智能网络组网技术 课件 项目6 自动识别技术及应用

项目六自动识别技术及应用

任务一自动识别技术的认知目录1.1物联网与射频识别技术

物联网的定义是，通过射频识别（RFID）、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议，把任何物体与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

1.1物联网与射频识别技术什么是射频识别

射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）是一种自动识别技术，它利用无线射频信号实现无接触信息传递，达到自动识别目标对象的目的。RFID技术无需人工干预，即可完成物品信息的采集和传输，被称为21世纪十大重要技术之一。1.1物联网与射频识别技术2、RFID与物联网的关系

RFID是实现物联网的关键技术。RFID技术与互联网、移动通讯等技术相结合，可以实现全球范围内物体的跟踪与信息的共享，从而给物体赋予智能，实现人与物体以及物体与物体的沟通和对话，最终构成联通万事万物的物联网。

RFID技术将物联网的触角伸到了物体之上。互联网时代，人与人之间的距离变小了；而继互联网之后的物联网时代，RFID技术将人与物、物与物之间的距离变小了1.2自动识别技术1.什么是自动识别

传统的信息采集是通过人工手段录入的，不仅劳动强度大，而且数据误码率高。以计算机和通信技术为基础的自动识别技术，可以对信息自动识别，使得人类得以对大量数据信息进行及时、准确的处理。

自动识别技术是物联网体系的重要组成部分，是构造全球物品信息实时共享的重要组成部分，是物联网的基石。

自动识别技术是一种高度自动化的信息或数据采集技术，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理。1.2自动识别技术2.自动识别技术的分类按照应用领域和具体特征，自动识别技术可以分为：

条码识别技术、磁卡识别技术IC卡识别技术、射频识别技术其中，条码是光识别技术、磁卡是磁识别技术、IC卡是电识别技术、射频识别是无线识别技术。

此外，还有生物识别技术、图像识别技术、光学字符识别技术和等。1.2自动识别技术（1）条码识别技术

条码是由一组条、空和数字符号组成，按一定编码规则排列，用以表示一定的字符、数字及符号等信息。

条码识别是对红外光或可见光进行识别，由扫描器发出的红外光或可见光照射条码标记，深色的“条”吸收光，浅色的“空”将光反射回扫描器，扫描器将光反射信号转换成电子脉冲，再由译码器将电子脉冲转换成数据，最后传至后台。1.2自动识别技术1.2自动识别技术（2）磁卡识别技术

磁卡最早出现在20世纪60年代，当时伦敦交通局将地铁票背面全涂上磁介质，用来储值。

磁条从本质意义上讲和计算机用的磁带或磁盘是一样的，它可以用来记载字母、字符及数字信息。磁条记录信息的方法是变化磁的极性（如S-N和N-S），一部解码器可以识读到磁性变换，并将它们转换回字母或数字的形式，以便由一部计算机来处理。1.2自动识别技术

磁卡的特点是数据可读写，即具有现场改变数据的能力。这个优点使得磁卡的应用领域十分广泛，如信用卡、银行ATM卡、电话磁卡和机票等。

磁卡数据存储的时间长短受磁性粒子极性耐久性的限制，另外磁卡存储数据的安全性一般较低。1.2自动识别技术（3）IC卡识别技术

IC卡，英文名称为IntegratedCircuit。IC卡是一种电子式数据自动识别卡。

按照是否带有微处理器，IC卡可分为存储卡和智能卡两种。存储卡仅包含存储芯片而无微处理器，一般的电话IC卡即属于此类。将带有内存和微处理器芯片的大规模集成电路嵌入到塑料基片中，就制成了智能卡，银行的IC卡通常是指智能卡，现在我国开始推广银行IC卡。1.2自动识别技术1.2自动识别技术（4）射频识别技术

射频识别技术是通过无线电波进行数据传递的自动识别技术。射频识别技术逐渐成为自动识别领域中最优秀和应用最广泛的技术之一，是目前最重要的自动识别技术。1.2自动识别技术RFID技术

RFID与传统的条码识别相比有很大优势，其优势如下。①RFID电子标签抗污损能力强。②RFID电子标签安全性高。③RFID电子标签容量大。④RFID可远距离同时识别多个电子标签。⑤RFID是物联网的基石。1.3RFID的历史与未来1.RFID技术的产生RFID的诞生源于战争的需要，二战期间，英国空军首先在飞机上使用RFID技术，是用来分辨敌方飞机和我方飞机。1.3RFID的历史与未来2RFID技术推广阶段20世纪60年代是RFID技术应用的初始期，一些公司引入RFID技术，开发电子监控设备来保护财产、防止偷盗。例如，1位的电子标签系统用于商场防盗。20世纪70年代是RFID技术应用的发展期，RFID技术成为人们研究的热门课题，出现了一系列RFID技术的研究成果。20世纪80年代是RFID技术应用的成熟期，挪威使用了RFID电子收费系统，美国铁路用RFID系统识别车辆，欧洲用RFID电子标签跟踪野生动物来对野生动物进行研究。20世纪90年代RFID技术首先在美国的公路自动收费系统得到了广泛应用。发达国家配置了大量的RFID电子收费系统，并将RFID用于安全和控制系统。1.3RFID的历史与未来2RFID技术推广阶段20世纪60年代是RFID技术应用的初始期，一些公司引入RFID技术，开发电子监控设备来保护财产、防止偷盗。例如，1位的电子标签系统用于商场防盗。20世纪70年代是RFID技术应用的发展期，RFID技术成为人们研究的热门课题，出现了一系列RFID技术的研究成果。20世纪80年代是RFID技术应用的成熟期，挪威使用了RFID电子收费系统，美国铁路用RFID系统识别车辆，欧洲用RFID电子标签跟踪野生动物来对野生动物进行研究。20世纪90年代RFID技术首先在美国的公路自动收费系统得到了广泛应用。发达国家配置了大量的RFID电子收费系统，并将RFID用于安全和控制系统。1.3RFID的历史与未来3.RFID技术的普及阶段

RFID技术在沃尔玛公司的应用。沃尔玛的100个主要供应商2005年应用RFID电子标签，在2006年将扩展到其他的供应商，同时将很快在欧洲实施，然后是剩下的其他海外区域。RFID技术在美国国防部的应用。美国国防部认为，RFID在集装箱联运跟踪和库存物资跟踪方面具有巨大的发展潜力。RFID的技术标准。目前国际上有多种RFID标准，其中ISO/IEC、EPCglobal和UID是三种主要RFID标准。1.3RFID的历史与未来4物联网RFID现状与未来

物联网RFID应用领域

（1）制造领域

（2）物流领域

（3）零售领域

（4）医疗领域

（5）身份识别领域

（6）军事领域

（7）防伪安全领域

（8）资产管理领域1.3RFID的历史与未来

（9）交通领域

（10）食品领域

（11）图书领域

（12）动物领域

（13）农业领域

（14）电力管理领域

（15）电子支付领域

（16）环境监测领域

（17）智能家居领域1.3RFID的历史与未来

（9）交通领域

（10）食品领域

（11）图书领域

（12）动物领域

（13）农业领域

（14）电力管理领域

（15）电子支付领域

（16）环境监测领域

（17）智能家居领域1.4RFID系统构成1.4.1RFID基本组成

1.RFID系统的构成

RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都是由电子标签、读写器和系统高层这三大部分组成。1.4RFID系统构成（1）电子标签

电子标签由芯片及天线组成，附在物体上标识目标对象，每个电子标签具有唯一的电子编码，存储着被识别物体的相关信息。

（2）读写器

读写器是利用射频技术读写电子标签信息的设备。

（3）系统高层

复杂的RFID系统会有多个读写器，这需要系统高层处理问题。系统高层是计算机网络系统，数据交换与管理由计算机网络完成。1.4RFID系统构成2.RFID系统的分类

（1）按照频率分类

低频系统、高频系统、微波系统。（2）

按照供电方式分类

无源供电系统、有源供电系统、半有源供电系统。（3）

按照耦合方式分类

电感耦合方式、电磁反向散射方式。1.4RFID系统构成（4）

按照技术方式分类

主动广播式、被动倍频式、被动反射调制式。（5）

按照保存信息方式分类

只读电子标签、一次写入只读电子标签、现场有线可改写式、现场无线可改写式。（6）

按照系统档次分类

低档系统、中档系统、高档系统。（7）

按照工作方式分类

全双工和半双工工作方式、时序工作方式。1.4RFID系统构成

1.4.2

电子标签

电子标签（Tag）又称为射频标签、应答器或射频卡。电子标签附着在待识别的物品上，每个电子标签具有唯一的电子编码，是射频识别系统真正的数据载体。

在RFID系统中，电子标签的价格远比读写器低，但电子标签的数量很大，应用场合多样，电子标签的组成、外形和特点也各不相同。

1.4RFID系统构成

1.电子标签的基本组成

一般情况下，电子标签由标签专用芯片和标签天线组成。芯片用来存储物品的数据，天线用来收发无线电波。

1.4RFID系统构成

2.电子标签的结构形式

电子标签的结构形式多种多样，有卡片型、环型、钮扣型、条型、盘型、钥匙扣型和手表型等。电子标签可能会是独立的标签形式，也可能会和诸如汽车点火钥匙集成在一起进行制造。1.4RFID系统构成

（1）

卡片型电子标签

我国第二代身份证

门禁卡（2）标签类电子标签

具有粘贴功能

钥匙扣型

1.4RFID系统构成

3.电子标签的工作特点

（1）低频电子标签的特点

低频频率使用自由；电波穿透力强；采用普通CMOS工艺，省电、廉价；有不同封装形式；磁场能产生相对均匀的读写区域。

存储数据量小；识别距离近；数据传输速率比较慢，天线价格相对较贵。1.4RFID系统构成

（2）高频电子标签的特点

存贮的数据量增大；用更高的传输速率传送信息；天线的制作更为简单；频段全球都免许可使用。

该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是会降低读取距离；识别距离近。1.4RFID系统构成

（3）微波电子标签的特点

电子标签与读写器的距离较远；有很高的数据传输速率；可以读取高速运动物体的数据；多个电子标签同时读取。

微波穿透力弱。1.4RFID系统构成

4.电子标签的技术参数

标签激活的能量要求；

标签信息的读写速度；

标签信息的传输速率；标签信息的容量；

标签的封装尺寸；标签的读写距离；

标签的可靠性；标签的工作频率；5.电子标签的封装

纸标签、塑料标签、玻璃标签。

1.4RFID系统构成

6.电子标签的发展趋势

体积更小；成本更低；作用距离更远；

无源可读写性能更加完善；适合高速移动物体的识别；

多标签同时读写功能；电磁场下自我保护功能更完善；

智能性更强；加密特性更完善；

带有其他附属功能的标签；具有杀死功能的标签；

新的生产工艺；带有传感器功能。1.4RFID系统构成1.4.3

读写器

读写器（ReaderandWriter）又称为阅读器（Reader），是读取和写入电子标签内存信息的设备。

读写器可以与计算机网络进行连接，计算机网络可以完成数据信息的存储、管理和控制。

读写器是一种数据采集设备，将前端电子标签所包含的信息，传递给后端的计算机网络。

1.4RFID系统构成

1.读写器的基本组成

读写器基本由射频模块、控制处理模块和天线三部分组成。读写器通过天线与电子标签进行无线通信，读写器可以看成一个特殊的收发信机；同时，读写器也是电子标签与计算机网络的连接通道。1.4RFID系统构成

2.读写器的结构形式

（1）根据读写器天线与读写器模块是否分离，读写器可以分为集成式读写器和分离式读写器。

（2）根据读写器外形和应用场合，读写器可以分为固定式读写器、OEM模块式读写器、手持式读写器、工业读写器和读卡器等。1.4RFID系统构成

3.读写器的工作特点

（1）电子标签与读写器之间的通信。

（2）读写器与计算机网络之间的通信。

（3）防碰撞识别能力。

（4）对电子标签能量的管理。

（5）读写器的适应性。

（6）应用软件的控制作用。1.4RFID系统构成4.读写器的技术参数

（1）工作频率

（2）输出功率

（3）输出接口

（4）读写器形式

（5）工作方式

（6）读写器优先与电子标签优先

1.4RFID系统构成5.读写器的发展趋势

（1）兼容性

（2）接口多样化

（3）

采用新技术

（4）模块化和标准化

1.4RFID系统构成1.4.4系统高层

对于某些简单的应用，一个读写器可以独立完成应用的需要。但对于多数应用来说，RFID系统是由许多读写器构成的信息系统，系统高层是必不可少的。

系统高层可以将许多读写器获取的数据有效地整合起来，完成查询、管理与数据交换等功能。

项目六自动识别技术及应用

任务二RFID的应用目录

物联网RFID在制造领域的应用11.1物联网RFID在物流领域的应用11.2物联网RFID在防伪领域的应用11.3物联网RFID在公共安全领域的应用11.4物联网RFID在铁路领域的应用11.5物联网RFID在民航领域的应用11.6

点击此处结束放映物联网RFID在制造领域的应用11.111.1.1物联网RFID在制造业的应用优势

制造业由于无法实时传输生产的统计数据，导致缺乏生产同步，管理部门无法对生产、仓储和物料供应等实施精确规划，造成生产线上经常出现诸如过量的制造、库存的浪费、等待加工时间及大量移动物料等问题。点击此处结束放映

物联网RFID技术能够实现产品数据的全自动采集和产品生产过程的全程跟踪，可以为大型制造企业的科学管理提供实时准确的产品数据。RFID采集实时产品数据，将对制造业的信息管理、质量控制、产品跟踪、资产管理以及仓储量可视化管理产生深远的影响。11.1.2物联网RFID在汽车制造领域的应用实例

德国的ZFFriedrichshafen公司是全球知名的车辆底盘和变速器供应商，在全球25个国家设有119家工厂，约有57

000名员工。ZFFriedrichshafe公司引进了一套RFID系统来追踪和引导八速变速器的生产。现在，ZFFriedrichshafe公司实现了生产全过程的中央透明管理，扩大了公司RFID的应用规模，提高了公司的经济效益。1.变速器标签

ZFFriedrichshafe公司在这个新项目之前采用的是条码识别产品。

针对这个RFID新项目，ZFFriedrichshafe公司专门设计了一个新的生产流程，设置了15个RFID标签读取点，通过获得标签存储的信息来控制生产的全部流程。2.标签在生产线上

ZFFriedrichshafe公司或者供应商采用手持或固定RFID读写器测试标签，并在标签里存储信息。然后，ZFFriedrichshafe公司或者供应商将采用读写器识别变速器外壳，再将变速器送往生产线上。在生产线上，ZFFriedrichshafe公司在3个生产阶段共识别外壳约15次，包括机械处理、变速器集装和检测等。3.

RFID变速器系统的优点

ZFFriedrichshafe公司称每年可生产100

000～200

000件变速器，这套系统的主要收益是稳定、低成本、变速器的唯一识别及生产能力控制。

点击此处结束放映物联网RFID在物流领域的应用11.211.2.1物联网RFID在物流业的应用优势

在物流领域，由于实际物体的移动过程处于运动和松散的状态，信息和方向常常随着实际的活动在空间和时间上发生变化，影响了信息的可获性和共享性。点击此处结束放映RFID技术可以实现商品的原料、半成品、成品、运输、仓储、配送、上架、销售和退货处理等所有环节的实时监控，不仅能极大地提高自动化程度，而且可以显著提高供应链的透明度和管理效率。物流领域被认为是RFID将来最大的应用领域。11.2.2物联网RFID在物品配送领域的应用实例

FANCL是日本最大的“添加”护肤及健康食品品牌，FANCL公司现在是东京证券交易主板的上市公司。

目前，FANCL公司引进了日本国内规模最大的RFID系统，大幅度提高了FANCL公司物流中心的业务效率。1.FANCL公司RFID系统的建设

由于业务发展的需要，FANCL公司开发了总面积为1

332

000

m2的关东物流中心。在建设这个新中心时，FANCL公司采用了RFID技术，投资了6亿日元。FANCL公司有先进的物料搬运设备，而最引人注目的，是多达14

000枚的RFID电子标签。2.

FANCL公司RFID系统的运行

关东物流中心将14

000枚RFID电子标签应用于检选周转箱中，实时控制了各个工序的传输流程。目前，该中心2

500个品种的出货量约为每天30万个，其中有近1

000个批次是保鲜产品。在约2

000个品种的直销商品中，总订购量为平均每天12

000～15

000件，最大每天处理可达3万件，全部用数字分拣系统进行处理。RFID系统的使用，可以消减物流的费用，并致力于环保。3.

FANCL公司RFID系统的优点

（1）减小差错。

（2）节省费用。

（3）安全环保。物联网RFID在防伪领域的应用11.311.3.1物联网RFID在票据防伪中的应用优势

在信息高速发展的时代，传统门票容易伪造和复制，加上人情放行、换人入馆等弊端时有发生，致使各大场馆门票的收入严重流失，难以对观众出入各大场馆的活动进行实时统计和实时管理。RFID防伪技术涉及票据防伪、商品防伪、证照防伪和包装防伪等各个方面。电子门票采用先进的RFID技术，可以有效地解决了各大场馆的票务管理和信息管理等传统问题，对提高馆会的综合管理水平和经济效益有着显著的作用。11.3.2物联网RFID在电子门票中的应用实例

2010年6月，世界杯足球赛在南非举行。2008年3月，南非世界杯足球赛亚洲选区的第三轮比赛（中国—澳大利亚）在中国昆明拓东体育场进行，鉴于以往大型国际比赛在国内多次出现票务问题，组委会为此次比赛制订了RFID电子门票解决方案。1.电子门票系统的组成

（1）制售门票子系统。（2）验票监控子系统。（3）展位观众子系统。（4）统计分析子系统。（5）系统维护子系统。（6）网上注册子系统。2.昆明足球赛制定的电子门票解决方案

世界杯昆明预选赛采用了电子门票。在整个检票过程中，总计发现了3

000多张假票，门票上的条码、激光和钢印等防伪手段均制造得相当精致，但最后还是被RFID读写器验出。图11.8昆明世界杯电子门票昆明世界杯电子门票的特点如下。

（1）采用RFID技术。

（2）质优价廉。

（3）检票速度提高。

（4）快速区分门票的人口。物联网RFID在公共安全领域的应用11.411.4.1物联网RFID公共安全中的应用优势

在现代社会中，公共安全问题无所不在，人员、物品和财富等都涉及公共安全，在科研、工业、博物馆、酒店、商场、医疗监护、银行和监狱等领域得到越来越广泛的应用。

目前，RFID技术已经渗透到电子门禁、食品安全和医疗管理等公共安全的各个方面，RFID技术将使各项管理工作更加高效、更加科学，将让人们的生活更便捷、更安全。RFID门禁系统没有物理障碍，利用RFID检测人员通过和运行的方向，具有对通道出入控制、保安防盗和报警等多种功能，既可以方便人员快速通行，同时又防止未授权人员的非法通行。11.4.2物联网RFID在公共安全领域的应用实例

联网型RFID门禁系统主要由多个客户终端、多个读写器、多个通道、交换机和服务器构成，是组网型的门禁系统。联网型门禁系统有多种形式的终端，各种终端之间通过交换机相互通信，并使用服务器进行管理。1.联网型门禁系统的拓扑图

2.门禁的设计

门禁是一种终端形式，使用后台管理系统在管理中心可以实时监控。SK-110型门禁采用低频远距离感应卡。持卡人员经过通道时，通道后靠近值班室的门会自动打开，RFID不报警；无卡的人员经过通道时，RFID报警，管理中心会立即收到报警信号，通过监控系统可进行即时查看。3.门禁系统无障碍快速通道（1）人员身份识别。（2）通道报警。（3）卡片禁止。（4）防尾随。（5）人工图像对比。物联网RFID在铁路领域的应用11.511.5.1物联网RFID在铁路业的应用优势

京津铁路沿途都是北京、天津的开发区或卫星城，客流非常大。为方便旅客快速进出站，为旅客提供更加便捷、高效、舒适的服务，提升旅客的忠诚度，按照铁路部门的部署，发行了京津城际列车RFID快通卡，可实现旅客直接刷卡乘车。1．支持城际铁路公交化的发展趋势

京津城际列车最小行车间隔为5分钟，旅客基本上可随到随走，已经实现公交化运营。2．支持一卡多用

京津城际铁路快通卡系统的建设目标是实现快通卡的一卡多用，多地使用，建设城际铁路电子支付平台示范工程，统一发卡，统一清算。11.5.2物联网RFID在城际铁路领域的应用实例

京津城际铁路快通卡系统以非接触RFID卡为支付手段，一方面方便市民快速乘坐城际轨道交通，促进窗口购票、自动售票机购票、商户网点购物等领域消费；另一方面该系统可实时准确计算和统计各铁路局的营运收付信息，保障各级管理单位的利益，提高工作效率和服务效率。1.京津城际铁路快通卡系统总体结构（1）开发并部署具备基本管理功能的快通卡系统软件，实现发卡、售卡、充值、换卡和退卡等业务。（2）在京津城际各站设立快通卡服务窗口，为旅客提供售卡、充值、换卡和退卡等客户服务。（3）改造京津城际各站自动检票系统。（4）完善客票系统，完成客运收入的数据统计。2.系统的业务流程

3.快通卡选型

符合ISO/IEC14443非接触式智能卡标准。4.自动检票系统改造

京津城际自动检票系统需要进行改造，实现快通卡刷卡检票与快通卡系统数据交换等功能。5.对刷卡检票非正常情况的处理6．系统实施效果

物联网RFID在民航领域的应用11.611.6.1物联网RFID在民航业的应用优势

RFID航空管理系统可以提高运营效率，降低运营成本，提升智能交通水平，实现各个环节的信息化管理，并可为顾客提供高效周到的服务。基于RFID技术的航空管理系统对促进现代交通运输业发展、推进交通运输信息化建设具有重要意义，正逐渐成为民航信息化建设的重点。（1）更优质的服务。（2）更优质的货物仓储管理。（3）运输过程管理和货物追踪。（4）节省管理成本和提高工作效率。（5）降低飞机意外风险。（6）货物和人员跟踪定位。（7）应付恐怖袭击和保安作用。（8）对机场工作人员进出授权。11.6.2物联网RFID在民航领域的应用实例

国际航空运输协会代表着240家航空公司，研究表明80家最繁忙的机场对全球80%的包裹丢失事件负有责任，并称这80家机场将采用RFID标签代替条形码标签。

实际上，为解决繁重的机场管理工作，美国拉斯维加斯McCarran国际机场、日本成田机场、荷兰阿姆斯特丹Schiphol机场和香港国际机场等已在行李运送、电子机票、机场导航、贵宾服务、旅客追踪、车辆追踪和安全保卫等多个环节采用了RFID技术，RFID已经成为航空快捷、高效、安全的保障。1.RFID标签代替包裹条码标签

国际航空运输协会估计每1

000位乘客就有20例包裹失踪或处理错误的情况，美国机场的包裹失踪率在