《無線接入技術(shù)》課件-初識RFID技術(shù)

初識RFID技術(shù)01RFID概念和技術(shù)指標(biāo)什么是射頻識別?生活中哪里見到射頻識別技術(shù)了？目前發(fā)展?fàn)顩r？一、什么是射頻識別射頻識別簡稱RFID，RFID是一種自動識別技術(shù)，利用無線電波進(jìn)行識別的。Radio

Frequency

Identification二、日常生活中見到的射頻識別技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中國RFID的區(qū)域結(jié)構(gòu)以北京為代表的環(huán)渤海灣

以上海為代表的長三角

以廣東/香港為代表的粵港地區(qū)

上海地區(qū)以前端(芯片)為龍頭

深圳企業(yè)以中后端(綁定與封裝)和應(yīng)用為先導(dǎo)北京以系統(tǒng)集成為代表。

從市場分布數(shù)據(jù)為例來看，華南、華北、華東是目前我國RFID市場相對成熟的區(qū)域。中國RFID在主要領(lǐng)域的應(yīng)用分析RFID技術(shù)的發(fā)展階段1940~1950雷達(dá)的應(yīng)用催生了RFID技術(shù)，奠定了理論，處于實驗室實驗階段1950~1960理論發(fā)展，開始一些應(yīng)用嘗試1960~1970技術(shù)和產(chǎn)品大發(fā)展時期，1970~1980出現(xiàn)最早的RFID應(yīng)用，進(jìn)入商業(yè)階段1980~1990技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化受到重視，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用1990~2000產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一，產(chǎn)品更豐富2000至今電子標(biāo)簽得到發(fā)展，中間件系統(tǒng)層出不窮，成本降低四、RFID技術(shù)特點(diǎn)通過電磁耦合方式實現(xiàn)的非接觸自動識別技術(shù)。利用無線電頻率資源，必須遵守使用規(guī)范。存放的識別信息時數(shù)字化的，通過編碼技術(shù)可以實現(xiàn)多用應(yīng)用?？梢詫Χ鄳?yīng)答器、閱讀器進(jìn)行組網(wǎng)，擴(kuò)大范圍。設(shè)計計算機(jī)、無線數(shù)字通信、集成電路、等學(xué)科，是一個新興的融合多種技術(shù)的領(lǐng)域。

1）快速掃描，識讀距離遠(yuǎn)、可識別高速運(yùn)動物體

2）體積小、形式多樣化3）抗污染能力和耐久性，壽命長，抗惡劣環(huán)境4）可重復(fù)使用，可讀寫5）穿透性和無屏障閱讀，不受方向和位置影響6）信息量大

7）安全性，保密性好

指閱讀器發(fā)送無線信號時，所使用的頻率。五、RFID的工作頻率RFID的工作頻率劃分01k1M1Gf(Hz)30k300k3M30M300M3G30G125k13.56M常用：433M866～960M5.8GLFHFUHFSHF低頻高頻特高頻超高頻微波300M~300G工作頻率不同會有什么影響不同工作頻率工作方式工作距離讀寫情況超高頻特高頻高頻低頻反向散射耦合方式電感耦合方式距離遠(yuǎn)距離近穿透力弱穿透力強(qiáng)常用應(yīng)用RFID系統(tǒng)按照頻率分類六、射頻識別的工作原理電子標(biāo)簽接收信息，激活并發(fā)送正確信息讀寫器通過天線發(fā)送和接收信息讀寫器數(shù)據(jù)送入計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理1、工作原理

電子標(biāo)簽進(jìn)入天線磁場后，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（無源標(biāo)簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（有源標(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。RFID系統(tǒng)中，識別信息存放在電子數(shù)據(jù)載體中，電子數(shù)據(jù)載體稱為應(yīng)答器。應(yīng)答器中存放的識別信息由閱讀器讀出。閱讀器不僅可以讀出存放的信息，而且可以對其進(jìn)行寫入，讀寫過程是通過雙方之間的無線通信來實現(xiàn)的。根據(jù)射頻耦合方式的不同：電感耦合方式（磁耦合）反向散射耦合方式（電磁場耦合）2、射頻識別的兩種工作方式電感耦合方式（磁耦合）通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。工作頻率：13.56MHZ；工作距離：1m應(yīng)答器：幾乎是無源的，能量（電源）從閱讀器獲得反向散射耦合方式反向散射當(dāng)電磁波遇到空間目標(biāo)物體時，其能量的一部分被目標(biāo)吸收，另一部分以不同的強(qiáng)度被散射到各個方向。在散射的能量中，一小部分反射回了發(fā)射天線，并被該天線接收，對接收的信號進(jìn)行放大和處理，即可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息。

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。工作頻率：特高頻、超高頻工作距離：大于1m應(yīng)答器：完全無源會有困難，可用有源的，應(yīng)答器平常處于低功耗，當(dāng)獲得射頻功率會激活，進(jìn)入工作狀態(tài)。02RFID系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)答器（標(biāo)簽）

閱讀器（讀寫器）

天線

計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)答器、天線、閱讀器、計算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)基本系統(tǒng)

應(yīng)答器、天線、閱讀器、計算機(jī)系統(tǒng)最小系統(tǒng)

應(yīng)答器天線閱讀器二、RFID的應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)架應(yīng)答器、閱讀器、天線、高層（中間件和應(yīng)用軟件）1、最簡單的應(yīng)用系統(tǒng)只有單個閱讀器，它一次對一個應(yīng)答器進(jìn)行操作，如公交汽車上的票務(wù)操作。1：1例如：門禁系統(tǒng)、校園一卡通、公交系統(tǒng)（特點(diǎn)：要求一個一個刷卡）1：N2、較復(fù)雜的應(yīng)用需要一個閱讀器可同時對多個應(yīng)答器進(jìn)行操作，即要具有防碰撞（亦稱防沖突）的能力。例如：圖書館借書還書系統(tǒng)、倉庫管理（特點(diǎn)：一次就要識別好幾個）3、更復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)要解決閱讀器的高層處理問題，包括多閱讀器的網(wǎng)絡(luò)連接。M：N例如：人員定位（特點(diǎn)：多個閱讀器同時掃描的多個標(biāo)簽）三、RFID系統(tǒng)的硬件介紹硬件（標(biāo)簽、讀寫器、天線、計算機(jī)）軟件（中間件、應(yīng)用軟件）1、應(yīng)答器（射頻卡或標(biāo)簽）

射頻標(biāo)簽（RFIDTAG）：存儲被識別對象相關(guān)信息的電子裝置，也稱為電子標(biāo)簽。作用：它是RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，是安裝在被識別對象上，是RFID系統(tǒng)的核心。

1）外形白卡-ID1卡不干膠標(biāo)簽圖書標(biāo)簽感應(yīng)手環(huán)滴膠卡鑰匙扣捆扎標(biāo)簽洗衣標(biāo)簽衣服銷售管理標(biāo)簽耳標(biāo)金屬標(biāo)簽-貨架螺紋電子標(biāo)簽?zāi)＞邩?biāo)簽工具管理標(biāo)簽混凝土標(biāo)簽定位標(biāo)簽安裝到墻安裝到房頂定位標(biāo)簽禽類管理標(biāo)簽植入式標(biāo)簽巡更標(biāo)簽2）標(biāo)簽內(nèi)部結(jié)構(gòu)線圈（天線）芯片封裝鑰匙扣內(nèi)部結(jié)構(gòu)天線芯片封裝芯片保存唯一電子編碼和用戶數(shù)據(jù)天線接收和發(fā)送信息指令封裝保護(hù)結(jié)論：所有的標(biāo)簽不論外部的封裝是什么樣，內(nèi)部都是由天線+芯片組成。標(biāo)簽內(nèi)部天線芯片外部封裝3）標(biāo)簽內(nèi)部功能模塊組成射頻識別標(biāo)簽一般由天線、調(diào)制器、編碼發(fā)生器、時鐘及存儲器模塊構(gòu)成。天線發(fā)送信號接收信號芯片對信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)、編碼解碼等處理天線：接收信號（電磁波）、發(fā)送信號（電磁波）芯片：

①存儲器-存儲標(biāo)簽編號（唯一）、用戶信息。②時鐘-解決信號同步，可作為控制器、存儲器、編解碼器所需的時鐘信號。③解調(diào)解碼-對接收到的信息進(jìn)行解調(diào)和解碼，送給控制器。④控制器-根據(jù)解碼的內(nèi)容執(zhí)行命令；或者將存儲器的標(biāo)簽編號或用戶信息發(fā)給編碼器。⑤編碼器-將標(biāo)簽編號或用戶信息送給負(fù)載調(diào)制。⑥負(fù)載調(diào)制-將編碼后的信息進(jìn)行調(diào)制，再發(fā)出去。⑦電源電路-為芯片提供工作電壓。4）應(yīng)答器的主要性能參數(shù)工作頻率讀/寫能力編碼調(diào)制方式數(shù)據(jù)傳輸速率信息數(shù)據(jù)存儲容量工作距離多應(yīng)答器識讀能力（亦稱防碰撞或防沖突能力）安全性能（密鑰、認(rèn)證）等。工作距離、工作頻率、信息數(shù)據(jù)存儲容量、標(biāo)準(zhǔn)電量工作距離工作頻率信息數(shù)據(jù)存儲容量、工作頻率、傳輸速率、工作距離、擦寫次數(shù)工作頻率、讀寫能力、安全性能5）RFID標(biāo)簽的分類按標(biāo)簽的工作方式分類主動式標(biāo)簽：用自身的射頻能量主動地發(fā)射數(shù)據(jù)給讀寫器的標(biāo)簽。主動標(biāo)簽含有電源。被動式標(biāo)簽：由讀寫器發(fā)出查詢信號觸發(fā)后進(jìn)入通信狀態(tài)的標(biāo)簽。被動標(biāo)簽可有源也可無源。按標(biāo)簽有無電源分類無源標(biāo)簽有源標(biāo)簽半有源標(biāo)簽無源標(biāo)簽：標(biāo)簽中不含電池的標(biāo)簽。工作能量來自閱讀器射頻能量按標(biāo)簽的讀寫方式分類只讀型標(biāo)簽：只能讀出不能寫入的標(biāo)簽。讀寫型標(biāo)簽：標(biāo)簽內(nèi)容既可被讀寫器讀出，又可由讀寫器寫入注意：看外形判斷不出是只讀還是讀寫有源標(biāo)簽：標(biāo)簽中含有電池的標(biāo)簽。不需利用閱讀器的射頻能量。半有源標(biāo)簽：閱讀器的射頻能量起到喚醒標(biāo)簽轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)的作用按標(biāo)簽的工作頻率分類低頻標(biāo)簽：500KHz以下中高頻標(biāo)簽：3M-30MHz特高頻標(biāo)簽：300M-3000MHz超高頻標(biāo)簽：3GHz以上按標(biāo)簽的工作距離分類遠(yuǎn)程標(biāo)簽：工作距離1m以上近程標(biāo)簽：10cm—100cm超近程標(biāo)簽：0.2cm—10cm三、RFID系統(tǒng)的硬件介紹硬件（標(biāo)簽、讀寫器、天線、計算機(jī)）軟件（中間件、應(yīng)用軟件）2、閱讀器（讀寫器或基站）

閱讀器：讀取和寫入標(biāo)簽內(nèi)存信息的設(shè)備，也稱為讀寫器。

作用：識別標(biāo)簽信息、讀取標(biāo)簽數(shù)據(jù)、給標(biāo)簽寫入數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳給計算機(jī)。1）外形手持式讀寫器3690手持式PAD讀寫器21001800一體式讀寫器通道門讀寫器全向讀寫器多通道讀寫器微型迷你讀寫器微型迷你RFID讀寫器,專為電子錢包充值、查詢、消費(fèi)、身份認(rèn)證。13.56Mhz2）閱讀器內(nèi)部天線控制器（MCU）射頻接口天線射頻接口射頻模塊控制器（MCU）

閱讀器內(nèi)部由天線+射頻接口模塊+控制器組成。

天線：發(fā)送信號，接收信號。

射頻接口模塊：發(fā)射能量，激活電子標(biāo)簽。調(diào)制解調(diào)信號。

控制器：與計算之間通信，編碼解碼，加密解密，執(zhí)行防碰撞算法，驗證數(shù)據(jù)等。3）閱讀器的功能模塊組成天線發(fā)送電磁波接收電磁波射頻接口模塊

激活標(biāo)簽、調(diào)制解調(diào)

控制模塊處理數(shù)據(jù)、和高層通信天線：是發(fā)射和接收射頻載波的設(shè)備。射頻接口模塊：①振蕩器-產(chǎn)生符合RFID系統(tǒng)要求的射頻振蕩信號。②時鐘電路-產(chǎn)生控制器所需的時鐘信號。③載波形成-形成閱讀器工作的載波信號。④發(fā)送通道-發(fā)送通道包括調(diào)制和功率放大器，用于向應(yīng)答器傳送命令和寫數(shù)據(jù)。⑤接收通道-接收通道包括解調(diào)，用于接收應(yīng)答器返回的應(yīng)答信息和數(shù)據(jù)。控制器MCU：收發(fā)數(shù)據(jù)和處理。發(fā)送命令。

與計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信任務(wù)。實現(xiàn)讀寫設(shè)備與外部傳感器、控制器以及應(yīng)用系統(tǒng)主機(jī)之間的輸入與輸出通信。RS232串行接口、以太網(wǎng)接口、USB接口、并行。4）閱讀器性能參數(shù)工作頻率工作距離協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)通信接口讀寫器的分類①按通信方式分:讀寫器優(yōu)先、標(biāo)簽優(yōu)先②按傳送方向分:全雙工（FDX）、半雙工（HDX）③按應(yīng)用模式分：固定式、便攜式、一體式和模塊式④按接口形式分：

并口、串口、USB口、以太網(wǎng)口USB接口RS232串口

⑤按照工作頻率劃分：

低頻、高頻、超高頻、雙頻讀寫器讀寫器的選擇①根據(jù)功能多寡的選擇。②根據(jù)頻率頻段的選擇。③根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的選擇。④根據(jù)電子標(biāo)簽協(xié)議選擇。3、天線

天線：標(biāo)簽與讀寫器之間實現(xiàn)射頻信號空間傳播和建立無線通信連接的設(shè)備。作用：獲得能量、確定通信信道和方式。1）外形線圈天線近距離讀寫器一般讀寫模塊與天線是集成在一起的平板天線

①按工作頻率分：遠(yuǎn)距離讀寫器一般讀寫模塊與天線是分離的分離式讀寫器一般讀寫模塊與天線是分離的，只不過天線不止一個，要組成天線陣

①按工作頻率分：

短波、超短波、微波②按方向分：

全向、定向③按工藝分：

線圈、微帶貼片、偶極子2）分類結(jié)論：閱讀器和應(yīng)答器都需要安裝天線。電感耦合方式一般采用線圈天線。反向散射耦合方式采用平板天線。

標(biāo)簽和讀寫器都需要安裝天線天線標(biāo)簽天線讀寫器天線工藝簡單技術(shù)成熟近距離LF\HF標(biāo)簽LF\HF讀寫器方向定向工藝復(fù)雜成本較高UHF讀寫器輻射能力強(qiáng)工藝簡單成本低全向UHF標(biāo)簽線圈天線微帶貼片天線偶極子天線125KHz、13.56MHz900MHZ、2.4GHz四、中間件硬件（標(biāo)簽、讀寫器、天線、計算機(jī)）軟件-高層（中間件、應(yīng)用軟件）中間件應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成中間件應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成中間件非常重要，不可或缺中間件中間件：是一類軟件，是介于RFID閱讀器和應(yīng)用程序之間的獨(dú)立軟件。作用：加工處理來自所有讀寫器的所有數(shù)據(jù)，是連接讀寫器和應(yīng)用程序的紐帶。為應(yīng)用軟件提供運(yùn)行和開發(fā)的環(huán)境。操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件中間件1）RFID中間件的組成讀寫器適配器：負(fù)責(zé)前端和相關(guān)硬件的鏈接。事件管理器：過濾事件。應(yīng)用程序接口：提供一個基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)接口。閱讀器鏈接數(shù)據(jù)過濾API標(biāo)準(zhǔn)接口和服務(wù)2）中間件的功能閱讀器協(xié)同控制進(jìn)程管理數(shù)據(jù)過濾處理數(shù)據(jù)路由與集成RFID中間件數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件3）中間件的特征降低開發(fā)難度、降低開發(fā)費(fèi)用、提高開發(fā)質(zhì)量、縮短開發(fā)周期基于標(biāo)準(zhǔn)讀寫器與中間件之間的讀寫器協(xié)議和管理接口RFID事件過濾和采集接口應(yīng)用程序和信息補(bǔ)獲接口獨(dú)立架構(gòu)中間件獨(dú)立于讀寫器和應(yīng)用程序之間能夠與多個讀寫器、多個應(yīng)用程序連接數(shù)據(jù)流處理數(shù)據(jù)搜集、過濾、整合和傳遞，將正確的信息傳到應(yīng)用程序。3）中間件的選擇

選用成熟的產(chǎn)品，不用定制的。

選擇有實力的、品牌供應(yīng)商。

國外中間件產(chǎn)品IBMSAP甲骨文微軟SUNBEA國內(nèi)中間件產(chǎn)品清華同方深圳立格遠(yuǎn)望谷應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件：面向應(yīng)用的用戶的軟件作用：提供查詢、歷史檔案等相關(guān)管理和服務(wù)。

03RFID系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)編碼統(tǒng)一空中接口規(guī)范標(biāo)簽和讀寫器性能一直性標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)交換協(xié)議1、RFID標(biāo)準(zhǔn)主要目的目的：在于通過制定、發(fā)布和實施標(biāo)準(zhǔn)，解決編碼、通信、空中接口和數(shù)據(jù)共享等問題，最大程度的促進(jìn)RFID技術(shù)及相關(guān)系統(tǒng)的應(yīng)用。RFID產(chǎn)品間的互通性編碼統(tǒng)一空中接口規(guī)范標(biāo)簽和讀寫器性能一直性標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)交換協(xié)議數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)性能標(biāo)準(zhǔn)2、RFID標(biāo)準(zhǔn)分類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義接口和通信技術(shù)如：定義860~960MH之間的空中接口標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編碼格式、語法標(biāo)準(zhǔn)等如：標(biāo)簽唯一ID、數(shù)據(jù)協(xié)議的應(yīng)用接口性能標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽和讀寫器是否遵循某個特定標(biāo)準(zhǔn)的檢測方法如：RFID設(shè)備性能檢測方法、設(shè)備一致性檢測方法應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)定義實現(xiàn)某個特定應(yīng)用的技術(shù)方法如：貨運(yùn)集裝箱標(biāo)準(zhǔn)、動物射頻識別標(biāo)準(zhǔn)知識拓展：空中接口

空中接口（空口）：終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的電波鏈接的技術(shù)規(guī)范，使無線通信像有線通信一樣可靠。線路接口空中接口可見的接口傳輸媒介--線纜特定的物理性狀和連接線材質(zhì)傳輸針腳信號傳輸規(guī)范不可見的接口傳輸媒介—無線電波特定的工作頻率雙工方式信號傳輸規(guī)范（調(diào)制、編碼）3、RFID標(biāo)準(zhǔn)化組織RFID標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO—國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IEC—國際電工委員會

各國根據(jù)自身國情制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)和信息化部國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會針對某一行業(yè)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)4、ISO/IEC制定的RFID標(biāo)準(zhǔn)概況ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)

對RFID各個頻段都頒布了標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)注基本的模塊構(gòu)建，空中接口、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、實施問題。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)性能標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)1）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：接口和通信技術(shù)空中接口、防碰撞算法、中間件技術(shù)、通信協(xié)議應(yīng)用最廣泛的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC18000系列標(biāo)準(zhǔn)不同工作頻率的空中接口參數(shù)非接觸是式IC卡標(biāo)準(zhǔn)非接觸是式IC卡標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC1444314443-114443-214443-314443-4ISO/IEC1444314443-1物理特性14443-2能量傳送和信號接口（A、B）