《无线接入技术》课件-初识RFID技术

初识RFID技术01RFID概念和技术指标什么是射频识别?生活中哪里见到射频识别技术了？目前发展状况？一、什么是射频识别射频识别简称RFID，RFID是一种自动识别技术，利用无线电波进行识别的。Radio

Frequency

Identification二、日常生活中见到的射频识别技术物联网体系结构中国RFID的区域结构以北京为代表的环渤海湾

以上海为代表的长三角

以广东/香港为代表的粤港地区

上海地区以前端(芯片)为龙头

深圳企业以中后端(绑定与封装)和应用为先导北京以系统集成为代表。

从市场分布数据为例来看，华南、华北、华东是目前我国RFID市场相对成熟的区域。中国RFID在主要领域的应用分析RFID技术的发展阶段1940~1950雷达的应用催生了RFID技术，奠定了理论，处于实验室实验阶段1950~1960理论发展，开始一些应用尝试1960~1970技术和产品大发展时期，1970~1980出现最早的RFID应用，进入商业阶段1980~1990技术标准化受到重视，产品广泛应用1990~2000产品标准化统一，产品更丰富2000至今电子标签得到发展，中间件系统层出不穷，成本降低四、RFID技术特点通过电磁耦合方式实现的非接触自动识别技术。利用无线电频率资源，必须遵守使用规范。存放的识别信息时数字化的，通过编码技术可以实现多用应用。可以对多应答器、阅读器进行组网，扩大范围。设计计算机、无线数字通信、集成电路、等学科，是一个新兴的融合多种技术的领域。

1）快速扫描，识读距离远、可识别高速运动物体

2）体积小、形式多样化3）抗污染能力和耐久性，寿命长，抗恶劣环境4）可重复使用，可读写5）穿透性和无屏障阅读，不受方向和位置影响6）信息量大

7）安全性，保密性好

指阅读器发送无线信号时，所使用的频率。五、RFID的工作频率RFID的工作频率划分01k1M1Gf(Hz)30k300k3M30M300M3G30G125k13.56M常用：433M866～960M5.8GLFHFUHFSHF低频高频特高频超高频微波300M~300G工作频率不同会有什么影响不同工作频率工作方式工作距离读写情况超高频特高频高频低频反向散射耦合方式电感耦合方式距离远距离近穿透力弱穿透力强常用应用RFID系统按照频率分类六、射频识别的工作原理电子标签接收信息，激活并发送正确信息读写器通过天线发送和接收信息读写器数据送入计算机系统进行处理1、工作原理

电子标签进入天线磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签），或者主动发送某一频率的信号（有源标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。RFID系统中，识别信息存放在电子数据载体中，电子数据载体称为应答器。应答器中存放的识别信息由阅读器读出。阅读器不仅可以读出存放的信息，而且可以对其进行写入，读写过程是通过双方之间的无线通信来实现的。根据射频耦合方式的不同：电感耦合方式（磁耦合）反向散射耦合方式（电磁场耦合）2、射频识别的两种工作方式电感耦合方式（磁耦合）通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。工作频率：13.56MHZ；工作距离：1m应答器：几乎是无源的，能量（电源）从阅读器获得反向散射耦合方式反向散射当电磁波遇到空间目标物体时，其能量的一部分被目标吸收，另一部分以不同的强度被散射到各个方向。在散射的能量中，一小部分反射回了发射天线，并被该天线接收，对接收的信号进行放大和处理，即可获得目标的有关信息。

发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。工作频率：特高频、超高频工作距离：大于1m应答器：完全无源会有困难，可用有源的，应答器平常处于低功耗，当获得射频功率会激活，进入工作状态。02RFID系统架构应答器（标签）

阅读器（读写器）

天线

计算机系统应用系统应答器、天线、阅读器、计算机系统、网络基本系统

应答器、天线、阅读器、计算机系统最小系统

应答器天线阅读器二、RFID的应用系统构架应答器、阅读器、天线、高层（中间件和应用软件）1、最简单的应用系统只有单个阅读器，它一次对一个应答器进行操作，如公交汽车上的票务操作。1：1例如：门禁系统、校园一卡通、公交系统（特点：要求一个一个刷卡）1：N2、较复杂的应用需要一个阅读器可同时对多个应答器进行操作，即要具有防碰撞（亦称防冲突）的能力。例如：图书馆借书还书系统、仓库管理（特点：一次就要识别好几个）3、更复杂的应用系统要解决阅读器的高层处理问题，包括多阅读器的网络连接。M：N例如：人员定位（特点：多个阅读器同时扫描的多个标签）三、RFID系统的硬件介绍硬件（标签、读写器、天线、计算机）软件（中间件、应用软件）1、应答器（射频卡或标签）

射频标签（RFIDTAG）：存储被识别对象相关信息的电子装置，也称为电子标签。作用：它是RFID系统的数据载体，是安装在被识别对象上，是RFID系统的核心。

1）外形白卡-ID1卡不干胶标签图书标签感应手环滴胶卡钥匙扣捆扎标签洗衣标签衣服销售管理标签耳标金属标签-货架螺纹电子标签模具标签工具管理标签混凝土标签定位标签安装到墙安装到房顶定位标签禽类管理标签植入式标签巡更标签2）标签内部结构线圈（天线）芯片封装钥匙扣内部结构天线芯片封装芯片保存唯一电子编码和用户数据天线接收和发送信息指令封装保护结论：所有的标签不论外部的封装是什么样，内部都是由天线+芯片组成。标签内部天线芯片外部封装3）标签内部功能模块组成射频识别标签一般由天线、调制器、编码发生器、时钟及存储器模块构成。天线发送信号接收信号芯片对信号进行调制解调、编码解码等处理天线：接收信号（电磁波）、发送信号（电磁波）芯片：

①存储器-存储标签编号（唯一）、用户信息。②时钟-解决信号同步，可作为控制器、存储器、编解码器所需的时钟信号。③解调解码-对接收到的信息进行解调和解码，送给控制器。④控制器-根据解码的内容执行命令；或者将存储器的标签编号或用户信息发给编码器。⑤编码器-将标签编号或用户信息送给负载调制。⑥负载调制-将编码后的信息进行调制，再发出去。⑦电源电路-为芯片提供工作电压。4）应答器的主要性能参数工作频率读/写能力编码调制方式数据传输速率信息数据存储容量工作距离多应答器识读能力（亦称防碰撞或防冲突能力）安全性能（密钥、认证）等。工作距离、工作频率、信息数据存储容量、标准电量工作距离工作频率信息数据存储容量、工作频率、传输速率、工作距离、擦写次数工作频率、读写能力、安全性能5）RFID标签的分类按标签的工作方式分类主动式标签：用自身的射频能量主动地发射数据给读写器的标签。主动标签含有电源。被动式标签：由读写器发出查询信号触发后进入通信状态的标签。被动标签可有源也可无源。按标签有无电源分类无源标签有源标签半有源标签无源标签：标签中不含电池的标签。工作能量来自阅读器射频能量按标签的读写方式分类只读型标签：只能读出不能写入的标签。读写型标签：标签内容既可被读写器读出，又可由读写器写入注意：看外形判断不出是只读还是读写有源标签：标签中含有电池的标签。不需利用阅读器的射频能量。半有源标签：阅读器的射频能量起到唤醒标签转入工作状态的作用按标签的工作频率分类低频标签：500KHz以下中高频标签：3M-30MHz特高频标签：300M-3000MHz超高频标签：3GHz以上按标签的工作距离分类远程标签：工作距离1m以上近程标签：10cm—100cm超近程标签：0.2cm—10cm三、RFID系统的硬件介绍硬件（标签、读写器、天线、计算机）软件（中间件、应用软件）2、阅读器（读写器或基站）

阅读器：读取和写入标签内存信息的设备，也称为读写器。

作用：识别标签信息、读取标签数据、给标签写入数据，将数据上传给计算机。1）外形手持式读写器3690手持式PAD读写器21001800一体式读写器通道门读写器全向读写器多通道读写器微型迷你读写器微型迷你RFID读写器,专为电子钱包充值、查询、消费、身份认证。13.56Mhz2）阅读器内部天线控制器（MCU）射频接口天线射频接口射频模块控制器（MCU）

阅读器内部由天线+射频接口模块+控制器组成。

天线：发送信号，接收信号。

射频接口模块：发射能量，激活电子标签。调制解调信号。

控制器：与计算之间通信，编码解码，加密解密，执行防碰撞算法，验证数据等。3）阅读器的功能模块组成天线发送电磁波接收电磁波射频接口模块

激活标签、调制解调

控制模块处理数据、和高层通信天线：是发射和接收射频载波的设备。射频接口模块：①振荡器-产生符合RFID系统要求的射频振荡信号。②时钟电路-产生控制器所需的时钟信号。③载波形成-形成阅读器工作的载波信号。④发送通道-发送通道包括调制和功率放大器，用于向应答器传送命令和写数据。⑤接收通道-接收通道包括解调，用于接收应答器返回的应答信息和数据。控制器MCU：收发数据和处理。发送命令。

与计算机系统进行通信任务。实现读写设备与外部传感器、控制器以及应用系统主机之间的输入与输出通信。RS232串行接口、以太网接口、USB接口、并行。4）阅读器性能参数工作频率工作距离协议标准通信接口读写器的分类①按通信方式分:读写器优先、标签优先②按传送方向分:全双工（FDX）、半双工（HDX）③按应用模式分：固定式、便携式、一体式和模块式④按接口形式分：

并口、串口、USB口、以太网口USB接口RS232串口

⑤按照工作频率划分：

低频、高频、超高频、双频读写器读写器的选择①根据功能多寡的选择。②根据频率频段的选择。③根据应用环境的选择。④根据电子标签协议选择。3、天线

天线：标签与读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通信连接的设备。作用：获得能量、确定通信信道和方式。1）外形线圈天线近距离读写器一般读写模块与天线是集成在一起的平板天线

①按工作频率分：远距离读写器一般读写模块与天线是分离的分离式读写器一般读写模块与天线是分离的，只不过天线不止一个，要组成天线阵

①按工作频率分：

短波、超短波、微波②按方向分：

全向、定向③按工艺分：

线圈、微带贴片、偶极子2）分类结论：阅读器和应答器都需要安装天线。电感耦合方式一般采用线圈天线。反向散射耦合方式采用平板天线。

标签和读写器都需要安装天线天线标签天线读写器天线工艺简单技术成熟近距离LF\HF标签LF\HF读写器方向定向工艺复杂成本较高UHF读写器辐射能力强工艺简单成本低全向UHF标签线圈天线微带贴片天线偶极子天线125KHz、13.56MHz900MHZ、2.4GHz四、中间件硬件（标签、读写器、天线、计算机）软件-高层（中间件、应用软件）中间件应用系统数据集成应用系统数据集成中间件应用系统数据集成中间件非常重要，不可或缺中间件中间件：是一类软件，是介于RFID阅读器和应用程序之间的独立软件。作用：加工处理来自所有读写器的所有数据，是连接读写器和应用程序的纽带。为应用软件提供运行和开发的环境。操作系统应用软件中间件1）RFID中间件的组成读写器适配器：负责前端和相关硬件的链接。事件管理器：过滤事件。应用程序接口：提供一个基于标准的服务接口。阅读器链接数据过滤API标准接口和服务2）中间件的功能阅读器协同控制进程管理数据过滤处理数据路由与集成RFID中间件数据库应用软件3）中间件的特征降低开发难度、降低开发费用、提高开发质量、缩短开发周期基于标准读写器与中间件之间的读写器协议和管理接口RFID事件过滤和采集接口应用程序和信息补获接口独立架构中间件独立于读写器和应用程序之间能够与多个读写器、多个应用程序连接数据流处理数据搜集、过滤、整合和传递，将正确的信息传到应用程序。3）中间件的选择

选用成熟的产品，不用定制的。

选择有实力的、品牌供应商。

国外中间件产品IBMSAP甲骨文微软SUNBEA国内中间件产品清华同方深圳立格远望谷应用软件

应用软件：面向应用的用户的软件作用：提供查询、历史档案等相关管理和服务。

03RFID系统的标准编码统一空中接口规范标签和读写器性能一直性标准数据库数据交换协议1、RFID标准主要目的目的：在于通过制定、发布和实施标准，解决编码、通信、空中接口和数据共享等问题，最大程度的促进RFID技术及相关系统的应用。RFID产品间的互通性编码统一空中接口规范标签和读写器性能一直性标准数据库数据交换协议数据内容标准技术标准应用标准性能标准2、RFID标准分类技术标准定义接口和通信技术如：定义860~960MH之间的空中接口标准数据内容标准定义数据结构、编码格式、语法标准等如：标签唯一ID、数据协议的应用接口性能标准标签和读写器是否遵循某个特定标准的检测方法如：RFID设备性能检测方法、设备一致性检测方法应用标准定义实现某个特定应用的技术方法如：货运集装箱标准、动物射频识别标准知识拓展：空中接口

空中接口（空口）：终端设备与网络设备之间的电波链接的技术规范，使无线通信像有线通信一样可靠。线路接口空中接口可见的接口传输媒介--线缆特定的物理性状和连接线材质传输针脚信号传输规范不可见的接口传输媒介—无线电波特定的工作频率双工方式信号传输规范（调制、编码）3、RFID标准化组织RFID标准行业标准国家标准国际标准ISO—国际标准化组织IEC—国际电工委员会

各国根据自身国情制定的有关标准工业和信息化部国家标准化管理委员会针对某一行业设定的标准4、ISO/IEC制定的RFID标准概况ISO/IEC标准

对RFID各个频段都颁布了标准

关注基本的模块构建，空中接口、数据结构、实施问题。技术标准数据结构标准性能标准应用标准1）技术标准：接口和通信技术空中接口、防碰撞算法、中间件技术、通信协议应用最广泛的技术标准ISO/IEC18000系列标准不同工作频率的空中接口参数非接触是式IC卡标准非接触是式IC卡标准ISO/IEC1444314443-114443-214443-314443-4ISO/IEC1444314443-1物理特性14443-2能量传送和信号接口（A、B）