《無線傳感網(wǎng)技術(shù)》 課件 第2章RFID技術(shù)

射頻識別技術(shù)概述1RFID系統(tǒng)的組成

2幾種常見的RFID系統(tǒng)

34RFID中間件技術(shù)第四章射頻識別技術(shù)4RFID典型模塊應(yīng)用及實(shí)訓(xùn)54.1.1射頻識別第四章射頻識別技術(shù)1．概述◆RFID(RadioFrequencyIdentification)射頻識別。

無線射頻識別技術(shù)是一種自動識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。RFID常稱為感應(yīng)式電子芯片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼等。完整RFID系統(tǒng)由讀寫器和電子標(biāo)簽兩部份組成。其工作原理為由讀寫器發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給電子標(biāo)簽，用以驅(qū)動電子標(biāo)簽的電路將內(nèi)部之IDCode送出，此時讀寫器便接收此IDCode。電子標(biāo)簽的特殊在于免用電池、免接觸、免刷卡，故不怕臟污，且芯片密碼為世界唯一，無法復(fù)制，安全性高、長壽命。4.1.1射頻識別第四章射頻識別技術(shù)2．射頻識別技術(shù)發(fā)展歷史◆1940-1950年：雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了RFID技術(shù)，1948年奠定了射頻識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)?！?950-1960年：早期RFID技術(shù)探索階段，處于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究。◆1960-1970年：射頻識別技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開始了一些應(yīng)用嘗試。◆1970-1980年：射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期，各種射頻識別技術(shù)測試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的射頻識別應(yīng)用。◆1980-1990年：射頻識別技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，各種規(guī)模應(yīng)用開始出現(xiàn)。4.1.1射頻識別第四章射頻識別技術(shù)◆

1990-2000年：射頻識別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨得到重視，射頻識別產(chǎn)品得到廣泛采用，射頻識別產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分?！?/p>

2000年后：標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨為人們所重視，射頻識別產(chǎn)品種類豐富，有源電子標(biāo)簽、無源電子標(biāo)簽及半無源電子標(biāo)簽均得到發(fā)展，電子標(biāo)簽成本不斷降低，規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴(kuò)大?！糁两?，射頻識別技術(shù)的理論得到豐富和完善。單芯片電子標(biāo)簽、多電子標(biāo)簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識別、適應(yīng)高速移動物體的射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實(shí)并走向應(yīng)用。4.1.1射頻識別第四章射頻識別技術(shù)3.射頻識別技術(shù)特點(diǎn)RFID需要利用無線電頻率資源，因些RFID須遵守?zé)o線電頻率管理的諸多規(guī)范。與早期的接觸式識別技術(shù)相比較，RFID有如下一些特點(diǎn)。(1)數(shù)據(jù)的讀寫功能(2)電子標(biāo)簽的小型化和多樣化(3)耐環(huán)境性(4)可重復(fù)使用(5)穿透性(6)數(shù)據(jù)的記憶容量大(7)系統(tǒng)安全性自動識別技術(shù)的比較4.1.2RFID技術(shù)分類4.1.2RFID技術(shù)分類第四章射頻識別技術(shù)1．RFID技術(shù)分類

依據(jù)電子標(biāo)簽的供電方式、工作頻率、可讀性和工作方式進(jìn)行分類。1)根據(jù)標(biāo)簽的供電形式分類

RFID的電能消耗是非常低的(一般是1/100mW級別)。按照電子標(biāo)簽獲取電能的方式不同，電子標(biāo)簽可分成有源式電子標(biāo)簽、無源式電子標(biāo)簽及半有源式電子標(biāo)簽。(1)有源式電子標(biāo)簽(2)無源式電子標(biāo)簽(3)半有源式電子標(biāo)簽4.1.2RFID技術(shù)分類第四章射頻識別技術(shù)2)根據(jù)電子標(biāo)簽的工作頻率分類射頻識別應(yīng)用占據(jù)的頻段或頻點(diǎn)在國際上有公認(rèn)的劃分，即位于ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療)頻段波段。

典型的工作頻率有：125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902～928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。4.1.2RFID技術(shù)分類第四章射頻識別技術(shù)2)根據(jù)電子標(biāo)簽的工作頻率分類低頻段、中高頻段、超高頻與微波電子標(biāo)簽。(1)低頻段電子標(biāo)簽?！艄ぷ黝l率范圍為30～300kHz。典型工作頻率有：125kHz、133kHz(也有接近的其他頻率的，如TI公司使用134.2kHz)?！舻皖l電子標(biāo)簽的閱讀距離一般情況下小于1m?！舻湫蛻?yīng)用有：動物識別、容器識別、工具識別、電子閉鎖防盜(帶有內(nèi)置應(yīng)答器的汽車鑰匙)等?！襞c低頻標(biāo)簽相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)有：ISO11784/11785(用于動物識別)、ISO18000-2(125～135kHz)。低頻標(biāo)簽有多種外觀形式，應(yīng)用于動物識別的低頻標(biāo)簽外觀有：項(xiàng)圈式、耳牌式、注射式、藥丸式等。◆采用普通的CMOS工藝，具有省電、廉價(jià)的特點(diǎn)，工作頻率不受無線電頻率管制約束，可以穿透水、有機(jī)組織、木材等。4.1.2RFID技術(shù)分類第四章射頻識別技術(shù)(2)中高頻段電子標(biāo)簽?！糁懈哳l段電子標(biāo)簽的工作頻率一般為3～30MHz?！舻湫凸ぷ黝l率為13.56MHz?！舾哳l電子標(biāo)簽一般也采用無源方式，其工作能量同低頻標(biāo)簽一樣，也是通過電感(磁)耦合方式從讀寫器耦合線圈的輻射近場中獲得。◆電子標(biāo)簽與讀寫器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，電子標(biāo)簽必須位于讀寫器天線輻射的近場區(qū)內(nèi)?！舾哳l電子標(biāo)簽典型應(yīng)用包括：電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜(電子遙控門鎖控制器)等。4.1.2RFID技術(shù)分類第四章射頻識別技術(shù)(3)超高頻與微波標(biāo)簽◆超高頻與微波頻段的電子標(biāo)簽，簡稱為微波電子標(biāo)簽?！舻湫凸ぷ黝l率為433.92MHz、902～928MHz、2.45GHz、5.8GHz?！粑⒉娮訕?biāo)簽可分為有源式電子標(biāo)簽與無源式電子標(biāo)簽兩類。工作時，電子標(biāo)簽位于讀寫器天線輻射場的遠(yuǎn)區(qū)場內(nèi)，電子標(biāo)簽與讀寫器之間的耦合方式為電磁耦合方式。讀寫器天線輻射場為無源式電子標(biāo)簽提供射頻能量，將有源式電子標(biāo)簽喚醒?！糸喿x距離一般大于1m，典型為4～7m，最大可達(dá)10m以上?！糇x寫器天線一般均為定向天線，只有在讀寫器天線定向波束范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽才可被讀寫?！舻湫偷臄?shù)據(jù)容量指標(biāo)有1Kbit、128bit、64bit等?！粑⒉娮訕?biāo)簽的典型應(yīng)用包括移動車輛識別、電子身份證、倉儲物流應(yīng)用、電子閉鎖防盜(電子遙控門鎖控制器)等。RFID系統(tǒng)工作頻率4.1.2RFID技術(shù)分類第四章射頻識別技術(shù)3)根據(jù)標(biāo)簽的可讀性分類

根據(jù)使用的存儲器類型，可以將標(biāo)簽分成只讀(ReadOnly，RO)標(biāo)簽、可讀可寫(ReadandWrite，RW)標(biāo)簽和一次寫入多次讀出(WriteOnceReadMany，WORM)標(biāo)簽。(1)只讀電子標(biāo)簽：只讀標(biāo)簽內(nèi)部有只讀存儲器ROM。ROM中存儲有電子標(biāo)簽的標(biāo)識信息。這些信息可以在電子標(biāo)簽制造過程中，由制造商寫入ROM中，電子標(biāo)簽在出廠時，即已將完整的電子標(biāo)簽信息寫入電子標(biāo)簽。(2)可讀可寫標(biāo)簽：可讀/寫電子標(biāo)簽內(nèi)部的存儲器，除ROM、緩沖存儲器外，還有非活動可編程記憶存儲器。如EEPROM?？勺x可寫電子標(biāo)簽還可能有隨機(jī)存取器RAM，用于存儲電子標(biāo)簽反應(yīng)和數(shù)據(jù)傳輸過程中臨時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。(3)一次寫入多次讀出標(biāo)簽：一次寫入多次讀出(WriteOnceReadMany，WORM)的電子標(biāo)簽既有接觸式改寫的電子標(biāo)簽存在，也有無接觸式改寫的電子標(biāo)簽存在。這類WORM電子標(biāo)簽一般大量用在一次性使用的場合

如航空行李標(biāo)簽、特殊身份證件標(biāo)簽等。4.1.2RFID技術(shù)分類第四章射頻識別技術(shù)4)根據(jù)標(biāo)簽的工作方式分類根據(jù)標(biāo)簽的工作方式，可將RFID分為被動式、主動式和半主動式。一般，無源系統(tǒng)為被動式，有源系統(tǒng)為主動式。(1)主動式電子標(biāo)簽?！粢话銇碚f主動式RFID系統(tǒng)為有源系統(tǒng)，即主動式電子標(biāo)簽用自身的射頻能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器，在有障礙物的情況下，只需穿透障礙物一次。◆由于主動式電子標(biāo)簽自帶電池供電，它的電能充足，工作可靠性高，信號傳輸距離遠(yuǎn)?！糁饕秉c(diǎn)是標(biāo)簽的使用壽命受到限制，而且隨著標(biāo)簽內(nèi)部電池能量的耗盡，數(shù)據(jù)傳輸距離越來越短，從而影響系統(tǒng)的正常工作。4.1.2RFID技術(shù)分類第四章射頻識別技術(shù)

(2)被動式電子標(biāo)簽。

◆須利用讀寫器的載波來調(diào)制自身的信號，標(biāo)簽產(chǎn)生電能的裝置是天線和線圈。

◆電子標(biāo)簽進(jìn)入RFID系統(tǒng)工作區(qū)后，天線接收特定的電磁波，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流供給電子標(biāo)簽工作，在有障礙物的情況下，讀寫器的能量必須來回穿過障礙物兩次。

◆這類系統(tǒng)一般用于門禁或交通系統(tǒng)中，因?yàn)樽x寫器可以確保只激活一定范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽。(3)半主動式電子標(biāo)簽。

◆在半主動式RFID系統(tǒng)里，電子標(biāo)簽本身帶有電池，但是電子標(biāo)簽并不通過自身能量主動發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器，電池只負(fù)責(zé)對電子標(biāo)簽內(nèi)部電路供電。

◆電子標(biāo)簽需要被讀寫器的能量激活，然后才通過反向散射調(diào)制方式傳送自身數(shù)據(jù)。4.1.2RFID技術(shù)分類第四章射頻識別技術(shù)

2．RFID系統(tǒng)的分類

根據(jù)RFID系統(tǒng)完成的功能不同，可以粗略地把RFID系統(tǒng)分成四種類型：(1)EAS系統(tǒng)

(2)便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

(3)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

(4)定位系統(tǒng)。4.1.2RFID技術(shù)分類第四章射頻識別技術(shù)

(1)EAS系統(tǒng)ELECTRONICARTICLESURVEILLANCE(EAS)(電子防盜系統(tǒng))是一種設(shè)置在需要控制物品出入的門口的RFID技術(shù)。

◆典型應(yīng)用場合是商店、圖書館、數(shù)據(jù)中心等地方，當(dāng)未被授權(quán)的人從這些地方非法取走物品時，EAS系統(tǒng)會發(fā)出警告?！粼趹?yīng)用EAS技術(shù)時，首先在物品上粘付EAS標(biāo)簽，當(dāng)物品被正常購買或者合法移出時，在結(jié)算處通過一定的裝置使EAS標(biāo)簽失活，物品就可以取走。物品經(jīng)過裝有EAS系統(tǒng)的門口時，EAS裝置能自動檢測標(biāo)簽的活動性，發(fā)現(xiàn)活動性標(biāo)簽EAS系統(tǒng)會發(fā)出警告?！舻湫偷腅AS系統(tǒng)一般由三部分組成：附著在商品上的電子標(biāo)簽(即電子傳感器)、電子標(biāo)簽滅活裝置(以便授權(quán)商品能正常出入)、監(jiān)視器(在出口造成一定區(qū)域的監(jiān)視空間)。4.1.2RFID技術(shù)分類第四章射頻識別技術(shù)

(1)EAS系統(tǒng)

EAS系統(tǒng)的工作原理是：在監(jiān)視區(qū)，發(fā)射器以一定的頻率向接收器發(fā)射信號。發(fā)射器與接受器一般安裝在零售店、圖書館的出入口，形成一定的監(jiān)視空間。當(dāng)具有特殊特征的標(biāo)簽進(jìn)入該區(qū)域時，會對發(fā)射器發(fā)出的信號產(chǎn)生干擾，這種干擾信號也會被接收器接收，再經(jīng)過微處理器的分析判斷，就會控制警報(bào)器的鳴響。

根據(jù)發(fā)射器所發(fā)出的信號不同以及標(biāo)簽對信號干擾原理不同，EAS可以分成許多種類型。EAS技術(shù)最新的研究方向是標(biāo)簽的制作，人們正在討論EAS標(biāo)簽?zāi)懿荒芟髼l碼一樣，在產(chǎn)品的制作或包裝過程中加進(jìn)產(chǎn)品，成為產(chǎn)品的一部分。4.1.2RFID技術(shù)分類第四章射頻識別技術(shù)(3)物流控制系統(tǒng)

在物流控制系統(tǒng)中，固定布置的RFID閱讀器分散布置在給定的區(qū)域，并且閱讀器直接與數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)相連，信號發(fā)射機(jī)是移動的，一般安裝在移動的物體、人上面。當(dāng)物體、人流經(jīng)閱讀器時，閱讀器會自動掃描標(biāo)簽上的信息并把數(shù)據(jù)信息輸入數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)存儲、分析、處理，達(dá)到控制物流的目的。

(4)定位系統(tǒng)

定位系統(tǒng)用于自動化加工系統(tǒng)中的定位以及對車輛、輪船等進(jìn)行運(yùn)行定位支持。閱讀器放置在移動的車輛、輪船上或者自動化流水線中移動的物料、半成品、成品上，信號發(fā)射機(jī)嵌入到操作環(huán)境的地表下面。信號發(fā)射機(jī)上存儲有位置識別信息，閱讀器一般通過無線的方式或者有線的方式連接到主信息管理系統(tǒng)。4.1.3RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第四章射頻識別技術(shù)RFID標(biāo)準(zhǔn)可以分為以下四類：

(1)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(如RFID技術(shù)、IC卡標(biāo)準(zhǔn)等)

(2)數(shù)據(jù)內(nèi)容與編碼標(biāo)準(zhǔn)(如編碼格式、語法標(biāo)準(zhǔn)等)

(3)性能與一致性標(biāo)準(zhǔn)(如測試規(guī)范等)

(4)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)(如船運(yùn)標(biāo)簽、產(chǎn)品包裝標(biāo)準(zhǔn)等)具體來講，RFID相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)涉及電氣特性、通信頻率、數(shù)據(jù)格式和元數(shù)據(jù)、通信協(xié)議、安全、測試、應(yīng)用等方面。4.1.3RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第四章射頻識別技術(shù)與RFID技術(shù)和應(yīng)用相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)主要有：

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)國際電工委員會(IEC)國際電信聯(lián)盟(ITU)世界郵聯(lián)(UPU)。

此外還有其他的區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)(如EPCGlobal、UIDCenter、CEN)、國家標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)(如BSI、ANSI、DIN)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(如ATA、AIAG、EIA)等也制定了與RFID相關(guān)的區(qū)域、國家、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，并通過不同的渠道提升為國際標(biāo)準(zhǔn)。4.1.3RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第四章射頻識別技術(shù)

總體來看，目前RFID存在三個主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系：總部設(shè)在美國麻省理工學(xué)院(MIT)的自動識別中心(Auto-IDCenter)、日本的泛在中心(UbiquitousIDCenter，UIC)和ISO標(biāo)準(zhǔn)體系4.2RFID系統(tǒng)的組成第四章射頻識別技術(shù)

4.2.1

RFID的工作原理及系統(tǒng)組成1．工作原理RFID的工作原理是：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號，就能憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(即PassiveTag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(即ActiveTag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽)，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。4.2RFID系統(tǒng)的組成第四章射頻識別技術(shù)2．RFID系統(tǒng)的組成2.RFID系統(tǒng)的組成第四章射頻識別技術(shù)RFID系統(tǒng)的組成如圖5.1所示，主要有以下幾部分：

(1)信號發(fā)射機(jī)以不同的形式存在，如標(biāo)簽(TAG)。標(biāo)簽可存儲需識別傳輸或能自動或在外力的作用下把存儲的信息主動發(fā)射出去。(2)信號接收機(jī)在RFID系統(tǒng)中，信號接收機(jī)一般叫做閱讀器。閱讀器基本的功能就是提供與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩健?3)編程器只有可讀可寫標(biāo)簽系統(tǒng)才需要編程器。編程器是向標(biāo)簽寫入數(shù)據(jù)的裝置。(4)天線天線是標(biāo)簽與閱讀器之間傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射、接收裝置。RFID主要有線圈型、微帶貼片型、偶極子型3種基本形式的天線。RFID標(biāo)簽組成電子標(biāo)簽的封裝形式與材質(zhì)RFID標(biāo)簽天線的分類標(biāo)簽天線的形式微帶偶極子天線折合偶極子天線彎折線天線雙極化天線片上天線分形天線微帶偶極子天線折合偶極子天線彎折線天線雙極化天線片上天線分形標(biāo)簽天線分形閱讀器天線RFID系統(tǒng)組成－閱讀器2.RFID系統(tǒng)的組成第四章射頻識別技術(shù)◆從功能實(shí)現(xiàn)考慮，可將RFID系統(tǒng)分成邊沿系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)?！暨呇叵到y(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(yīng)用；◆通信設(shè)施負(fù)責(zé)整個RFID系統(tǒng)的信息傳遞。圖4.2射頻識別系統(tǒng)基本組成4.2.2RFID系統(tǒng)中的軟件組件第四章射頻識別技術(shù)◆RFID系統(tǒng)中的軟件組件主要完成數(shù)據(jù)信息的存儲、管理以及對RFID標(biāo)簽的讀寫控制，是獨(dú)立于RFID硬件之上的部分?！鬜FID系統(tǒng)歸根結(jié)底是為應(yīng)用服務(wù)的，讀寫器與應(yīng)用系統(tǒng)之間的接口通常由軟件組件來完成。RFID軟件組件包含有：

①邊沿接口系統(tǒng)；②中間件即為實(shí)現(xiàn)所采集信息的傳遞與分發(fā)而開發(fā)的中間件；③企業(yè)應(yīng)用接口即為企業(yè)前端軟件，如設(shè)備供應(yīng)商提供的系統(tǒng)演示軟件、驅(qū)動軟件、接口軟件、集成商或者客戶自行開發(fā)的RFID前端操作軟件等；④應(yīng)用軟件，主要指企業(yè)后端軟件，如后臺應(yīng)用軟件、管理信息系統(tǒng)(MIS)軟件等。4.2.2RFID系統(tǒng)中的軟件組件第四章射頻識別技術(shù)1．邊沿接口系統(tǒng)

邊沿接口系統(tǒng)主要完成RFID系統(tǒng)硬件與軟件之間的連接，通過使用控制器實(shí)現(xiàn)同RFID硬軟件之間的通信。邊沿接口系統(tǒng)的主要任務(wù)是從讀寫器中讀取數(shù)據(jù)和控制讀寫器的行為，激勵外部傳感器、執(zhí)行器工作。

邊沿接口系統(tǒng)還具有以下功能：

(1)從不同讀寫器中過濾重復(fù)數(shù)據(jù)。(2)設(shè)置基于事件方式觸發(fā)的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(3)提供智能功能，選擇發(fā)送到軟件系統(tǒng)。(4)遠(yuǎn)程管理功能。4.2.2RFID系統(tǒng)中的軟件組件第四章射頻識別技術(shù)2．RFID中間件

RFID系統(tǒng)中間件是介于讀寫器和后端軟件之間的一組獨(dú)立軟件，它能夠與多個RFID讀寫器和多個后端軟件應(yīng)用系統(tǒng)連接。應(yīng)用程序使用中間件所提供的通用應(yīng)用程序接口(API)，就能夠連接到讀寫器，讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。中間件屏蔽了不同讀寫器和應(yīng)用程序后端軟件的差異，從而減輕了多對多連接的設(shè)計(jì)與維護(hù)的復(fù)雜性。

使用RFID中間件有3個主要目的：(1)隔離應(yīng)用層和設(shè)備接口。(2)處理讀寫器和傳感器捕獲的原始數(shù)據(jù)，使應(yīng)用層看到的都是有意義的高層事件，大大減少所需處理的信息。(3)提供應(yīng)用層接口用于管理讀寫器和查詢RFID觀測數(shù)據(jù)，目前，大多數(shù)可用的RFID中間件都有這些特性。4.2.2RFID系統(tǒng)中的軟件組件第四章射頻識別技術(shù)3.企業(yè)應(yīng)用接口企業(yè)應(yīng)用接口是RFID前端操作軟件，主要是提供給RFID設(shè)備操作人員使用的。(1)讀/寫功能：讀功能就是從電子標(biāo)簽中讀取數(shù)據(jù)，寫功能就是將數(shù)據(jù)寫入電子標(biāo)簽。(2)防碰撞功能：當(dāng)多個電子標(biāo)簽同時進(jìn)入讀寫器的讀取區(qū)域，要求同時識別和傳輸數(shù)據(jù)，這時，就需要前端軟件具有防碰撞功能，即可以同時識別進(jìn)入識別范圍內(nèi)的所有電子標(biāo)簽。(3)安全功能：確保電子標(biāo)簽和讀寫器雙向數(shù)據(jù)交換通信的安全。在前端軟件設(shè)計(jì)中可利用密碼限制讀取標(biāo)簽內(nèi)信息、讀寫一定范圍內(nèi)的標(biāo)簽數(shù)據(jù)以及對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密等措施來實(shí)現(xiàn)安全功能。(4)檢/糾錯功能：前端軟件可以采用校驗(yàn)和的方法，如循環(huán)冗余校驗(yàn)、縱向冗余校驗(yàn)、奇偶校驗(yàn)等檢測錯誤。4.2.2RFID系統(tǒng)中的軟件組件第四章射頻識別技術(shù)4.應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件也是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，負(fù)責(zé)與讀寫器通信，將讀寫器經(jīng)過中間件轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)，插入到后臺企業(yè)倉儲管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，對電子標(biāo)簽管理信息、發(fā)行電子標(biāo)簽和采集的電子標(biāo)簽信息集中進(jìn)行存儲和處理。一般說來，后端應(yīng)用軟件系統(tǒng)需要完成以下功能：(1)RFID系統(tǒng)管理：系統(tǒng)設(shè)置以及系統(tǒng)用戶信息和權(quán)限。(2)電子標(biāo)簽管理：在數(shù)據(jù)庫中管理電子標(biāo)簽序列號和每個物品對應(yīng)的序號及產(chǎn)品名稱、型號規(guī)格，芯片內(nèi)記錄的詳細(xì)信息等，完成數(shù)據(jù)庫內(nèi)所有電子標(biāo)簽的信息更新。(3)數(shù)據(jù)分析和存儲：對整個系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成相關(guān)報(bào)表，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理。4.3幾種常見的RFID系統(tǒng)第四章射頻識別技術(shù)從電子標(biāo)簽到讀寫器之間的通信和能量感應(yīng)方式來看，RFID系統(tǒng)一般可分為：電感耦合(磁耦合)系統(tǒng)和電磁反向散射耦合(電磁場耦合)系統(tǒng)?！綦姼旭詈舷到y(tǒng)是通過空間高頻交變磁場實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律；◆電磁反向散射耦合，即雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標(biāo)后反射，同時攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。4.3幾種常見的RFID系統(tǒng)第四章射頻識別技術(shù)◆電感耦合方式適合于中、低頻率工作的近距離RFID系統(tǒng)；◆電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作頻率的遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)。電感耦合方式和電磁反向散射耦合方式如圖5.3所示。4.3.1電感耦合RFID系統(tǒng)第四章射頻識別技術(shù)◆電感耦合方式電路結(jié)構(gòu)如圖5.4所示。電感耦合的射頻載波頻率為13.56MHz和小于135kHz的頻段，應(yīng)答器和讀寫器之間的工作距離小于1m。4.3.2反向散射耦合RFID系統(tǒng)第四章射頻識別技術(shù)◆RFID反向散射耦合方式采用特高頻和超高頻，應(yīng)答器和讀寫器的距離大于1m。反射調(diào)制形式的RFID工作原理4.4RFID中間件技術(shù)第四章射頻識別技術(shù)◆RFID中間件(Middleware)技術(shù)將企業(yè)級中間件技術(shù)延伸到RFID領(lǐng)域，是RFID產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵共性技術(shù)?！鬜FID中間件是RFID讀寫器和應(yīng)用系統(tǒng)之間的中介?！鬜FID中間件屏蔽了RFID設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，能夠?yàn)楹笈_業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供強(qiáng)大的支撐，從而驅(qū)動更廣泛、更豐富的RFID應(yīng)用。4.4.1RFID中間件的組成及功能特點(diǎn)第四章射頻識別技術(shù)1．RFID中間件的組成RFID中間件(即RFIDEdgeServer)也是EPCglobal推薦的RFID應(yīng)用框架中相當(dāng)重要的一環(huán)，它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與RFID硬件以及配套設(shè)備的信息交互與管理，同時作為一個軟硬件集成的橋梁，完成與上層復(fù)雜應(yīng)用的信息交換。鑒于使用中間件的3個主要原因，大多數(shù)中間件應(yīng)由讀寫器適配器、事件管理器和應(yīng)用程序接口3個組件組成。4.4.1RFID中間件的組成及功能特點(diǎn)第四章射頻識別技術(shù)1．RFID中間件的組成(1)讀寫器適配器讀寫器適配器是提供讀寫器接口。讀寫器適配器程序提供一種抽象的應(yīng)用接口，來消除不同讀寫器與API之間的差別。(2)事件管理器事件管理器的作用是過濾事件。讀寫器不斷從電子標(biāo)簽讀取大量未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)必須進(jìn)行去重和過濾。過濾有兩種類型，一是基于讀寫器的過濾；二是基于標(biāo)簽和數(shù)據(jù)的過濾。提供這種事件過濾的組件就是事件管理器。(3)應(yīng)用程序接口應(yīng)用程序接口的作用是提供一個基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口。這是一個面向服務(wù)的接口，即應(yīng)用程序?qū)咏涌?，它為RFID數(shù)據(jù)的收集提供應(yīng)用程序?qū)诱Z義。4.4.1RFID中間件的組成及功能特點(diǎn)第四章射頻識別技術(shù)2．RFID中間件的主要功能RFID中間件的任務(wù)主要是對讀寫器傳來的與標(biāo)簽相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、匯總、計(jì)算、分組，減少從讀寫器傳往應(yīng)用系統(tǒng)的大量原始數(shù)據(jù)、生成加入了語義解釋的事件數(shù)據(jù)。因此說，中間件是RFID系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”，也是RFID應(yīng)用的核心設(shè)施。具體說來，RFID中間件的功能主要集中在以下4個方面。(1)數(shù)據(jù)實(shí)時采集(2)數(shù)據(jù)處理(3)數(shù)據(jù)共享

(4)安全服務(wù)4.4.1RFID中間件的組成及功能特點(diǎn)第四章射頻識別技術(shù)3.中間件的工作機(jī)制及特點(diǎn)中間件的工作機(jī)制為在客戶端上的應(yīng)用程序需要從網(wǎng)絡(luò)中的某個地方獲取一定的數(shù)據(jù)或服務(wù)，這些數(shù)據(jù)或服務(wù)可能處于一個運(yùn)行著不同操作系統(tǒng)的特定查詢語言數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器中?？蛻?服務(wù)器應(yīng)用程序中負(fù)責(zé)尋找數(shù)據(jù)的部分只需訪問一個中間件系統(tǒng)，由中間件完成到網(wǎng)絡(luò)中尋址數(shù)據(jù)源或服務(wù)，進(jìn)而傳輸客戶請求、重組答復(fù)信息，最后將結(jié)果送回應(yīng)用程序的任務(wù)。中間件作為一個用API定義的軟件層，在具體實(shí)現(xiàn)上應(yīng)具有強(qiáng)大的通信能力和良好的可擴(kuò)展性。作為一個中間件應(yīng)具備如下幾點(diǎn)：(1)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和接口，具備通用性、易用性；(2)分布式計(jì)算，提供網(wǎng)絡(luò)、硬件、操作系統(tǒng)透明性；(3)滿足大量應(yīng)用需要；(4)能運(yùn)行于多種硬件和操作系統(tǒng)平臺。4.4.2RFID中間件體系結(jié)構(gòu)第四章射頻識別技術(shù)4.4.2RFID中間件體系結(jié)構(gòu)第四章射頻識別技術(shù)

將中間件系統(tǒng)按照數(shù)據(jù)流程劃分為設(shè)備管理系統(tǒng)(包括數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理)、事件處理以及數(shù)據(jù)服務(wù)接口模塊。1．設(shè)備管理系統(tǒng)

設(shè)備管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能：一是為網(wǎng)絡(luò)上的讀寫器進(jìn)行適配，并按照上層的配置建立實(shí)時的UDP連接并做好接收標(biāo)簽數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備；二是對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。讀寫器傳遞上來的數(shù)據(jù)存在著大量的冗余信息以及一些誤讀的標(biāo)簽信息，所以要對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，消除冗余數(shù)據(jù)。預(yù)處理內(nèi)容包括集中處理所屬讀寫器采集到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，并統(tǒng)一進(jìn)行冗余過濾、平滑處理、標(biāo)簽解讀等工作。經(jīng)過處理后，每條標(biāo)簽內(nèi)容包含的信息有標(biāo)準(zhǔn)EPC格式數(shù)據(jù)、采集的讀寫器編號、首次讀取時間、末次讀取時間等，并以一個讀周期為時間間隔，分時向事件處理子系統(tǒng)發(fā)送，為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)高級處理做好必要準(zhǔn)備。4.4.2RFID中間件體系結(jié)構(gòu)第四章射頻識別技術(shù)2．事件處理

設(shè)備管理系統(tǒng)產(chǎn)生事件，并將事件傳遞到事件處理系統(tǒng)中，由事件處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，然后通過數(shù)據(jù)服務(wù)接口把數(shù)據(jù)傳遞到相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)。在這種模式下，讀寫器不必關(guān)心哪個應(yīng)用系統(tǒng)需要什么數(shù)據(jù)。同時，應(yīng)用程序也不需要維護(hù)與各個讀寫器之間的網(wǎng)絡(luò)通道，僅需要將需求發(fā)送到事件處理系統(tǒng)中即可。由此，設(shè)計(jì)出的事件處理系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能：數(shù)據(jù)緩存功能、基于內(nèi)容的路由功能和數(shù)據(jù)分類存儲功能。3.數(shù)據(jù)服務(wù)接口

來自事件處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)最終是分類的XML文件。同一類型的數(shù)據(jù)以XML文件的形式保存，并提供給相應(yīng)的一個或多個應(yīng)用程序使用。而數(shù)據(jù)服務(wù)接口主要是對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、入庫操作，并提供訪問相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的服務(wù)接口。高頻（HF）讀卡模塊簡介HFRFID擴(kuò)展板采用飛利浦MFRC500芯片方案。MFRC500應(yīng)用于13.56MHz非接觸式通信中的高集成讀卡IC系列中的一員。該讀卡IC系列利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議可靠性高，通用性強(qiáng)。通過51單片機(jī)連接MFRC500控制器，進(jìn)行IC卡的讀寫操作，HFRFID的擴(kuò)展子板通過串口與智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。MFRC500簡介

MFRC500利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。MFRC500支持ISO14443A所有的層。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需增加有源電路就能直接驅(qū)動近操作距離的天線（可達(dá)100mm）。接收器部分提供解調(diào)和解碼電路，用于ISO14443A兼容應(yīng)答器信號數(shù)字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測(奇偶&CRC)此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法用于驗(yàn)證MIFARE系列產(chǎn)品。MFRC500管腳圖

引腳功能簡介MFRC500特點(diǎn)高集成度模擬電路用于卡應(yīng)答的解調(diào)和解碼緩沖輸出驅(qū)動器使用最少數(shù)目的外部元件連接到天線近距離操作(可達(dá)100mm)支持MIFARE雙接口卡IC和ISO14443A1-4部分加密并保護(hù)內(nèi)部非易失性密匙存儲器并行微處理器接口帶有內(nèi)部地址鎖存和IRQ線靈活的中斷處理自動檢測微處理器并行接口類型方便的64字節(jié)發(fā)送和接收FIFO緩沖區(qū)帶低功耗的硬件復(fù)位軟件實(shí)現(xiàn)掉電模式可編程定時器唯一的序列號用戶可編程的啟動配置位和字節(jié)定位幀數(shù)字模擬和發(fā)送器部分各自獨(dú)立的電源輸入腳內(nèi)部振蕩器緩沖連接13.56MHz，石英晶體低相位抖動時鐘頻率濾波短距離應(yīng)用中發(fā)送器（天線驅(qū)動器）為3.3V操作與MFRC500配套使用的是MIFARE卡，有M1卡和ML卡。MIFARE卡介紹

1)M1卡工作原理M1卡由一個天線和ASIC組成。

天線：卡片的天線是只有幾組繞線的線圈，很適于封裝到IS0卡片中。ASIC：卡片的ASIC由一個高速（106KB波特率）的RF接口，一個控制單元和一個8K位EEPROM組成。

工作原理：讀寫器向M1卡發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存，當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時，此電容可做為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫器的數(shù)據(jù)。與MFRC500配套使用的是MIFARE卡，有M1卡和ML卡。MIFARE卡介紹

2)M1卡主要指標(biāo)加密并保護(hù)內(nèi)部非易失性密匙存儲器。容量為8K位EEPROM。分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)為4塊，每塊16個字節(jié),以塊為存取單位。每個扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼及訪問控制。每張卡有唯一序列號，為32位。具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作。無電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯和通訊邏輯電路。數(shù)據(jù)保存期為10年，可改寫10萬次，讀無限次。工作溫度：-20℃~50℃(溫度為90%)。工作頻率：13.56MHZ。通信速率：106KBPS。讀寫距離：10mm以內(nèi)（與讀寫器有關(guān)）。M1卡的存儲結(jié)構(gòu)3)MIFARE卡介紹

1.M1卡有16個扇區(qū)，每個扇區(qū)由4塊(塊0至塊3)組成，(將16個扇區(qū)的64個塊按絕對地址編號為0~63，存貯結(jié)構(gòu)如下:MIFARE卡介紹

2.第0扇區(qū)的塊0（即絕對地址0塊），它用于存放廠商代碼，已經(jīng)固化，不可更改。3.每個扇區(qū)的塊0、塊1、塊2為數(shù)據(jù)塊，可用于存貯數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)塊可作兩種應(yīng)用：

●用作一般的數(shù)據(jù)保存，可以進(jìn)行讀、寫操作。●用作數(shù)據(jù)值，可以進(jìn)行初始化值、加值、減值、讀值操作。4.每個扇區(qū)的塊3為控制塊，包括了密碼A、存取控制、密碼B。具體結(jié)構(gòu)如下：

A0A1A2A3A4A5FF078069B0B1B2B3B4B5

密碼A(6字節(jié))存取控制(4字節(jié))密碼B(6字節(jié))5.每個扇區(qū)的密碼和存取控制都是獨(dú)立的，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定各自的密碼及存取控制。存取控制為4個字節(jié)，共32位，扇區(qū)中的每個塊（包括數(shù)據(jù)塊和控制塊）的存取條件是由密碼和存取控制共同決定的，在存取控制中每個塊都有相應(yīng)的三個控制位,定義如下：MIFARE卡介紹

存取控制中每個塊有相應(yīng)的三個控制位,定義如下：塊0：C10C20C30塊1：C11C21C31塊2：C12C22C32塊3：C13C23C33三個控制位以正和反兩種形式存在于存取控制字節(jié)中，決定了該塊的訪問權(quán)限（如進(jìn)行減值操作必須驗(yàn)證KEYA，進(jìn)行加值操作必須驗(yàn)證KEYB，等等）。三個控制位在存取控制字節(jié)中的位置，以塊0為例，對塊0的控制：MIFARE卡介紹

三個控制位在存取控制字節(jié)中的位置，以塊0為例，對塊0的控制：MIFARE卡介紹

存取控制（4個字節(jié)，其中字節(jié)9為備用字節(jié)）結(jié)構(gòu)如下所示：M1卡的存儲結(jié)構(gòu)3)MIFARE卡介紹

（KeyA|B表示密碼A或密碼B，Never表示任何條件下不能實(shí)現(xiàn)）

例如：當(dāng)塊0的存取控制位C10C20C30=100時，驗(yàn)證密碼A或密碼B正確后可讀；驗(yàn)證密碼B正確后可寫；不能進(jìn)行加值、減值操作。

6.數(shù)據(jù)塊（塊0、塊1、塊2）的存取控制如下：M1卡的存儲結(jié)構(gòu)3)MIFARE卡