RFID應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建

1、RFID應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建制作者：樊明磊 | 學(xué)號：201416070423課程概述：標(biāo)準(zhǔn)的選擇通信頻率的選擇運行環(huán)境與接口方式RFID器件的選擇系統(tǒng)架構(gòu)與要求RFID項目實施的階段ETC系統(tǒng)的介紹標(biāo)準(zhǔn)的選擇電子產(chǎn)品編碼類標(biāo)準(zhǔn)通信類標(biāo)準(zhǔn)頻率類標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用類標(biāo)準(zhǔn)EPCNFC(近距離無線通信）135kHz以下ISO TC 204EAN/UCCUWB（超寬帶無線技術(shù)） 13.56kHzISO TC 122GB18937(CNPC)860928MHz(UFH)ISO/IEC JTC 1 SC 312.45GHz及5.8GHzISO/IEC 18000常見的幾種標(biāo)準(zhǔn)常見的幾種標(biāo)準(zhǔn)通信頻率的選擇 RFID的工作頻

2、率是射頻識別系統(tǒng)的最基本技術(shù)參數(shù)之一，主要分為低頻段、中高頻段、超高頻與微波頻段。低頻段電子標(biāo)簽：工作頻率范圍為30300kHz，一般為無源標(biāo)簽（通過電感耦合方式獲取能量）且閱讀距離一般小于1m。常用于動物識別、容器識別、工具識別、電子鎖防盜等等。相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)有ISO 11784/11785 、ISO18000-2等。主要優(yōu)勢省電成本不高、不受無線電頻率管制約束、能夠穿透大多數(shù)物體，適用于近距離、低速、數(shù)據(jù)量少的場景下。劣勢，存儲數(shù)據(jù)量小。中高頻段電子標(biāo)簽：工作頻率范圍為330MHz，工作原理同低頻段標(biāo)簽一樣（通過電感耦合方式獲取能量），工作距離一般也小于1m（最大可達(dá)到1.5m）,常應(yīng)用于

3、電子車票、身份證等。對應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)有ISO 14443 、ISO 15693、ISO 18000-3等，特點與低頻段相似。超高頻與微波頻段電子標(biāo)簽：常見工作頻率為433.92MHz 、862（902）928MHz、2.45GHz、5.8GHz。可分為有源和無源標(biāo)簽兩種，與讀寫器之間通過電磁耦合方式，讀寫器輻射場為無源標(biāo)簽提供射頻能量將有源標(biāo)簽喚醒。工作距離一般大于1m ,最大可達(dá)100m以上。由于讀寫器天線一般為定向天線，所以只有在天線定向波束范圍內(nèi)才能被讀寫。不同頻段電子標(biāo)簽優(yōu)缺點對比圖：工作頻段工作頻段優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點低頻技術(shù)簡單，可靠成熟，無頻率限制。通信速率低，工作距離短（1m），無線

4、尺寸小，可繞開障礙物，無需保持視線接觸，可定向識別。各國都有不同的頻段管制，對人體有害，發(fā)射功率受限制，受某些材料影響較大。微波除超高頻標(biāo)簽的特點外，還具有更高的帶寬和通信速率，更長的工作距離和更小的無線尺寸。產(chǎn)品多易受干擾，技術(shù)相對復(fù)雜，對人體有害，發(fā)射功率受限制。頻率的特性與頻率的選擇 RFID系統(tǒng)主要用于短距離和低成本的應(yīng)用中，在搭建RFID系統(tǒng)的過程中我們需要考慮其特性還要注意符合不同地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。 一般而言低頻頻段能量相對較低，傳輸速率也較小，有較強的繞開障礙物的能力，適用于較短距離應(yīng)用，而且在絕大多數(shù)國家屬于開放頻段，無需申請執(zhí)照。 高頻頻段能量相對較高，數(shù)據(jù)傳輸率高且通信質(zhì)量教好，

5、適用于長距離應(yīng)用，由于使用束波的方式傳播，可以實現(xiàn)標(biāo)簽的定位，但容易被障礙物所阻擋。而且在不同的國家對于頻段的管理和標(biāo)準(zhǔn)可能會有差異，目前在全球找不到一個RFID系統(tǒng)可以使用的共同頻率國內(nèi)頻率分配現(xiàn)狀 在我國，明確規(guī)定了無線電頻譜資源屬于國家所有。由國家對無線點頻譜實行統(tǒng)一的規(guī)劃、合理開發(fā)、科學(xué)管理、有償使用。研制無線電發(fā)射設(shè)備所需要的工作頻率和頻段應(yīng)當(dāng)符合國家有關(guān)的規(guī)定，并報國家無線電管理機構(gòu)核準(zhǔn)。目前我國的RFID使用的主要頻段有HF(13.56MHz)、UFH、MW(2.45GHz)等運行環(huán)境與接口方式運行環(huán)境運行環(huán)境 完整的RFID系統(tǒng)包括讀寫器、電子標(biāo)簽、計算機網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備，對于運行環(huán)

6、境較與寬松，應(yīng)根據(jù)軟件系統(tǒng)所需的運行環(huán)境來看，目前主流的計算機操作系統(tǒng)有Windows、Linux、UNIX、DOS等。接口方式接口方式 接口方式主要指的是讀寫器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計算機的接口方式。RFID系統(tǒng)的接口方式非常靈活，包括RS-232、RS-485、RJ-45、WALN 802.11等接口，不同的接口具有不同的應(yīng)用范圍和性能特性。常見的幾種接口方式RJ-45在以太網(wǎng)中使用，傳輸信號較遠(yuǎn)，采用TCP/IP協(xié)議RS-232目前比較流行的計算機串行接口，常用的有DB9和DB25兩種，用來連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備到數(shù)據(jù)通信設(shè)備RS-485/RS-422RS-422是使用平穩(wěn)線的全雙工接口，比RS-23

7、2抗干擾能力更強，傳輸速率為230kb/s1Mb/s，最大傳輸距離為300m。RS-485是使用三態(tài)驅(qū)動的比較穩(wěn)定的多點串口通信RS-422的拓展。802.11IEEE無線LAN介質(zhì)訪問控制和物理層標(biāo)準(zhǔn)，主要是發(fā)送兩個同級LLC之間的MSDU?？商峁┊惒胶拖迺r發(fā)送服務(wù)、可通過分布式系統(tǒng)在擴展域內(nèi)連續(xù)服務(wù)、調(diào)節(jié)適應(yīng)1Mb/s和2Mb/s的傳輸速率。Wiegand接口接口屬于比較低級的協(xié)議，通信速率與RS-422相當(dāng)，通信距離為200m，數(shù)據(jù)傳輸是以“包”的形式傳輸，設(shè)計時無需考慮定義起始位、停止位等問題，兼容性較好。RFID器件的選擇器件的選擇主要分為：器件的選擇主要分為：讀寫器的選擇讀寫器的選

8、擇 主要在智能讀寫器和傻瓜讀寫器之間進行抉擇，智能讀寫器可以讀取不同頻率的標(biāo)簽同時具有過濾數(shù)據(jù)和執(zhí)行指令的功能，傻瓜讀寫器功能較少價格便宜，應(yīng)當(dāng)根據(jù)自己的需求合理選擇。頻率的選擇頻率的選擇 UFH標(biāo)簽工作頻率是860960MHz，閱讀距離較長。HF標(biāo)簽工作頻率為13.56MHz，在短距離工作是性能良好，抗干擾較強。讀寫器結(jié)構(gòu)形式的選擇讀寫器結(jié)構(gòu)形式的選擇 讀寫器的結(jié)構(gòu)一般分為手持式和固定式，手持式又分為帶條碼掃描的和安裝在PC卡上的兩種天線天線的的選擇選擇 天線分為外部天線和內(nèi)部天線，選擇外部天線時需考慮天線的型號和數(shù)量，內(nèi)部天線則不用考慮而且內(nèi)部天線在傳輸過程中的衰減也相對較少。 系統(tǒng)架構(gòu)與

9、要求 系統(tǒng)的要求 在搭建RFID系統(tǒng)的時候應(yīng)考慮系統(tǒng)的可伸縮性、可用性、安全性、互操作性，以及系統(tǒng)的集成、管理和消息的傳遞。可伸縮性可伸縮性是指要考慮到隨著日后的發(fā)展數(shù)據(jù)量和用戶的增加時依然能夠有能力處理，不至于導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰?？捎眯钥捎眯允侵敢_保數(shù)據(jù)穿越整個基礎(chǔ)架構(gòu)和應(yīng)用協(xié)議?？煽康貍鬟f至正確的目的地，消除邊緣層、集成層以及二者之間所有的單點故障。安全性安全性防止讀寫器被關(guān)閉以及記錄項被竊取，需通過驗證、授權(quán)或?qū)徲嫳Ｗo管理接口?；ゲ僮餍曰ゲ僮餍詫⒆x寫器抽象層至于邊緣層，使得集成層具有讀寫器無關(guān)性。集成集成需要進行某種形式的企業(yè)應(yīng)用集成才能實現(xiàn)RFID系統(tǒng)的全部價值。管理管理主要包括設(shè)備管理和

10、對讀寫器的配置。消息傳遞消息傳遞確保信息的完整與正確的發(fā)送和接收。系統(tǒng)架構(gòu)與要求 系統(tǒng)的架構(gòu) RFID系統(tǒng)主要部件有電子標(biāo)簽、讀寫器、中間件、數(shù)據(jù)集成環(huán)境和上層的系統(tǒng)應(yīng)用應(yīng)用系統(tǒng)RFID讀寫器數(shù)據(jù)集成RFID中間件電子標(biāo)簽 RFID系統(tǒng)構(gòu)架圖RFID項目實施的階段RFID項目的實施可分為起步、測試和驗證、試點實施、實施項目的實施可分為起步、測試和驗證、試點實施、實施4個可行階段個可行階段第一階段：起步 建立開發(fā)環(huán)境選擇精英合作伙伴合作伙伴的考察: 1）擁有經(jīng)驗和核心能力 2）對于解決方案的專注程度 3）售后服務(wù) 4）制造、測試智能標(biāo)簽的環(huán)節(jié)5）標(biāo)簽的放置第二階段：測試和驗證引入系統(tǒng)集成合作伙伴

11、集成多方面的應(yīng)用軟件存儲倉庫的基本設(shè)施集成尋找供應(yīng)商驗證供應(yīng)商人選對合作伙伴的要求清單RFID項目實施的階段RFID項目實施的階段RFID項目的實施可項目的實施可分為起步、測試和驗證、試點實施、實施分為起步、測試和驗證、試點實施、實施4個可行階段個可行階段第三階段：試點實施 大膽啟動期望的解決方案第四階段：實施真正的開始通往高投資收益率智能標(biāo)簽將會更加智能化RFID應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展趨勢應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展趨勢 1）系統(tǒng)的高頻化 2）系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化 3）系統(tǒng)的兼容性將更好 4）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量更大ETC系統(tǒng)的介紹1）應(yīng)用背景）應(yīng)用背景 ETC（電子不停車收費系統(tǒng)），是通過安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的電子標(biāo)簽與在收費站E

12、TC車道上的微波天線之間的專用短程通信，利用計算機聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進行后臺結(jié)算處理，從而達(dá)到車輛通過路橋收費站不需停車就能交納費用的目的。相較于人工大大的提升了工作效率，也減少由于交費和找零而引起的排隊等候現(xiàn)象1.1）系統(tǒng)簡介）系統(tǒng)簡介 ETC系統(tǒng)是利用射頻技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、圖像識別技術(shù)等高新技術(shù)的設(shè)備和軟件所組成的先進系統(tǒng) 按照收費方式可分為開放式和封閉式；按車道配置可分為ETC專用車道、MTC車道、和ETC/MTC混合車道三類。1.2）ETC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)制定系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)制定 ETC的車道控制系統(tǒng)包括：車輛自動識別技術(shù)（AVI）、自

13、動車型分類技術(shù)（AVC）、違章車輛抓拍技術(shù)（VEC） AVI主要有車載設(shè)備和路邊設(shè)備組成，兩者通過短距離通信DSRC完成路邊設(shè)備對車載設(shè)備信息的一次讀寫，即完成收費交易所必需的信息交換手續(xù) AVC是在ETC車道安裝車型傳感器測定和判斷車型以便按車型實施收費。 VEC主要由數(shù)碼照相機、圖像傳輸設(shè)備、車輛牌照自動識別系統(tǒng)等組成，對沒有安裝OBU的違章車輛實施通行費的補收手續(xù)。ETC系統(tǒng)的介紹ETC系統(tǒng)的介紹1）應(yīng)用背景）應(yīng)用背景 1.3）ETC系統(tǒng)及其應(yīng)用對比分析系統(tǒng)及其應(yīng)用對比分析工作方式項目工作方式項目全雙工主動式全雙工主動式半雙工被動式半雙工被動式通信頻率5.8GHz5.8GHz載波間隔10

14、MHz50MHz通信速率1Mbps0.25Mbps(上行)可靠性高低通信效率高低電波發(fā)射能力自行發(fā)射電波依賴接收能量發(fā)射對發(fā)射功率的要求?。?0mW）大（2W）通信距離約30m約7m可同時通信的數(shù)量最大8臺僅為一臺通信信息量539kbit46kbit適用領(lǐng)域ETC、車輛管理僅為ETC與ITS兼容可以不可以標(biāo)準(zhǔn)日本歐洲車載器價格高低ETC系統(tǒng)的介紹2）系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)和原則）系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)和原則 總體目標(biāo)是能夠為用戶提供良好的通行能力，最大限度的減少費額的流失，并保障投資者的收益和回報，一般有兩種付款方式，預(yù)支付和后支付。2.1）設(shè)計目標(biāo)）設(shè)計目標(biāo) 具體的設(shè)計目標(biāo)主要包括根據(jù)車倆類型、行駛里程對車輛正

15、確的收取通行費，減少逃費現(xiàn)象的發(fā)生，最大限度地堵塞來自司機的財務(wù)漏洞，所有費用必須入賬，所有原始數(shù)據(jù)的登記、記錄必須完整準(zhǔn)確，最大限度的堵塞來自收費人員的財務(wù)漏洞。2.2）設(shè)計原則）設(shè)計原則 設(shè)計原則應(yīng)當(dāng)包括系統(tǒng)的先進性，系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)的高效性。3）系統(tǒng)的功能特點）系統(tǒng)的功能特點3.1）系統(tǒng)功能）系統(tǒng)功能 系統(tǒng)功能包括：通行費征收功能、信息管理功能、閉路監(jiān)控及報警功能、智能道閘的自動控制功能、網(wǎng)絡(luò)故障的處理、系統(tǒng)管理、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問、有線對講功能。3.2）系統(tǒng)特點）系統(tǒng)特點 系統(tǒng)的特點主要有：系統(tǒng)先進性、方便客戶的長途旅行、提高收費車道通過率、提高管理效率、費額流失減少、節(jié)約能源、改善收費站環(huán)境ETC系統(tǒng)的介紹4）系統(tǒng)的基本部件）系統(tǒng)的基本部件 系統(tǒng)基本部件主要包括射頻標(biāo)簽、讀寫器、車輛分離器、天棚指示燈、專用鍵盤、道路監(jiān)控攝像機、圖像采集卡、智能道閘、費額顯示牌、車