RFID课程实践-3.doc

苏 州 市 职 业 大 学项目实训任务书 课程名称： RFID射频识别技术与应用 起讫时间： 2013.6.92013.6.15 院 系： 电子信息工程系 班级： 11通信4 指导教师： 赵志强 系 主 任： 张红兵 一、 课程设计课题 RFID学生管理系统的设计二、 课程设计要求1、 掌握RFID识别的基础知识；2、 掌握RFID识别系统架构；3、 画出系统框图；4、 编写学生管理系统数据库；5、 完成报告的书写；三、 课程设计工作量1、指导教师讲述基本工作原理、课程设计报告书写规范。2课时2、设计系统，并画出框图 6课时3、完成数据库编写 9课时4、完成课程设计报告 6课时5、交课程设计报告。1课时四、课程设计说明书内容（有指导书的可省略）1) RFID基本知识：介绍RFID技术的基本知识，重点介绍RFID识别的工作原理。2) RFID系统知识：重点介绍RFID识别系统的结构以及各部分的功能；3) 学生管理系统的设计：分析所设计的系统，完成各个模块的设计。4) 总结（心得体会）。5) 参考文献苏 州 市 职 业 大 学项目实训说明书 名称 RFID学生管理系统的设计 19年6月 9日至 13 年 6 月15日共 1 周院 系 电子信息工程系 班 级 11通信4 姓 名 郑盼盼 系主任 张红兵 教研室主任 范海健 指导教师 赵志强 目 录第一章 RFID的技术背景51.1 RFID技术及特点51.2 RFID技术发展简史61.3 RFID的特点7第二章 RFID系统结构82.1 RFID系统的组成82.2 RFID系统的原理112.2.1 基本工作原理112.2.2 耦合方式12第三章 学生管理系统框图133.1 用RFID设计学生管理系统133.2 天线的架设和标签的选择14第四章 学生管理数据库的编写164.1 学生数据库的建立164.2使用数据控件捆绑网格浏览数据库164.3利用数据控件捆绑文本框进行数据浏览184.4 利用数据控件捆绑文本框查找纪录20第五章 课程设计总结22参考文献23第一章 RFID的技术背景1.1 RFID技术及特点射频识别技术，简称电子标签、无线射频识别，是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术。RFID可通过无线电信号识别特定目标并获取相关的数据信息，即无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID的识别工作不需要人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。1.2 RFID技术发展简史无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID正在成为现实。在20世纪中，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。RFID技术的发展可按10年期划分如下： 19411950年。雷达的改进和应用催生了RFID技术，1948年奠定了RFID技术的理论基础。 19511960年。早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 19611970年。RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 19711980年。RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术测试得到加速。出现了一些最早的RFID应用。 19811990年。RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。 19912000年。RFID技术标准化问题日趋得到重视，RFID产品得到广泛采用，RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分。 2001至今。标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、 无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。 RFID技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID正在成为现实。从全球范围来看，美国已经在RFID标准的建立、相关软硬件技术的开发与应用领域走在了世界的前列。欧洲RFID标准追随美国主导的EPC global标准。在封闭系统应用方面，欧洲与美国处在同一阶段。日本虽然已经提出UID标准，但主要得到的是本国厂商的支持，如果要成为国际标准还有很长的路要走。在韩国，RFID技术的重要性得到了加强，政府给予了高度重视，但韩国在RFID标准上扔模糊不清。中国人口众多，经济规模不断扩大，已经成为全球制造中心，RFID技术有着广阔的应用市场。近年来，中国已初步开展了RFID相关技术的研发及产业化工作，并在部分领域开始应用。中国已经将RFID技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理、公共交通以及生产过程管理等多个领域，但规模化的实际应用项目还很少。自2004年起，全球范围内掀起了一场RFID的热潮，包括沃尔玛、保洁、波音公司在内的商业巨头无不积极推动RFID技术在制造、零售、交通等行业的应用。RFID技术及应用正处于迅速上升的时期，被业界公认为是本世纪最有潜力的技术之一，它的发展和应用推广将是自动识别行业的一场技术革命。当前，RFID技术的应用和发展还面临一些关键问题与挑战，主要包括标签成本、标准制定、公共服务体系、产业链形成以及技术和安全等问题。1.3 RFID的特点RFID技术的主要特点是通过电磁耦合方式来传送识别信息，并且不受空间限制，可快速地进行物体跟踪和数据交换。由于RFID需要利用无线电频率资源，因此必须遵守无线电频率管理的诸多规范。具体来说，与同期或早期的接触式识别技术相比较，RFID还具有如下一些特点：（1）数据的读写功能，只通过RFID读写器，不需要接触即可直接读取射频卡内的数据信息获得数据，且一次可处理多个标签，也可以将处理后的数据状态写入电子标签；（2）电子标签的小型化和多样化，RFID在读取上并不受尺寸大小与形状之限制，不需要为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质；此外，RFID电子标签向小型化发展，便于嵌入到不同物品内，因此，可以更加灵活地控制物品的生产和流程，特别是在生产线的应用；（3）耐环境性，RFID最突出的特点是可以非接触读写（读写距离可以从十厘米至几十米）、可识别高速运动物体，抗恶劣环境，且对水、油和药品等物质具有很强的抗污性，RFID可以在黑暗或脏污的环境之中读取数据；（4）可重复使用，由于RFID为电子数据，可以反复读写，因此可以回收标签重复使用，提高利用率，降低电子污染；（5）穿透性，RFID即便是被纸张、木材和塑料等非金属、非透明材质包覆，也可以进行穿透性通信，但是它不能穿过铁质等金属物体进行通信；（6）数据的记忆容量大，数据容量会随着记忆规格的发展而扩大，未来物品所需要携带的数据量会愈来愈大，对卷标所能扩充容量的需求也会增加，对此RFID将不会受到限制；（7）系统安全性，将产品数据从中央计算机中转存到标签上将为系统提供安全保障，大大提高系统的安全性。射频标签中数据的存储可以通过校验或循环校验的方法来得到保证。第二章 RFID系统结构2.1 RFID系统的组成RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，系统的组成会有所不同，但从RFID系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。下面分别加以说明： 一、信号发射机。在RFID 系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是标签（TAG）。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。标签一般是带有线圈、天线、存储器与控制系统的低电集成电路。按照不同的分类标准，标签有许多不同的分类。下面是标签的分类： （1）主动式标签和被动式标签。在实际应用中，必须给标签供电它才能工作，虽然它的电能消耗是非常低的（一般是百万分之一毫瓦级别）。按照标签获取电能的方式不同，可以把标签分成主动式标签与被动式标签。主动式标签内部自带电池进行供电，它的电能充足，工作可靠性高，信号传送的距离远。另外，主动式标签可以通过设计电池的不同寿命对标签的使用时间或使用次数进行限制，它可以用在需要限制数据传输量或者使用数据有限制的地方，比如，一年内，标签只允许读写有限次。主动式标签的缺点主要是标签的使用寿命受到限制，而且随着标签内电池电力的消耗，数据传输的距离会越来越小，影响系统的正常工作。被动式标签内部不带电池，要靠外界提供能量才能正常工作。被动式标签典型的产生电能的装置是天线与线圈，当标签进入系统的工作区域，天线接收到特定的电磁波，线圈就会产生感应电流，在经过整流电路给标签供电。被动式标签具有永久的使用期，常常用在标签信息需要每天读写或频繁读写多次的地方，而且被动式标签支持长时间的数据传输和永久性的数据存储。被动式标签的缺点主要是数据传输的距离要比主动式标签小。因为被动式标签依靠外部的电磁感应而供电，它的电能就比较弱，数据传输的距离和信号强度就受到限制，需要敏感性比较高的信号接收器（阅读器）才能可靠识读。 （2）只读标签与可读可写标签。根据内部使用存储器类型的不同，标签可以分成只读标签与可读可写标签。只读标签内部只有只读存储器ROM（READ ONLY MEMORY）和随机存储器RAM （RANDOM ACCESS MEMORY）。ROM用于存储发射器操作系统说明和安全性要求较高的数据，它与内部的处理器或逻辑处理单元完成内部的操作控制功能，如响应延迟时间控制，数据流控制，电源开关控制等。另外，只读标签的ROM中还存储有标签的标识信息。这些信息可以在标签制造过程中由制造商写入ROM中，也可以在标签开始使用时由使用者根据特定的应用目的写入特殊的编码信息。这种信息可以只简单地代表二进制中的“0”或者“1”，也可以象二维条码那样，包含复杂的相当丰富的信息。但这种信息只能是一次写入，多次读出。只读标签中的RAM用于存储标签反应和数据传输过程中临时产生的数据。另外，只读标签中除了ROM和ROM外，一般还有缓冲存储器，用于暂时存储调制后等待天线发送的信息。可读可写标签内部的存储器除了ROM、RAM和缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。这种存储器除了存储数据功能外，还具有在适当的条件下允许多次写入数据的功能。非活动可编程记忆存储器有许多种，EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）是比较常见的一种，这种存储器在加电的情况下，可以实现对原有数据的擦除以及数据的重新写入。 （3）标识标签与便携式数据文件。根据标签中存储器数据存储能力的不同，可以把标签分成仅用于标识目的的标识标签与便携式数据文件两种。对于标识标签来说，一个数字或者多个数字字母字符串存储在标签中，为了识别的目的或者是进入信息管理系统中数据库的钥匙（KEY）。条码技术中标准码制的号码，如EAN/UPC码，或者混合编码，或者标签使用者按照特别的方法编的号码，都可以存储在标识标签中。标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定的标识项目，如人、物、地点进行标识，关于被标识项目的详细的特定的信息，只能在与系统相连接的数据库中进行查找。 顾名思义，便携式数据文件就是说标签中存储的数据非常大，足可以看作是一个数据文件。这种标签一般都是用户可编程的，标签中除了存储标识码外，还存储有大量的被标识项目其它的相关信息，如包装说明，工艺过程说明等等。在实际应用中，关于被标识项目的所有的信息都是存储在标签中的，读标签就可以得到关于被标识项目的所有信息，而不用再连接到数据库进行信息读取。另外，随着标签存储能力的提高，可以提供组织数据的能力，在读标签的过程中，可以根据特定的应用目的控制数据的读出，实现在不同的情况下读出的数据部分不同。 二、信号接收机。在RFID系统中，信号接收机一般叫做阅读器。根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，阅读器的复杂程度是显著不同的。阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，阅读器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。阅读器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达阅读器的信息被正确的接收和译解后，阅读器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次，或者知道发射器停止发信号，这就是“命令响应协议”。使用这种协议，即便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签，也可以有效地防止“欺骗问题”的产生。三、编程器。只有可读可写标签系统才需要编程器。编程器是向标签写入数据的装置。编程器写入数据一般来说是离线（OFF-LINE）完成的，也就是预先在标签中写入数据，等到开始应用时直接把标签黏附在被标识项目上。也有一些RFID应用系统，写数据是在线（ON-LINE）完成的，尤其是在生产环境中作为交互式便携数据文件来处理时。四、天线。天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中，除了系统功率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收，需要专业人员对系统的天线进行设计、安装。2.1.1 RFID系统的组成框图2.2 RFID系统的原理2.2.1 基本工作原理标签与读卡器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。发生在读卡器和高频段标签之间的射频信号的耦合主要采用电感耦合，见图2.2.1.1。这是依据变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。2.2.1.1电感耦合电感耦合的原理是：两电感线圈在同一介质中，相互的电磁场通过该介质传导到对方，形成耦合。最常见的电感耦合就如变压器，即将一个波动的电流或电压在一个线圈（称为一次绕组）内产生磁场，在同一个磁场中的另外一组或几组线圈（称为二次绕组）上就会产生相应比例的磁场（与一次绕组和二次绕组的匝数有关）。变压器就是电感线圈耦合的经典杰作。电感耦合方式一般适合于高、低频工作的近距离RFID系统。典型的工作频率有125kHz、225kHz和13.56MHz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为10-20cm。2.2.2 耦合方式一、电感耦合方式变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律，如下图示：2.2.2.1 电感耦合方式二、反向散射耦合方式雷达原理模型，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。2.2.2.2反向散射耦合方式第三章 学生管理系统框图3.1 用RFID设计学生管理系统3.1.1 设计思路通过将RFID电子标签应用在学生身上，可以有效地完成学生身份的识别，具体学籍状况的查询，详细考勤查询、进出校园记录、操行记录及安全追踪等功能。3.1.2 设计内容及系统组成 利用RFID技术，结合运筹学、计算机网络技术、数据库技术等组成一个智能化的学生管理系统。系统主要包括： RFID设备(包括学生胸卡一电子标签、远距离RFID读卡器)、数据库管理系统等内部系统和查询系统等外部辅助系统以及实时短信息发送系统。 利用RFID卡的ID号全球唯一的特点，在每张学生胸卡中安装一张RFID卡，在数据库管理系统中将该卡的ID号与对应的学号进行关联；在校园、实验楼、教学楼、行动楼、宿舍、体育馆和图书馆等大门口安装一套远距离RFID读卡器，并对每一个读卡器进行编码。读卡器通过以太网控制器连接到远程的中央管理系统服务器：服务器数据库如图1所示，管理系统进行数据管理，并连接实时短信息发送系统，可及时汇总通过短信的方式发布通知，如各班上课，做实验的考勤数据给任课教师。3.1.3 主要技术指标 (1)学生通过各大门时，阅读器可采集电子标签内的数据(如姓名、班级等数据)，并记录是否迟到等； (2)感应距离3 m，最远可以达到80 m； (3)实现高速数据传输，数据采集时间05 s。3.2 天线的架设和标签的选择在学生通过各大门的地方架设天线，选择14443标签。当学生要通过各大门时，需刷卡才可通过。第四章 学生管理数据库的编写4.1 学生数据库的建立用ACCESS编写数据库，详细内容如下图所示：图4-1 学生信息数据库表表中，以“学生信息.MDB”保存，并设置姓名为索引。4.2使用数据控件捆绑网格浏览数据库将数据控件加入窗体中，把它的DatabaseName属性设置为要访问数据库的文件名。建立数据库与数据控件的联系后，还必须加入绑定控件。当一个绑定控件对象的DatabaseSource属性被设置为一个有效的绑定的名字，而且DataField属性被设置为数据库中的有效字段时，该对象与数据控件即与数据库绑定在一起，可以实现访问数据库的目的了。绑定控件的选择应适应所要获取的数据。1、网格控件的编写在操作界面的工具箱中单击右键，选择【部件】菜单项，然后选择【控件】选项卡中的【Microsoft FlexGrid Control 6.0】复选框，网格控件的可视化界面如下：图4-2 网格控件2、窗体布局的编写建立一个工程，在窗体中加入数据控件、网格控件及一个命令按钮（用于退出），如图4-3所示：图4-3 窗体布局数据控件属性的设置如图4-4所示：图4-4 数据控件属性的设置网格控件属性的设置如图4-5所示：图4-5 网格控件属性的设置设置完成后，运行工程，结果如图4-6所示：图4-6 运行结果4.3利用数据控件捆绑文本框进行数据浏览利用VB 6.0提供的标准文本框控件显示数据库中的数据，同时利用标签控件显示数据字段的名称。这种方法既能以只读方式浏览数据库，也可以修改数据库的内容。新建一个工程，然后将数据控件添加到窗体上。操作好的窗口如4-7所示：图4-7设置属性后的窗体界面有关“添加”、“查找”和“退出”三个控件的设置：1、“添加”控件的设置在操作界面选择Command Button，加到窗体界面，“添加”的可视化界面如图4-8所示：图4-8 “添加”的界面代码的编程如图4-9所示：图4-9 “添加”控件的代码2、“查找”控件的设置在操作界面选择Command Button，加到窗体界面，“查找”的可视化界面如图4-10所示：图4-10 “查找”的界面代码的编程如图4-11所示：图4-11 “查找”控件的代码3、“退出”控件的设置在操作界面选择Command Button，加到窗体界面，“退出”的可视化界面如图4-12所示：图4-12 “退出”的界面代码的编程如图4-13所示：图4-13 “退出”控件的代码把所以都设置好后，运行此工程，便可看到数据库中的信息。4.4 利用数据控件捆绑文本框查找纪录VB 6.0 提供了Recordset对象，代表在数据库中用户正在使用的数据字段。用户可以用Recordset对象属性和方法来查找、删除、和添加纪录。1、进行添加功能时，VB 6.0的窗体界面如图4-14所示：图4-14 添加功能界面图输入完整姓名后，点击“确定”，如果是在数据库查找范围之内，就会显示相应的查询结果；如果不在范围内，就会显示“对不起，不能发现要找的姓名”。显示结果如图4-15所示： 图4-15 显示结果图2、进行添加功能时，VB 6.0的窗体界面如图4-16所示：图4-16 添加功能截面图点击“确定后”，就按照相应的要求添加记录第五章 课程设计总结在本次课程设计中，不仅对RFID的技术背景和系统结构有所了解，也对RFID的应用有了更深的理解，并能在实际中加以运用。RFID技术和VB的结合使用，创建学生数据库管理系统，不仅对RFID技术有了深入的理解，同时也对VB有了更深的理解。创建窗体界面时，应该用ACCESS建立一个数据库，并设置其索引，把建立好的数据库在创