货物清清查、图图书馆书书架清点点、动物物识别、、超市购购货付款款、医疗疗保健等等应用场场合手持便携携式读写写器一般般带有液液晶显示示屏，配配置有键键盘来进进行操作作和数据据输入，，可以通通过各种种有线或或无线接接口，与与高层计计算机实实现通信信移动式读读写器是是一种嵌嵌入式系系统，它它将天线线与读写写模块集集成在一一个手持持设备中中移动式读读写器一一般使用用在低频频、中高高频、超超高频段段是否是只只读式或或读/写式，以以及内存存的大小小需要根根据应用用的需求求确定（2）固定式式读写器器固定式读读写器一一般采取取将天线线与读写写器模块块分开设设计的方方法天线通过过电缆与与读写器器模块连连接。天天线可以以方便地地安装在在固定的的闸门式式门柱上上、门禁禁的门框框上、不不停车收收费通道道的顶端端、仓库库进出口口、生产产线传送送带旁固定式读读写器一一般使用用超高频频与微波波段，作作用距离离相对比比较远3.读写器器设计计中需需要注注意的的几个个问题题标签身身份识识别与与标签签数据据传输输解密密/解密问问题标签数数据传传输错错误问问题多标签签读取取过程程中的的“碰碰撞””问题题有源标标签电电源状状态管管理问问题标签与RFID应用系系统结结构2.6RFID标签编编码标标准编码标标准研研究的的必要要性在RFID应用系系统中中，要要使每每一件件物体体的信信息在在生产产加工工、市市场流流通、、客户户购买买与售售后服服务过过程中中，都都能够够被准准确地地记录录下来来，就就必须须形成成全球球统一一的、、标准准的、、唯一一能够够准确确标识识各国国、各各个企企业生生产的的各个个产品品的电电子编编码标标准RFID技术广广泛应应用的的基础础是：：RFID标签编编码的的标准准化与与RFID标签体系的的建立目前最有影影响的标准准主要有：：—EPCGlobalRFID标准—UIDRFID标准准—ISO/IECRFID标准准标准准美国国MITAuto-ID实验验室室EPC研究究的的核核心心思思想想是是：为每每一一个个产产品品分分配配一一个个唯唯一一的的电电子子标标识识符符—EPC码EPC码存存储储在在RFID标签签的的芯芯片片中中通过无线数据据传输技术，，RFID读写器可以通通过非接触的的方式自动采采集到EPC码连接在互联网网中的服务器器可以完成对对EPC码所涵盖内容容的解析EPC研究的内容与与体系EPC编码体系：EPC编码体系研究究的是产品电电子代码的全全球标准2004年6月EPCglobal公布了第一个个EPC标准目前正在研究究和推广第二二代（GEN2）EPC标准EPC射频识别系统统：EPC射频识别系统统研究包括EPC标签与EPC读写器EPC信息网络系统统：EPC信息网络系统统是由互联网网连接的多个个支持EPC应用的网络系系统与EPC基础设施组成成通过EPC中间件件软件件、对对象名名字服服务（（ONS）与EPC信息服服务（（EPCIS），实实现全全球的的“物物与物物”互互联对象名名字服服务（（ONS）也称称作““对象象名字字解析析服务务”编码体体系EPC编码体体系特特点：兼容容性/全面性性/科学性性EPC码由四四个数数字字字段组组成：版本号号：表示产产品编编码所所采用用的EPC版本域名管管理：标识生生产厂厂商对象分分类：标识产产品类类型序列号号：标识每