RFID与EPC基础知识讲座

物联网知识系列教程RFID技术与EPC

基础知识讲座

物联网知识系列教程前言本教程从用户使用的角度，首先回顾了相关技术的基础知识，介绍了EPC、RFID的基本概念，重点讲解了RFID系统的工作原理及其应用。本教程适用范围：本公司的相关业务管理人员、射频标签营销人员以及新入职相关人员的培训。目录第一讲基础知识回顾第二讲条码基础知识第三讲RFID与EPC第四讲RFID技术第五讲RFID技术的应用第一讲

基础知识回顾在讲RFID及EPC之前，我们首先补充一些与此相关的基础知识：电路基础电磁波与天线无线电发射与接收电路基础五种基本电路元件电阻元件R：表示消耗电能的元件电感元件L：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件C：表示产生电场，储存电场能量的元件电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。电路基础常用的无源元件电阻电容电感电路基础欧姆定律u=RiR

:电阻，单位:

u:电压，单位：Vi:电流，单位：Aui0Rui+－电路基础电容器两极板上分别带上等量异号电荷，撤去电源，板上电荷仍可长久地集聚下去，是一种储存电能的部件。在外电源作用下，_q+q电路符号C＋－u+q-q单位

C称为电容器的电容,单位：F(法)(Farad，法拉),常用F，pF等表示。电路基础

把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感器，当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种储存磁能的部件。+-u(t)电感器电路符号+-u(t)iL单位L

称为电感器的自感系数,L的单位：H(亨)(Henry，亨利)，常用H，mH表示。电路基础LC振荡电路工作原理阻尼振荡----因等效电阻R的消耗而形成的减幅振荡。等幅振荡----利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程。这种等幅正弦波振荡的频率称为LC回路的固有频率，记为fo:

电磁波与天线电磁波的辐射导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如图1.1a所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，如图1.1b所示，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。必须指出，当导线的长度L远小于波长λ时，辐射很微弱；导线的长度L增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。图1.1a图1.1b电磁波与天线电磁波传播

随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。

电场电场电场电波传输方向磁场磁场电磁波与天线天线方向性发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图（图1.3.1a）。图1.3.1b与图1.3.1c给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.3.1b可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图1.3.1c可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。图1.3.1a立体方向图图1.3.1b垂直面方向图图1.3.1c水平面方向图电磁波与天线天线方向性增强若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈”，把信号进一步集中到在水平面方向上。下图是4个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图。立体方向图垂直面方向图电磁波与天线

面天线

----利用反射板可把辐射能控制到单侧方向。平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的水平面方向图说明了反射面的作用------反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。平面反射板扇形区覆盖（垂直阵列,带平面反射板）

全向阵（垂直阵列,不带平面反射板）电磁波与天线峰值方向（最大辐射方向）

-3dB点

-3dB点波瓣宽度方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。如下图所示,在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。

电磁波与天线天线的极化天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。下图示出了两种基本的单极化的情况：垂直极化---是最常用的；水平极化---也是要被用到的。这两种极化都称为线极化。垂直极化水平极化电磁波与天线园极化波

如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，就叫作椭圆极化波。旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，我们就叫它为圆极化波。依照旋转方向不同又分为：右旋圆极化波，左旋圆极化波。极化损失

当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时，在接收过程中通常都要产生极化损失，例如：当用圆极化天线接收任一线极化波，或用线极化天线接收任一圆极化波时，都要产生３分贝的极化损失，即只能接收到来波的一半能量。电磁波与天线天线的可逆性描述天线的主要参数和特性，如输入阻抗、方向性系数、辐射电阻、天线增益等,对用于发射的天线和用于接收的天线都适用，具有可逆性。无线电波的发射与接收发射端

接收端无线电波的发射无线电波的接收通信波段的划分（1）通信波段的划分（2）通信波段的划分（3）技术参数解释1.功率增益dB=10lg(Po/Pi)2.功率dBm=10lg(P/1mW)3.天线增益dBi(参考基准为全向性天线的增益)4.天线的输入阻抗Zin=天线输入端信号电压与电流之比5.电压驻波比VSWR=(1+Γ)/(1-Γ)6.天线的前后比dB

=10lg（主瓣最大辐射方向的功率密度/相反方向附近的最大功率密度）第一讲讨论题1.欧姆定律中的电压与电流关系？2.LC振荡回路的振荡频率与LC的关系？3.天线的极化波分主要为哪几种？4.无线电波的发射与接收基本原理？5.通信波段基本划分？第二讲条码基础知识概述

在射频识别技术（RFID）及产品电子码（EPC)出现之前，条码作为一种最常见的自动识别技术，在全世界得到广泛应用，实现了数据的正确采集，信息的及时交换，大幅减轻了员工的劳动强度，大大提高了顾客购物的自由度，大幅提高商家的管理水平的同时也获得了巨大的经济效益。由于“新员工培训教程”已对条码作了详实介绍，以下只简单介绍条码基础分类及用途。条码基础知识----一维条码一维条码常见形式非连续型条码25条码库德巴码39条码条码基础知识----一维条码1.编码方法条码是利用条纹和间隔或宽窄条纹（间隔）构成二进制的“0”和“1”，并以它们的组合来表示某个数字或字符，反映某种信息。条码基础知识----一维条码（1）宽度调节法按照这种编码方式，窄单元（条纹或间隔）表示逻辑值“0”，宽单元（条纹或间隔）表示逻辑值“1”。条码基础知识----一维条码（2）模块组合法按照这种编码方式，条与空是由标准宽度的模块组合而成。一个标准宽度的条模块表示“1”，一个标准宽度的空模块表示“0”。条码基础知识----二维条码2.二维条码通常分为以下二种类型：

（1）行排式二维条码，又称：堆积式二维条码或层排式二维条码条码基础知识----二维条码（2）矩阵式二维条码QR码

条码基础知识----应用及分类按应用领域，条码标签基本可分为如下几类：1.商品标签----用于商业POS系统，条码符号采用专用的EAN和UPC商业条码。在全球范围内唯一标识一种商品。2.物流标签----用于物流全过程，条码符号采用EAN/UCC-128条码。标签分为三个区段：承运商、客户、供应商。3.生产控制标签----用于生产过程控制，条码符号中包含原材料、半成品或成品的相关信息，如生产日期、批次、货号等。4.办公管理标签----用于办公自动化管理系统，如图书、资产、文件、档案上的条码标签。5.票证标签----带有条码的各种证卡，如机场登机牌、车票、船票、高速公路收费票及各种证件、出入证。第二讲讨论题1.条码是什么、如何组成？2.一维码和二维码的主要区别是什么？3.条码按照用途主要分为哪5种条码标签？第三讲RFID与EPCRFID与EPC商品条码日益深入到生活的各个角落，以商品条码为核心的EAN.UCC全球统一标识系统，已成为全球通用的商业语言。商品条码的编码体系是对每一种商品项目进行编码，随着市场的发展，为了更加方便、快速、准确跟踪单品，随着网络技术、信息技术发展，以及RFID(射频识别)技术的成熟，EPC系统适时诞生了。EPC编码标准与目前广泛应用的EAN.UCC编码标准兼容。RadioFrequencyIdentification(RFID)RFID技术包括:可发送无线信号的标签(tag),以及用于读取无线信号的称为读码器(Reader)设备.RFID技术是EPCglobalNetwork基本组成部分.ElectronicProductCode(EPC)EPC（产品电子码）是在供应链中对每件物品的唯一识别码.EPC存储于RFID标签(tag)中.当EPC码被从标签中读出时，可以代表一组动态数据。EPC是EPCglobalNetwork的重要部分.EPCglobalNetworkEPCglobalNetwork多种技术的组合系统，它可以针对整个供应链中的每件物品进行快速自动识别，使全球所有组织与企业通过随时掌握供应链中的每件物品的信息，高效运作.RFID与EPC

EPC系统是一个先进的、综合性的和复杂的系统。它由EPC编码体系、RFID系统及信息网络系统三个部分组成，主要包括六个方面：EPC编码、EPC标签、读写器、EPC中间件、对象名称解析服务（ONS）和EPC信息服务（EPCIS）。

第三讲讨论题1.EPC是什么意思？2.EPC与RFID有什么联系？3.EPC与条码最主要的区别是什么？4.EPC系统主要由哪三部分组成？5.EPC编码与EAN.UCC编码关系？第四讲RFID技术

RFID(无线射频识别)技术也被称为电子标签技术，它通过无线射频信号实现非接触方式下的双向通信，完成对目标对象的自动识别和数据的读写操作。RFID技术----定义RFID技术----系统结构中间件及应用软件数据协议处理器标签驱动(射频单元)应用系统读写器电子标签响应单元编码存储器解码物理接口(调制解调)读数据写数据命令查询写入读取应用程序接口(API)空中接口(AirInterface)芯片天线数据能量RFID技术----工作原理读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被启动。射频卡将自身编码等信息透过卡内天线发送出去。读写器接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和译码然后送到后台软件系统处理。后台软件系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行相应的动作。RFID技术----工作频率(1)RFID技术----工作频率(2)参数低频(LF)高频(HF)超高频(UHF)微波(uW)频率125，134KHz13.56MHz433MHz，860～960MHz2.45GHz，5.8GHz技术特点穿透及绕射能力强(能穿透水及绕射金属物质)；但速度慢、距离近性价比适中，适用于绝大多数环境；但抗冲突能力差速度快、作用距离远；但穿透能力弱(不能穿透水，被金属物质全反射)，且全球标准不统一一般为有源系统，作用距离远；但抗干扰力差作用距离<10cm1～80cm2～10m>10m主要应用门禁、防盗系统畜牧、宠物管理智能卡电子票务图书管理商品防伪仓储管理物流跟踪航空包裹自动控制道路收费RFID技术----系统示意图RFID技术----工作模式NS标签读写器读写器标签远距离电磁耦合近距离电感耦合电磁耦合与电感耦合的差别在于电磁耦合方式中阅读器将射频能量以电磁波的形式发送出去；在电感耦合方式中，阅读器将射频能量束缚在阅读器电感线圈的周围，通过交变闭合的线圈磁场，沟通阅读器线圈与射频标签线圈之间的射频通道，没有向空间辐射电磁能量。电磁耦合与电感耦合（1）电磁耦合：阅读器将射频能量以电磁波的形式发送出去；如915M的RFID标签。电感耦合：阅读器将射频能量束缚在阅读器电感线圈的周围，通过交变闭合的线圈磁场，沟通阅读器线圈与射频标签线圈之间的射频通道。如：125K和13.56M的

RFID标签。对于RFID系统而言，限于标签的尺寸，一般其天线结构都满足L/λ＜1或L/λ＜＜1，即可称为“电小天线”。因而其天线的无功近场（电感耦合区）与辐射远场（电磁耦合区）的基本分界可以λ/2π计算：无功近场（电感耦合区）＜λ/2π辐射远场（电磁耦合区）＞λ/2π电磁耦合与电感耦合（2）以HF电子标签13.56MHZ计算：

λ=c/f=22m，则λ/2π=3.5m即在3.5m的通信范围内，都处于电感耦合区域。以UHF电子标签915MHZ计算：

λ=c/f=33cm，则λ/2π=5cm即只要通信距离超过5cm，都处于电磁耦合区域。电磁耦合与电感耦合（3）RFID读写器主要分类依照外观形式可分为：1.手持式读写器2.一体式固定读写器3.分体式固定读写器依照读写形式可分为：1.只写式（发卡器）2.只读式（读卡器）3.读写式（阅读器）RFID读写器主要技术参数（例1）操作系统WindowsCE6.0存储系统ROM64/128MBytesNorFlashRAM:64/128MBytesDDRAM屏幕3.2寸240*320工业清晰度大屏，防冲击，触摸屏声音大喇叭，支持语音功能键盘三大功能键，全数字键盘，五个导航，5个快捷键接口USB2.0Device选配模块GPRS/wifi/蓝牙/GPS数采模块一维码扫描/二维码扫描HF模块(选配)读卡距离5~10cmUHF模块(选配)读卡距离1~2m电池3000mAH/3.7V聚合物锂电池工作温度-20~70℃存储温度-40~70℃湿度5%~95%RH非凝结状态防护等级IP65，防水、防尘、防撞击尺寸180*70*30mm重量300gRFID读写器主要技术参数（例2）工作频率860～960MHz电源9V通信接口RS232,RS485,TCP/IP,数字输入/输出兼容标签支持ISO18000-6B和ISO18000-6C标准输出功率0~30dBm（软件可调）读写距离读取：0～8m，写入：0～4m尺寸230*170*40mm（长×宽×高）重量1.5kg外壳材质铝工作温度-20℃～80℃存储温度-40℃～85℃湿度5～95%（相对）天线兼容性线性或圆极化天线天线连接4个凹形的TNC连接技术认证CE，FCC，CCCRFID天线主要技术参数（例3）频率范围(MHz) 902-928 极化方式 圆极化 增益(dBi) 8 半功率角(°) Hor:63Ver:56 前后比(dB) ≥20 阻抗(Ω) 50 电压驻波比 ≤1.4 功率(W) 10

接头 N-female

天线尺寸（mm）260×260×45 净重(kg) 1.2 最大抗风强度(m/s) 60 辐射材料 铝 天线罩材料 ABS

工作温度(°C)-40～70

RFID读写器的常用接口1.RS232串行接口2.RS485/422串行接口3.标准并行打印接口4.以太网接口5.蓝牙/WIFI接口6.USB接口RFID与其它系统的比较类别信息载体信息量读写性读取方式保密性智能化抗干扰寿命成本条码纸、塑料薄膜、金属表面小只读CCD或光束扫描差无差较短最低磁卡磁性物质一般读/写电磁转换一般无较差短低IC卡EEPROM大读/写电擦除、写入好有好长较高RFID卡EEPROM大读/写无线通信好有很好最长较低RFID的技术主要特点RFID不仅仅是改进的条码非接触式，中远距离工作大批量、由读写器快速自动读取信息量大、可以细分单品芯片存储，可多次读写RFID标签的分类按供电方式分：有源(Active)标签、无源(Passive)标签、半有源标签。按工作频率分：低频（LF）标签、高频（HF）标签、超高频（UHF）标签、微波（uW）标签。按通信方式分：主动式标签、被动式标签。按读写方式分：只读式标签、读写式标签。RFID标签存储器电子标签芯片内的存贮器通常分成四个存贮体，分别是：

存贮体0：Reserver保留内存，为电子标签存贮密码（口令）的部份。

存贮体1：EPC存储器，用于存贮电子标签的EPC号、PC（协议-控制字）以及这部份的CRC—16校验码。存贮体2：TID存储器，该存贮体是指电子标签的产品类识别号，每个生产厂商的TID号都会不同。用户可以在该区中存贮其自身产品分类数据及产品供应商的信息。存贮体3：User用户自定义存储器，用于存贮用户自定义的数据。用户可以对该存贮区进行该、写操作。

注：有些标签的存储器内部没有User区，如M3。RFID标签的发行使用电子标签供应商提供的标签为空白标签。用户首先取得授权，即申请获取“厂商识别代码”，具有电子标签的发行资格后，通过读写器将相关数据写入电子标签中（发行标签）。然后在标签的流通使用过程中，通过读取标签存贮器的相关信息，或将某状态