第4章RFID系統(tǒng)構成及工作原理

1、RFIDRFID系統(tǒng)的構成及工作原理系統(tǒng)的構成及工作原理教學設計教學設計物流信息系物流信息系 米志強米志強2011.8.9 RFID技術，使得該技術現(xiàn)在迅速成為全球矚目的焦點，并被列為21世紀最有前途的重要產業(yè)和應用技術之一！一一、案例識讀與分析案例識讀與分析二二、RFIDRFID系統(tǒng)構架系統(tǒng)構架 三三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗 四四、RFIDRFID系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理 主要內容主要內容五五、實訓與實踐實訓與實踐 vRFID：數(shù)據(jù)的神經(jīng)末梢，：數(shù)據(jù)的神經(jīng)末梢，RFID系統(tǒng)在湖南長系統(tǒng)在湖南長豐汽車公司的案例豐汽車公司的案例一、案例識讀與分析一、案例識讀

2、與分析案例分析與討論：案例分析與討論：（1）簡述湖南長豐汽車公司）簡述湖南長豐汽車公司RFID系統(tǒng)的主要構成及在生產系統(tǒng)的主要構成及在生產中起到的作用？中起到的作用？（2）簡述）簡述RFID系統(tǒng)的工作原理？系統(tǒng)的工作原理？ RFID是一種系統(tǒng)，一種射頻識別系統(tǒng)。典型的RFID系統(tǒng)主要由閱讀器、電子標簽、閱讀器、電子標簽、RFID中間件和應用系統(tǒng)軟件中間件和應用系統(tǒng)軟件4部分構成，一般我們把中間件和應用軟件統(tǒng)稱為應用系統(tǒng)。 二、二、 RFIDRFID系統(tǒng)構架系統(tǒng)構架圖圖4-2 RFID的系統(tǒng)結構的系統(tǒng)結構 在實際在實際RFID解決方案中，不論是簡單的解決方案中，不論是簡單的RFID系統(tǒng)還是系統(tǒng)還

3、是復雜的復雜的RFID系統(tǒng)都包含一些基本組件。系統(tǒng)都包含一些基本組件。組件分為硬件組件組件分為硬件組件和軟件組件。和軟件組件。二、二、 RFIDRFID系統(tǒng)構架系統(tǒng)構架圖圖4-3 射頻識別系統(tǒng)基本組成射頻識別系統(tǒng)基本組成 若從功能實現(xiàn)的角度觀察，可將若從功能實現(xiàn)的角度觀察，可將RFID系統(tǒng)系統(tǒng)分成邊沿系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩分成邊沿系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分大部分，如圖，如圖4-3示。這種觀點同現(xiàn)代信息技術觀點相吻合。邊沿系統(tǒng)主示。這種觀點同現(xiàn)代信息技術觀點相吻合。邊沿系統(tǒng)主要是完成信息感知，屬于硬件組件部分；軟件系統(tǒng)完成信息的處理和應用；要是完成信息感知，屬于硬件組件部分；軟件系統(tǒng)完成信息的處理和應用；

4、通信設施負責整個通信設施負責整個RFID系統(tǒng)的信息傳遞。系統(tǒng)的信息傳遞。 1、電子標簽電子標簽 二、二、 RFIDRFID系統(tǒng)構架系統(tǒng)構架圖圖4-4 RFID系統(tǒng)構件系統(tǒng)構件標簽標簽 電子標簽（電子標簽（Electronic Tag）也稱也稱應答器或智能標簽（）也稱也稱應答器或智能標簽（Smart Label），是一個微型的無線收發(fā)裝置，主要由內置天線和芯片組成。），是一個微型的無線收發(fā)裝置，主要由內置天線和芯片組成。 電壓調節(jié)器：電壓調節(jié)器：把由標簽閱讀器送來把由標簽閱讀器送來的射頻信號轉換為直流電源，的射頻信號轉換為直流電源，并經(jīng)大電容儲存能量，再經(jīng)穩(wěn)并經(jīng)大電容儲存能量，再經(jīng)穩(wěn)壓電路以提供

5、穩(wěn)定的電源；壓電路以提供穩(wěn)定的電源；調制器：調制器：邏輯控制電路送出的數(shù)據(jù)邏輯控制電路送出的數(shù)據(jù)經(jīng)調制電路調制后加載到天線經(jīng)調制電路調制后加載到天線送給閱讀器；送給閱讀器；解調器：解調器：把載波去除以取出真正的把載波去除以取出真正的調制信號；調制信號；邏輯控制單元：邏輯控制單元：用來譯碼閱讀器送用來譯碼閱讀器送來的信號，并依其要求回送數(shù)來的信號，并依其要求回送數(shù)據(jù)給閱讀器；據(jù)給閱讀器；存儲單元：存儲單元：包括包括EEPROM與與ROM，作為系統(tǒng)運行及存放識別數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)運行及存放識別數(shù)據(jù)的位置。的位置。 2、讀寫器讀寫器 二、二、 RFIDRFID系統(tǒng)構架系統(tǒng)構架圖圖4-6 讀寫器組成示意圖讀

6、寫器組成示意圖 讀寫器是一個捕捉和處理讀寫器是一個捕捉和處理RFID標簽數(shù)據(jù)的設備，它可以是單獨的個體，標簽數(shù)據(jù)的設備，它可以是單獨的個體，也可以嵌入到其他系統(tǒng)之中。讀寫器也是構成也可以嵌入到其他系統(tǒng)之中。讀寫器也是構成RFID系統(tǒng)的重要部件之一，系統(tǒng)的重要部件之一，由于它能夠將數(shù)據(jù)寫到由于它能夠將數(shù)據(jù)寫到RFID標簽中，因此稱為讀寫器。標簽中，因此稱為讀寫器。讀寫器的硬件部分通常由讀寫器的硬件部分通常由收發(fā)機、微處理器、存收發(fā)機、微處理器、存儲器、外部傳感器儲器、外部傳感器/執(zhí)行執(zhí)行器，報警器的輸入器，報警器的輸入/輸出輸出接口、通信接口及電源接口、通信接口及電源等部件組成，如圖等部件組成，

7、如圖4-6所示。所示。3、控制器控制器二、二、 RFIDRFID系統(tǒng)構架系統(tǒng)構架 控制器是讀寫器芯片有序工作的指揮中心控制器是讀寫器芯片有序工作的指揮中心，主要功能是：，主要功能是：與應用系統(tǒng)軟件進行通信；執(zhí)行從應用系統(tǒng)軟件發(fā)來的動作與應用系統(tǒng)軟件進行通信；執(zhí)行從應用系統(tǒng)軟件發(fā)來的動作指令；控制與標簽的通信過程；基帶信號的編碼與解碼；執(zhí)指令；控制與標簽的通信過程；基帶信號的編碼與解碼；執(zhí)行防碰撞算法；對讀寫器和標簽之間傳送的數(shù)據(jù)進行加密和行防碰撞算法；對讀寫器和標簽之間傳送的數(shù)據(jù)進行加密和解密；進行讀寫器與電子標簽之間的身份認證；對鍵盤、顯解密；進行讀寫器與電子標簽之間的身份認證；對鍵盤、顯示

8、設備等其他外部設備的控制。其中，最重要的是對讀寫器示設備等其他外部設備的控制。其中，最重要的是對讀寫器芯片的控制操作。芯片的控制操作。 4、讀寫器天線讀寫器天線二、二、 RFIDRFID系統(tǒng)構架系統(tǒng)構架 天線是一種以電磁波形式把前端射頻信號功率接收或輻射出去的設備，天線是一種以電磁波形式把前端射頻信號功率接收或輻射出去的設備，是電路與空間的界面器件，用來實現(xiàn)導行波與自由空間波能量的轉化。在是電路與空間的界面器件，用來實現(xiàn)導行波與自由空間波能量的轉化。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標簽天線和讀寫器天線兩大類，分別承擔接系統(tǒng)中，天線分為電子標簽天線和讀寫器天線兩大類，分別承擔接收能量和發(fā)射能量的作

9、用。收能量和發(fā)射能量的作用。 RFID系統(tǒng)讀寫器天線的特點是：系統(tǒng)讀寫器天線的特點是：足夠小以至于能夠貼到需要的足夠小以至于能夠貼到需要的物品上；有全向或半球覆蓋的方向性；能夠給標簽的芯片提供最物品上；有全向或半球覆蓋的方向性；能夠給標簽的芯片提供最大可能的信號；無論物品什么方向，天線的極化都能與讀卡機的詢大可能的信號；無論物品什么方向，天線的極化都能與讀卡機的詢問信號相匹配；具有魯棒性；價格便宜。問信號相匹配；具有魯棒性；價格便宜。 在選擇讀寫器天線時應考慮的主要因素有：在選擇讀寫器天線時應考慮的主要因素有：天線的類型；天線的類型；天線的阻抗；應用到物品上的天線的阻抗；應用到物品上的RF的性

10、能；在有其他物品圍繞的性能；在有其他物品圍繞貼標簽物品時貼標簽物品時RF的性能。的性能。 5、通信設施通信設施二、二、 RFIDRFID系統(tǒng)構架系統(tǒng)構架 通信設施為不同的通信設施為不同的RFID系統(tǒng)管理提供安全通信連接，是系統(tǒng)管理提供安全通信連接，是RFID系統(tǒng)的重要組成部分。通信設施包括有線或無線網(wǎng)絡和系統(tǒng)的重要組成部分。通信設施包括有線或無線網(wǎng)絡和讀寫器或控制器與計算機連接的串行通信接口。讀寫器或控制器與計算機連接的串行通信接口。無線網(wǎng)絡可無線網(wǎng)絡可以是個域網(wǎng)（以是個域網(wǎng)（PAN）（如藍牙技術）、局域網(wǎng)（如）（如藍牙技術）、局域網(wǎng)（如802.11x、WiFi），也可以是廣域網(wǎng)（如），也可以

11、是廣域網(wǎng)（如GPRS、3G技術）或衛(wèi)星通信技術）或衛(wèi)星通信網(wǎng)絡（如同步軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡（如同步軌道衛(wèi)星L波段的波段的RFID系統(tǒng)）。系統(tǒng)）。1、 RFID編碼編碼三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗 射頻識別系統(tǒng)的結構與通信系統(tǒng)的基本模型相類似，滿足了通信功能射頻識別系統(tǒng)的結構與通信系統(tǒng)的基本模型相類似，滿足了通信功能的基本要求。讀寫器和電子標簽之間的數(shù)據(jù)傳輸構成了與基本通信模型相的基本要求。讀寫器和電子標簽之間的數(shù)據(jù)傳輸構成了與基本通信模型相類似的結構。讀寫器與電子標簽之間的數(shù)據(jù)傳輸需要三個主要的功能塊，類似的結構。讀寫器與電子標簽之間的數(shù)據(jù)傳輸需要三個主要的功能塊，

12、如圖如圖4-8所示。所示。按讀寫器到電子標簽的數(shù)據(jù)傳輸方向，是讀寫器（發(fā)送器）按讀寫器到電子標簽的數(shù)據(jù)傳輸方向，是讀寫器（發(fā)送器）中的信號編碼（信號處理）和調制器（載波電路），傳輸介質（信道），中的信號編碼（信號處理）和調制器（載波電路），傳輸介質（信道），以及電子標簽（接收器）中的解調器（載波回路）和信號譯碼（信號處以及電子標簽（接收器）中的解調器（載波回路）和信號譯碼（信號處理）。理）。圖圖4-8射頻識別系統(tǒng)的基本通信結構框圖射頻識別系統(tǒng)的基本通信結構框圖 2）、）、 RFID調制調制三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗 脈沖調制是指將數(shù)據(jù)的脈沖調制是指將數(shù)據(jù)的

13、NRZ碼變換為更高頻率的脈沖串，該脈沖串的脈碼變換為更高頻率的脈沖串，該脈沖串的脈沖波形參數(shù)受沖波形參數(shù)受NRZ碼的值碼的值0和和1調制。主要的調制方式為頻移鍵控調制。主要的調制方式為頻移鍵控FSK和相和相移鍵控移鍵控PSK。圖圖4-12FSK脈沖調制波形脈沖調制波形 0 0 0 1 1 數(shù)據(jù)時鐘 數(shù)據(jù) NRZ 碼 FSK 脈沖 f0 f0 f1 f1 （1）FSK調制調制 FSK是指對已調脈沖波形的頻率進行控制，是指對已調脈沖波形的頻率進行控制，F(xiàn)SK調制方式用于頻率調制方式用于頻率低于低于135kHz(射頻載波頻率為射頻載波頻率為125kHz)的情況，圖的情況，圖4-12所示為所示為FSK

14、方式一方式一例，數(shù)據(jù)傳輸速率為例，數(shù)據(jù)傳輸速率為fc/40,fc為射頻載波頻率。為射頻載波頻率。FSK調制時對應數(shù)據(jù)調制時對應數(shù)據(jù)1的的脈沖頻率脈沖頻率f1=fc/5,對應數(shù)據(jù)對應數(shù)據(jù)0的脈沖頻率的脈沖頻率f0=fc/8。1）、）、 RFID數(shù)據(jù)傳輸常用編碼格式數(shù)據(jù)傳輸常用編碼格式三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗 數(shù)字基帶信號波形，可以用不同形式的代碼來表示二進制的數(shù)字基帶信號波形，可以用不同形式的代碼來表示二進制的“1”和和“0”。射。射頻識別系統(tǒng)通常使用下列編碼方法中的一種：頻識別系統(tǒng)通常使用下列編碼方法中的一種：反向不歸零（反向不歸零（NRZ）編碼、曼徹斯

15、）編碼、曼徹斯特（特（Manchester）編碼、單極性歸零（）編碼、單極性歸零（UnipolarHZ）編碼、差動雙相（）編碼、差動雙相（DBP）編碼、米勒（編碼、米勒（Miller）編碼利差動編碼。）編碼利差動編碼。 最常用的數(shù)字信號波形為矩形脈沖，矩形脈沖易于產生和變換。以下用矩形脈最常用的數(shù)字信號波形為矩形脈沖，矩形脈沖易于產生和變換。以下用矩形脈沖為例來介紹幾種常用的脈沖波形和傳輸碼型。圖沖為例來介紹幾種常用的脈沖波形和傳輸碼型。圖4-9所示為所示為4種數(shù)字矩形碼的脈種數(shù)字矩形碼的脈沖波形。沖波形。圖圖4-9數(shù)據(jù)矩形碼的脈沖波形數(shù)據(jù)矩形碼的脈沖波形1）、）、 RFID數(shù)據(jù)傳輸常用編碼格

16、式數(shù)據(jù)傳輸常用編碼格式三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗 數(shù)字基帶信號波形，可以用不同形式的代碼來表示二進制的數(shù)字基帶信號波形，可以用不同形式的代碼來表示二進制的“1”和和“0”。射。射頻識別系統(tǒng)通常使用下列編碼方法中的一種：頻識別系統(tǒng)通常使用下列編碼方法中的一種：反向不歸零（反向不歸零（NRZ）編碼、曼徹斯）編碼、曼徹斯特（特（Manchester）編碼、單極性歸零（）編碼、單極性歸零（UnipolarHZ）編碼、差動雙相（）編碼、差動雙相（DBP）編碼、米勒（編碼、米勒（Miller）編碼利差動編碼。）編碼利差動編碼。 最常用的數(shù)字信號波形為矩形脈沖，矩形脈沖

17、易于產生和變換。以下用矩形脈最常用的數(shù)字信號波形為矩形脈沖，矩形脈沖易于產生和變換。以下用矩形脈沖為例來介紹幾種常用的脈沖波形和傳輸碼型。圖沖為例來介紹幾種常用的脈沖波形和傳輸碼型。圖4-9所示為所示為4種數(shù)字矩形碼的脈種數(shù)字矩形碼的脈沖波形。沖波形。圖圖4-9數(shù)據(jù)矩形碼的脈沖波形數(shù)據(jù)矩形碼的脈沖波形1515vRFID中常用的編碼方式及編解碼器v曼徹斯特（Manchester）碼 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗1616vRFID中常用的編碼方式及編解碼器v曼徹斯特（Manchester）碼 編碼器電路 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)

18、據(jù)校驗17173 編碼和調制 vRFID中常用的編碼方式及編解碼器v曼徹斯特（Manchester）碼 曼徹斯特碼編碼器時序波形圖示例 1818v RFID中常用的編碼方式及編解碼器v 密勒（Miller）碼 密勒碼編碼規(guī)則 bit(i-1)bit i密勒碼編碼規(guī)則1bit i的起始位置不變化，中間位置跳變00bit i的起始位置跳變，中間位置不跳變10bit i的起始位置不跳變，中間位置不跳變三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗1919v RFID中常用的編碼方式及編解碼器v 密勒碼波形及與NRZ碼、曼徹斯特碼的波形關系 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校

19、驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗2020v RFID中常用的編碼方式及編解碼器v 密勒（Miller）碼 用曼徹斯特碼產生密勒碼的電路 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗2121v修正密勒碼編碼器v假設輸出數(shù)據(jù)為01 1010 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗2222v修正密勒碼解碼 修正密勒碼解碼器原理框圖 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗2323v修正密勒碼解碼 解碼時序波形圖示例 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗2424v脈沖調制 v 將數(shù)據(jù)的NRZ碼變換為更高頻率的脈沖串

20、，該脈沖串的脈沖波形參數(shù)受NRZ碼的值0和1調制。v 主要的調制方式為頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK。 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗2525v脈沖調制 vFSK FSK脈沖調制波形 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗2626v脈沖調制 vFSK調制調制 FSK實現(xiàn)的原理框圖 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗2727v脈沖調制 vFSK解調解調 FSK解調電路原理圖 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗2828v脈沖調制 vFSK解調解調工作原理如下：vv 觸發(fā)器D1將輸

21、入FSK信號變?yōu)檎}沖。觸發(fā)器D1采用74HC74，當端為高時，F(xiàn)SK上跳沿將Q端置高，但由于此時為低，故CL端為低，又使Q端回到低電平。Q端的該脈沖使十進計數(shù)器4017復零并可重新計數(shù)。 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗2929v脈沖調制vPSK1和PSK2 采用PSK1調制時，若在數(shù)據(jù)位的起始處出現(xiàn)上升沿或下降沿（即出現(xiàn)1，0或0，1交替），則相位將于位起始處跳變180。而PSK2調制時，相位在數(shù)據(jù)位為1時從位起始處跳變180，在數(shù)據(jù)位為0時則相位不變。 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗3030vPSK調制電路 選擇相位法電路

22、框圖 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗31313 編碼和調制 vPSK解調電路 v閱讀器能正確將PSK調制信號變換為NRZ碼的關鍵。3232v 設PSK信號的數(shù)據(jù)速率為fc/2（fc為射頻載波頻率值125 kHz），則加至解調器的PSK信號是125 kHz/2=62.5 kHz的方波信號。該PSK信號進入解調器后分為兩路：一路加至觸發(fā)器D3的時鐘輸入端（CLK），觸發(fā)器D3是位值判決電路；另一路用于形成相位差為90的基準信號。觸發(fā)器D3的D輸入端加入的是由125 kHz載波基準形成的62.5 kHz基準方波信號，這樣，若觸發(fā)器的D3的時鐘與D輸入端兩信號相位差為

23、90（或相位差不偏至0或180附近），則觸發(fā)器D3的Q端輸出信號即為NRZ碼，可供微控制器MCU讀入。 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗3333PSK解調電路的相關波形 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗3434v副載波與副載波調制解調 vTYPE A中的副載波調制 標準幀的結構 副載波調制波形 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗3535v副載波與副載波調制解調 vTYPE B中的副載波調制 ：vv 位編碼采用不歸零NRZ編碼，副載波調制采用BPSK方式，邏輯狀態(tài)的轉換用副載波相移180來表示，0表示邏

24、輯1，0180表示邏輯0，副載波頻率fs=847 kHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為106 kbps。 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗3636v副載波與副載波調制解調 vTYPE B中的副載波調制 ：vv數(shù)位的副載波調制加負載調制 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗3737vTYPE A中的副載波解調v相干解調（同步解調 ） v非相干解調 v ASK調制時，其包絡線與基帶信號成正比，因此采用包絡檢波就可以復現(xiàn)基帶信號，這種方法無須同頻同相的副載波基準信號。三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗3838v正弦波調制v正

25、弦振蕩的載波信號 v調幅 v調制信號vv產生的調幅波v設上式v(t)的相位角=0 cccoscos 2v tAtAf t 00mcosAf tAAt AM0vAf tv tAM0mccoscosvAAtAt積化和差 AM0cmcccoscoscosvA AtA Att-三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗3939v振幅調制模型v調幅波的頻域 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗4040v脈沖調幅波 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗4141v數(shù)字調制ASK方式的實現(xiàn) v國際標準ISO 14443的負載調制測試

26、用的PICC電路 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗4242v數(shù)字調制ASK方式的實現(xiàn) v國際標準ISO 14443的負載調制測試用的PICC電路v 應答器諧振回路由線圈L和電容器CV1組成，其諧振電壓經(jīng)橋式整流器VD1VD4整流，并用齊納二極管VD5穩(wěn)壓在3 V左右。副載波信號（874 kHz）可通過跳線選擇Cmod1或Rmod1進行負載調制。由曼徹斯特碼或NRZ碼進行ASK或BPSK副載波調制。 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗4343v數(shù)字調頻和調相 三、三、RFIDRFID編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗編碼、調制與數(shù)據(jù)校驗1、基本原理

27、、基本原理四、四、RFIDRFID系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理 RFID系統(tǒng)的基本工作原理是：由閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)系統(tǒng)的基本工作原理是：由閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號，當電子標簽進入有效工作區(qū)域時產送特定頻率的射頻信號，當電子標簽進入有效工作區(qū)域時產生感應電流，從而獲得能量被激活，使得電子標簽將自身編生感應電流，從而獲得能量被激活，使得電子標簽將自身編碼信息通過內置射頻天線發(fā)送出去；閱讀器的接收天線接收碼信息通過內置射頻天線發(fā)送出去；閱讀器的接收天線接收到從標簽發(fā)送來的調制信號，經(jīng)天線調節(jié)器發(fā)送到閱讀器信到從標簽發(fā)送來的調制信號，經(jīng)天線調節(jié)器發(fā)送到閱讀器信號處理模塊，經(jīng)解調和解碼

28、后將有效信息送至后臺主機系統(tǒng)號處理模塊，經(jīng)解調和解碼后將有效信息送至后臺主機系統(tǒng)進行相關處理；主機系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算識別該標簽的身份，進行相關處理；主機系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算識別該標簽的身份，針對不同的設定做出相應的處理和控制，最終發(fā)出指令信號針對不同的設定做出相應的處理和控制，最終發(fā)出指令信號控制閱讀器完成不同的讀寫操作?？刂崎喿x器完成不同的讀寫操作。 1、基本原理、基本原理四、四、RFIDRFID系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理 從電子標簽到閱讀器之間的通信及能量感應方式來看，系統(tǒng)一般可以從電子標簽到閱讀器之間的通信及能量感應方式來看，系統(tǒng)一般可以分成兩類，分成兩類，即電感耦合（即電感耦合（Induc

29、tive Coupling）系統(tǒng)和電磁反向散射耦合）系統(tǒng)和電磁反向散射耦合（Backscatter Coupling）系統(tǒng)。）系統(tǒng)。電感耦合通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦電感耦合通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應定律；電磁反向散射耦合，即雷達原理模型，發(fā)射合，依據(jù)的是電磁感應定律；電磁反向散射耦合，即雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，依據(jù)的是電磁波的出去的電磁波碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。空間傳播規(guī)律。 2、電感耦合型、電感耦合型RFID系統(tǒng)系統(tǒng)四、四、RFIDRFID系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理 RFID的電感耦合

30、方式對應于的電感耦合方式對應于ISO/IEC 14443協(xié)議。協(xié)議。電感耦合電子標簽電感耦合電子標簽由一個電子數(shù)據(jù)載體，通常由單個微芯片及用做天線的大面積的線圈等組由一個電子數(shù)據(jù)載體，通常由單個微芯片及用做天線的大面積的線圈等組成。電感耦合型成。電感耦合型RFID系統(tǒng)的工作原理如圖系統(tǒng)的工作原理如圖4-33所示，電感耦合方式的電所示，電感耦合方式的電子標簽幾乎都是無源工作的，在標簽中的微芯片工作所需的全部能量由閱子標簽幾乎都是無源工作的，在標簽中的微芯片工作所需的全部能量由閱讀器發(fā)送的感應電磁能提供。高頻的強電磁場由閱讀器的天線線圈產生，讀器發(fā)送的感應電磁能提供。高頻的強電磁場由閱讀器的天線線

31、圈產生，并穿越線圈橫截面和線圈的周圍空間，以使附近的電子標簽產生電磁感應。并穿越線圈橫截面和線圈的周圍空間，以使附近的電子標簽產生電磁感應。 圖圖4-33 電感耦合型電感耦合型RFID系統(tǒng)的工系統(tǒng)的工作原理作原理3、電磁反向散射、電磁反向散射RFID系統(tǒng)系統(tǒng)四、四、RFIDRFID系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理 （ 1）反向散射調制反向散射調制 雷達技術為雷達技術為RFID的反向散射耦合方式提供了理論和應用基礎。的反向散射耦合方式提供了理論和應用基礎。當電磁當電磁波遇到空間目標時，其能量的一部分被目標吸收，另一部分以不同的強度波遇到空間目標時，其能量的一部分被目標吸收，另一部分以不同的強度散射到

32、各個方向。在散射的能量中，一小部分反射回發(fā)射天線，散射到各個方向。在散射的能量中，一小部分反射回發(fā)射天線，并被天線并被天線接收（因此發(fā)射天線也是接收天線），對接收信號進行放大和處理，即可接收（因此發(fā)射天線也是接收天線），對接收信號進行放大和處理，即可獲得目標的有關信息。獲得目標的有關信息。 當電磁波從天線向周圍空間發(fā)射時，會遇到不同的目標。當電磁波從天線向周圍空間發(fā)射時，會遇到不同的目標。到達目標的電到達目標的電磁波能量的一部分（自由空間衰減）被目標吸收，另一部分以不同的強度磁波能量的一部分（自由空間衰減）被目標吸收，另一部分以不同的強度散射到各個方向上去。反射能量的一部分最終會返回發(fā)射天線，

33、稱之為回散射到各個方向上去。反射能量的一部分最終會返回發(fā)射天線，稱之為回波。在雷達技術中，可用這種反射波測量目標的距離和方位。波。在雷達技術中，可用這種反射波測量目標的距離和方位。 對對RFID系統(tǒng)來說，可以采用電磁反向散射耦合工作方式，利用電磁波系統(tǒng)來說，可以采用電磁反向散射耦合工作方式，利用電磁波反射完成從電子標簽到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。這種工作方式主要應用在反射完成從電子標簽到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。這種工作方式主要應用在915MHz、2.45GNz或更高頻率的系統(tǒng)中。或更高頻率的系統(tǒng)中。3、電磁反向散射、電磁反向散射RFID系統(tǒng)系統(tǒng)四、四、RFIDRFID系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理（2）RFI

34、D反向散射耦合方式反向散射耦合方式 一個目標反射電磁波的頻率由反射橫截面來確定。反射橫截面的大小一個目標反射電磁波的頻率由反射橫截面來確定。反射橫截面的大小與一系列的參數(shù)有關，如目標的大小、形狀和材料，電磁波的波長和極化與一系列的參數(shù)有關，如目標的大小、形狀和材料，電磁波的波長和極化方向等。由于目標的反射性能通常隨頻率的升高而增強，所以方向等。由于目標的反射性能通常隨頻率的升高而增強，所以RFID反向散反向散射耦合方式采用特高頻和超高頻，應答器和讀寫器的距離大于射耦合方式采用特高頻和超高頻，應答器和讀寫器的距離大于1 m。 RFID反向散射耦合方式的原理框圖如圖反向散射耦合方式的原理框圖如圖4

35、-34所示，圖中的讀寫器、應所示，圖中的讀寫器、應答器（電子標簽）和天線構成了一個收發(fā)通信系統(tǒng)。答器（電子標簽）和天線構成了一個收發(fā)通信系統(tǒng)。 圖圖4-34 RFID反反向散射耦合方式向散射耦合方式的原理框圖的原理框圖3、電磁反向散射、電磁反向散射RFID系統(tǒng)系統(tǒng)四、四、RFIDRFID系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理（3）RFID反向散射耦合工作原理反向散射耦合工作原理電磁反向散射系統(tǒng)（如圖電磁反向散射系統(tǒng)（如圖4-35所示）的工作可分為以下兩個過程。所示）的工作可分為以下兩個過程。（1）電子標簽接受讀寫器發(fā)射的信號，其中包括已調制載波和未調制載波。）電子標簽接受讀寫器發(fā)射的信號，其中包括已調制

36、載波和未調制載波。當卷標接收的信號沒有被調制時，載波能量全部被轉換成直流電壓，這個當卷標接收的信號沒有被調制時，載波能量全部被轉換成直流電壓，這個直流電壓供給電子標簽內芯片能量；當載波攜帶數(shù)據(jù)或者命令時，電子標直流電壓供給電子標簽內芯片能量；當載波攜帶數(shù)據(jù)或者命令時，電子標簽通過接收電磁波作為自己的能量來源，并對接收信號進行處理，從而接簽通過接收電磁波作為自己的能量來源，并對接收信號進行處理，從而接收讀寫器的指令或數(shù)據(jù)。收讀寫器的指令或數(shù)據(jù)。（2）電子標簽向讀寫器返回信號時，讀寫器只向標簽發(fā)送未調制載波，載）電子標簽向讀寫器返回信號時，讀寫器只向標簽發(fā)送未調制載波，載波能量一部分被電子標簽轉化

37、成直流電壓，供給電子標簽工作；另一部分波能量一部分被電子標簽轉化成直流電壓，供給電子標簽工作；另一部分被標簽通過改變射頻前端電路的阻抗調制并反射載波來向讀寫器傳送信息。被標簽通過改變射頻前端電路的阻抗調制并反射載波來向讀寫器傳送信息。 圖圖4-35 電磁反向電磁反向散射散射RFID系統(tǒng)系統(tǒng) 4、聲表面波標簽的識別原理、聲表面波標簽的識別原理四、四、RFIDRFID系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理（1）聲表面波器件聲表面波器件 聲表面波（聲表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）器件以壓電效應和與表）器件以壓電效應和與表面彈性相關的低速傳播的聲波為依據(jù)。面彈性相關的低速傳播的聲波

38、為依據(jù)。SAW器件的體積小、重量輕、工作器件的體積小、重量輕、工作頻率高、相對帶寬較寬，并且可以采用與集成電路工藝相同的平面加工工頻率高、相對帶寬較寬，并且可以采用與集成電路工藝相同的平面加工工藝，制造簡單，重獲得性和設計靈活性高。藝，制造簡單，重獲得性和設計靈活性高。 聲表面波器件具有廣泛的應用，如通信設備中的濾波器。在聲表面波器件具有廣泛的應用，如通信設備中的濾波器。在RFID應用應用中，聲表面波應答器的工作頻率目前主要為中，聲表面波應答器的工作頻率目前主要為2.45GHz。圖圖4-37 聲表面波聲表面波應答器的基本結應答器的基本結構構4、聲表面波標簽的識別原理、聲表面波標簽的識別原理四、

39、四、RFIDRFID系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理（2）聲表面波聲表面波RFID的原理的原理 SAW標簽由叉指換能器和若干反射器組成，換能器的兩條總線與電子標簽由叉指換能器和若干反射器組成，換能器的兩條總線與電子標簽的天線相連接。閱讀器的天線周期地發(fā)送高頻詢問脈沖，在電子標簽標簽的天線相連接。閱讀器的天線周期地發(fā)送高頻詢問脈沖，在電子標簽天線的接收范圍內，被接收到的高頻脈沖通過叉指換能器轉變成聲表面波，天線的接收范圍內，被接收到的高頻脈沖通過叉指換能器轉變成聲表面波，并在晶體表面?zhèn)鞑?。反射器組成對入射表面波部分反射，并返回到叉指換并在晶體表面?zhèn)鞑?。反射器組成對入射表面波部分反射，并返回到叉指換能

40、器，叉指換能器又將反射脈沖串轉變成高頻電脈沖串。由于聲表面波的能器，叉指換能器又將反射脈沖串轉變成高頻電脈沖串。由于聲表面波的傳播速率低，有效的反射脈沖串在經(jīng)過及微妙的延遲時間后才回到閱讀器傳播速率低，有效的反射脈沖串在經(jīng)過及微妙的延遲時間后才回到閱讀器（如圖（如圖4-38表示。表示。 圖圖4-38 聲表面波聲表面波的傳播的傳播4、聲表面波標簽的識別原理、聲表面波標簽的識別原理四、四、RFIDRFID系統(tǒng)的基本原理系統(tǒng)的基本原理（3）聲表面波聲表面波RFID系統(tǒng)的關鍵技術系統(tǒng)的關鍵技術1）標簽編碼容量與作用距離）標簽編碼容量與作用距離2）應答器和讀寫器的配合）應答器和讀寫器的配合3）應用小型低成本且適合待識別物品的電子標簽天線）應用小型低成本且適