（光学工程专业论文）梅钢远程汽车称重控制系统优化.pdf

ad i s s e r t a t i o ni nv e h i c l ee n g i n e e r i n g t h e o p t i m i z a t i o no fl o n g d i s t a n c ev e h i c l e w e i g h t i n gs y s t e m i nm e is t e e lc o m p a n y b yw a n gp i n g s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rs o n gg u i q i u n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j a n u a r y2 0 0 8 1 j l 气 ， 古 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文 中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经 发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 一咿 学位论文作者签名：土争 1 日 期：纠，2 ，石 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用 学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同 意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： t；o，t_- 1，；。ir 1 l 、 ，i 东北大学硕士学位论文摘要 梅钢远程汽车称重控制系统优化 摘要 汽车衡是一种大型称重仪器，广泛应用于石油、化工、煤炭、冶金等行业，普通 的汽车衡是由人工操作，配备称重显示仪，需要人工记录车号，读取空车，重车并进 行净重计算。这种普通汽车衡称重仪器的主要缺点是一般需要多人工作，效率差，易 出错，自动化程度低，不适应现代企业管理方式。 本文首先分析了梅钢计量系统现状及存在的问题，结合物资流转的实际情况，给 出了将现场汽车衡改造为智能化远程职守系统的总体方案，即视频监控、网络控制， 语音对讲等技术相结合，将现场作业改为自动采集，操作人员在千里之外远程监控作 业过程。 本文接着对射频识别系统的组成及原理等方面进行了分析和研究，尤其是对本系 统所采用的超高频远距离射频识别系统进行了详细介绍。射频识别技术是一项新兴的 非接触的自动识别技术，与其它自动识别技术相比，该技术具有识别距离远、速度快 以及抗干扰能力强等优点。本文所设计的远程称重控制系统就是利用该技术来实现对 车辆身份的自动识别与信息采集。 然后本文结合现场设备控制和操作，分析了系统硬件的设计思路。把整个司秤系 统分为了称重控制模块、网络控制模块、视频语音模、信息提示模块、车位检测模块 和i 疆i d 识别模块，并具体分析了各个模块的硬件实现和协调控制，实现了计量站点 数据采集的自动化和计量数据传输的自动化。 最后介绍了远程称重控制系统软件。系统软件由运行控制系统和监控与通信系统 两个应用程序构成。运行控制系统主要负责控制系统外设进行车辆检测和识别，存储 采集信息，并在系统设备出现故障时记录相应的错误日志信息。称重监控与通信系统 是称重运行控制系统的守护进程，其主要功能是启动并监控运行控制系统的运行状 态，在发现运行控制系统出现异常时重新启动它并向后台数据中心汇报错误信息。在 本系统中采用面向对象的设计思想，对两个应用程序的各个模块的功能和程序流程进 行了设计。层次化和模块化的设计使得本系统的软件功能便于扩展。 本次论文所做的远程称重控制系统已经在梅钢称重系统中应用实施，实现了远程 监视，达到无入司秤的目的。此系统对各个行业远程称重系统，无论是在理论上还是 ：在实际工程中，都具有一定的参考价值。 关键词：远程职守；射频识别；汽车衡；数据库 i i f；，t-， _；，；jr j j t h e o p t i m i z a t i o no fl o n g d i s t a n c e v e h i c l e w e i g h t i n gs y s t e m i nm e is t e e lc o m p a n y a b s t r a c t a u t o m o b i l es c a l ei sak i n do fl m g ew e i g h i n gi ns t n l m e n tw i d e l yu s e di np e t r o l e m n i n d u s t 吼c h e m i c a l i n d u s t 吼c o a li n d u s t mm e t a l l u r g i c a li n d u s t 叫， e t c n o 姗a 1a u t o m o b i l e s c a l ew i t hs c a l em o n i t o ri sm a n a g e db ym a i 墩i n d t h ed i s a d v a n t a g eo f t h en o r m a l a u t o m o b i l ei st h a tm o r eh a n d sn e e d e d ，l o w e re m c i e n c y m o r em i s t a l ( e s ，l o w e re x t e n to f a u t o i m m u n i z a t i o n f i r s t l yt h i sp a p e ra n a l y s i s t h ea c t l l a l i t ya n dt h ep r o b l e me x i s t i nt h es y s t e mo f w e i g h t i n gs y s t e mi nm e is t e e lc o m p a n 【y c o m b i n ew i mp r a c t i c a l s i t u a t i o no fm a _ t e r i a l t r a i l s m i s s i o n ，t 1 1 1 i sp a p e rd e s i g nao v e r a l ls c h e m eo fr e b u i l dv e h i c l ew e i g h t i n gs y s t e m c o m b i n e rw i mm et e c h n o l o g yo fv i d e om o n i t o r n e t 、o r kc o n t r o l ，v o i c ed i a l o g u e ，t h i s p 印e rr e b u i l dt h el o c a lw o r kt oa u t o m a t i ci n f 0 衄a t i o nc o l l e c t i o n ，o p e r a t o rm o n i t o r t h ew o r k p r o c e d u r ei nf 缸a w a yd i s t a n c e s e c o n d l y ；t h i sp a p e ra n a l y z e st h ec o m p o n e n ta n dp r i n c i p l eo f r f i ds y s t e m ，e s p e c i a l l y o ft h eu h fl o n gr a n g er f i ds y s t e m ，h i c hi su s e di nt h el o n g - d i s t 锄c ev e l l i c l ew e i 曲t i n g s y s t e m r a d i o 丘e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ( r f i d ) i sab o o m i n gn e wt e c l l l l o l o g yo f a u t o m a t i c i d e n t i f i c a t i o n ，w h i c hh a sg o o dc h a r a c t e r i s t i c ， s u c ha s l o n gw o r kr a n g ea n ds t r o n g a n t i i n t e r f e r e n c ee t c c o m p a r e dw i t ho 也e ra u t o m a t i ci d e n t m c a t i o nt e c t m o l o g y t h e r e a l i z a t i o no fm el o n g d i s t a n c ev e h i c l e 、e i g h t i n gs y s t e mo fv e h i c l ei d e n t i f i c a t i o na n d i n f o r m a t i o nc o l l e c t i n gb a s e do nr f i d c o m b i n ew i t ht h ec o n t r o l l i n ga j l do p e r a t i n go ft h el o c a ld e v i c e ，t h i sp a p e ra n a l y s i st h e d e s i g no ft h eh a r d w a r eo fm es y s t e m t h i sp a p e rd i v i d et h es y s t e mh a r d w a u r ei n t o6p a r t s ： w e i g h t i n gc o n t r o lm o d u l e ，n e t w o r kc o n t r o lm o d u l e ，v i d e oa i l dv o i c em o d u l e ，i n f 0 彻a t i o n s h o w i n gm o d u l e ，v e h i c l ep o s i t i o nd e t e c t i o nm o d u l e ，a n dr f i ds y s t e ma n da n a l y s i st h e r e a l i z a t i o no fe a c hm o d u l ea n dc o m p o u n dc o n t r 0 1i nd e t a i l t h es y s t e mr e a l i z e dt h e a u t o m a t i o no fi n f o n n a t i o nc o l l e c t i o na n dt h ea u t o m a t i o no fd a t at r a n s m i s s i o n f i n a l l y ，t h ew e l ld e s i g n e ds o r w a r ec o n s i s t so ft w o 印p l i e dp r o g r a m so fo p e r a t i n g c o n t r o ls y s t e ma n ds u p e r v i s i n ga i l dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，m ef o 咖e ri sm a i n l yi nc h a r g e o fm et e s t i n g 龇l di d e n t i f y i n go ft h ev e h i c l e s ，t h ec 0 1 1 e c t i n g 锄ds t o r i n go fi n f o r m a t i o n w h i l ea st h ed e f e n d i n gp r o c e s so ft h eb a s es t a t i o no p e r a t i o nc o n t r o l ，t h e1 a t t e rh a st h em a i n 如n c t i o no fs t 眦i n ga n dm o n i t o r i n gt h ec o n d i t i o no fo p e r a t i o ns y s t e ma n dr e s t a r t i n gi ta n d s e n d i n gw r o n gi n f o r m a t i o nr e c o r dt ob a c k s 协g ed a t ac e n t r ew h e nd i s c o v e r i n gs o m e t h i n g 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t w r o n gw i t ht h eo p e r a t i o ns y s t e m o b je c t - o r i e n t e di sa d o p t e di nm ed e s i g l l i n go ft l l i ss y s t e m t l l el a y e 血ga 1 1 dm o d u l 撕z a t i o ni nt l l ed e s i g n i n gm a l ( ei te a s yt oe x p a n dt h ef u n c t i o no ft l l e s o 小a r ei nt l l i ss y s t e m t h eo p t i m i z a t i o no fl o n g d i s t a n c ev e h i c l e 、e i g h t i n gs y s t e mh a sb e e nu s e di nm e i s t e e lc o m p a n y ，t h es y s t e mh a sr e a l i z et h ep u 印o s eo fl o n g d i s t a n c eo p e r a t i o na n dm o n i t o r t 1 1 i sp a p e rh 嬲t l l ev a l u eo fs o m er e f e r e n c e si ne v e r yv o c a t i o nn o to n l ym e o 巧s u p p o r r tb u t i i la l s or e a lp r o j e c t k e yw o r d s ：l o n g - d i s t a n c eo p e r a t i o n ；r a d i o - 厅e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ；v e h i c l ew e i g h t i n g s y s t e m ；d a t a b a s e ， j - h，；，、 j j ， 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明。i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 电子称重技术现状和发展趋势1 1 1 1 电子称重技术l 1 1 2 汽车衡称重系统2 1 2 射频识别技术简介3 1 2 1 自动识别技术简介3 1 2 2 射频识别技术的发展现状4 1 2 3 射频识别技术分类6 1 2 4 射频识别技术的应用7 1 3 课题研究背景及主要研究内容9 1 3 1 目前存在的问题：9 1 3 2 与国际、国内先进水平的差距9 1 3 3 课题主要研究的内容及意义1 0 第2 章汽车衡智能称重控制系统设计_ 1l 2 1 汽车衡计量系统现状描述11 2 2 总体改造方案设计- 1 1 2 3 汽车衡应用功能设计1 3 2 3 1 系统概述1 3 2 3 2 业务流程概述1 3 2 3 3 汽车衡计量作业控制流程1 4 第3 章射频识别技术介绍_ 1 7 3 1 射频识别技术的基本概念及其工作原理1 7 3 2 射频识别技术的物理原理1 8 3 3 能量耦合2 0 3 4 数据侈输原理2 l 3 4 1 数据编解码与调制解调2 l 3 4 2 电子标签至射频卡读写器的数据传输2 2 v 东北大学硕士学位论文目录 3 5 数据传输的完整性和安全性2 4 3 6i 讧i d 系统组成2 4 3 6 1 射频卡读写器硬件构造1 2 7 3 6 2 电子标签硬件构造2 8 3 6 3 天线的技术要求3 0 3 7r f i d 的标准3l 第4 章远程称重系统硬件设计3 3 4 1 称重计量模块3 4 4 2 网络控制模块3 4 4 2 1 以太网控制器i o l o g i k e 2 2 1 0 主要参数3 5 4 2 2 以太网控制器i o l o g i l ( e 2 2 1 0 特点3 5 4 3 视频语音模块3 6 4 4 信息提示模块3 7 4 5 车位检测模块3 8 4 5 1 红外对射系统3 8 4 5 2 地感线圈简介4 0 4 6i 强i d 识别模块4 1 4 6 1 汽车电子识别标签：4 l 4 6 2i 心i d 读写器4 3 4 6 3r f i d 读写器天线4 4 第5 章远程称重系统软件设计_ “7 5 1 远程称重控制系统软件设计的基本要求4 7 5 2 远程称重控制系统程序整体框架4 9 5 2 1 汽车衡运行控制系统4 9 5 2 2 汽车衡监控与通信系统4 9 5 3 汽车衡运行控制系统的设计厶5 0 5 3 1 系统初始化模块设计5 0 5 3 2 系统配置信息管理及外设控制模块设计5 l 5 3 3 系统通信模块设计5l 5 3 4 远程称重控制系统运行状态管理模块设计。5 2 5 3 5 远程称重控制系统运行控制模块设计5 3 j 一 东北大学硕士学位论文目录 5 3 6 称重计量模块具体实现5 4 5 3 7 车辆状况探测模块具体实现：5 7 5 3 8 网络控制模块具体实现5 9 5 4 远程称重控制系统监控与通信系统的设计6 4 5 4 1 远程称重控制系统运行监控模块的设计6 4 5 4 2 数据通信模块设计6 5 5 5 系统的部分运行界面6 6 第6 章结论与展望6 9 6 1 全文总结j 6 9 6 2 本文的研究工作展望7 0 参考文献7 1 致谢7 5 t 一 j ，、 尹 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 第1 章绪论 随着梅钢钢铁产量和出口量的提高以及信息技术、计算机技术和网络技术的高速 发展，传统的钢铁行业称重计量和安全管理方式已发生了巨大的变化，普通的汽车衡 已经不适用于梅钢生产的现状。普通汽车衡配备称重显示仪，需要人工输入车辆信息， 读取空车，重车并进行净重计算。这种普通汽车衡称重仪器的主要缺点是需要多人工 作、效率差、易出错、自动化程度低、人员舞弊导致资源严重流失、管理成本高、司 秤员车载物资信息输入错误、以及称重秩序混乱，已经不适应现代企业管理方式。为 改进传统称重过程中的缺点，晟有效的办法就是采用远程汽车称重控制系统代替原有 的汽车衡进行称重工作。 远程汽车称重控制系统的称重过程完全由计算机系统公正地管理、控制及记录， 并且称重的各种信息可以使用射频识别技术被实时地监控，不仅可以做到车辆的自动 识别，数据采集自动化，避免的人工操作的差错，而且可提高车辆的出入效率，降低 秤房的管理成本。 基于射频识别技术的车辆自动识别系统在我国的研究和应用尚处在起步阶段。如 何能够高效、准确地识别并采集车辆信息，实现车辆识别自动化，是目前我国需要迫 切解决的问题之一。 本课题来源于梅山钢铁公司8 号汽车衡远程称重优化项目。 1 1 电子称重技术现状和发展趋势 1 1 1 电子称重技术 电子衡器一般是指装有电子装置的衡器。其种类繁多，且涉及到贸易结算和保护 广大消费者的利益。电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对加强企业 管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要的作用。 电子衡器具有反应速度快，测量范围广，应用面广，结构简单，使用操作方便，信号 远传，便于计算机控制等特点【l 】。 5 0 年代中期，电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。6 0 年代初期出现机电 结合式电子衡器以来，经过4 0 多年的不断改进和完善，我国电子衡器从最初的机电 结合型发展到现在的全电子型和数字智能型，我国电子衡器的技术装备和检测实验手 段基本达到国际9 0 年代中期水平，电子衡器制造技术及应用得到了新的发展：电子 称重技术从静态称重向动态称重发展；特别是对快速称重和动态称重的研究与应用1 2 1 。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距， 其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品 的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差。 通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发 展趋势是向小型化、模块化、集成化、智能化方向发展；其技术性能趋势是向速率高、 准确度高、稳定性高、可靠性高方向发展：其功能趋势是向称重计量的控制信息和非 控制信息并重的“智能化”功能发展；其应用性能趋向综合性和组合性【3 1 。 1 1 2 汽车衡称重系统 一 汽车衡称重系统是由汽车作为载体的称重系统。该称重系统简化了称重过程，使 称重过程在运输过程中完成，广泛应用于钢铁石油、冶金、化工等行业及港口、仓储 等部门。 电子汽车衡标准配置主要由承重传力机构( 秤体) 、高精度称重传感器、称重显示 仪表三大主件组成【4 1 ，由此即可完成汽车衡基本的称重功能，也可根据不同用户的要 求，选配打印机、大屏幕显示器、电脑管理系统以完成更高层次的数据管理及传输的 需要。 ( 1 ) 称重和传力机构：将物体的重量传递给称重传感器的机械平台，常见有钢结构 及钢混结构二种型式。 ( 2 ) 高精度称重传感器：是汽车衡的核心部件，起着将重量值转换成对应的可测电 信号的作用，它的优劣性直接关系到整台衡器的品质。 ( 3 ) 称重显示仪：用于测量传感器传输的电信号，再通过专用软件处理显示重量读 数，并可将数据进一步传递至打印机、大屏幕显示器、电脑管理系统。 ( 4 ) 打印机：用于打印重量数据表单。 ( 5 ) 大屏幕：用于远距离读数。 ( 6 ) 电脑管理系统：用于重量数据的进一步处理、储存、传输等。 目前我国电子汽车衡称重系统的精度可达到i i i 级标准，电子仪表具有自动调零、 去皮、累加、打印、皮重存储及远程通信等功能。但电子仪表内存空间有限，每次称 重后仅能记忆车号、净重，而且仅能记忆有限时间。其它信息，如货品名称、规格、 ： 单位名称( 收货或发货单位) 、司秤员等均需经专人手工记录。汽车衡称重系统信息量 大，手工操作很难实现称重信息查询、统计。 将计算机应用于汽车衡称重系统中，对称重信息进行管理，是汽车衡称重系统实 现信息管理自动化的必然趋势。在衡器领域应用微型计算机进行控制和管理，把称重 控制与信息管理融合在一起，通过建立数据库，存储各类数据，只须在可视界面下进 行简单操作，便可实现全面、复杂的综合控制与管理，使电子衡器发展适应新形式的 要求。 2 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 2 射频识别技术简介 1 2 1 自动识别技术简介 在我们的现实生活中，各种各样的活动或事件都会产生这样或那样的数据，这些 数据包括人、物质、财务的数据，也包括采购、生产和销售中的数据，这些数据的采 集与分析对于我们的生产或者生活决策来说十分重要。如果没有这些实际的数据支 持，生产和决策将成为一句空话，将缺乏现实基础。 在信息系统早期，相当一部分数据的处理都是通过人工手工录入的，这样不仅数 据量十分庞大，劳动强度大，而且数据误码率较高，也失去了实时的意义了。 为了解决这些问题，人们需要研究和发展了各种各样的自动识别技术( a u t o m a t i c i d e n t i f i c a t i o ns y s t e m ，a i s ) ，将人们从繁重且十分不精确的手工劳动中解放出来，提 高了系统信息的实时性和准确性，从而为生产的实时调整、财务的及时总结以及决策 的正确制定提供了正确的参考依据【5 】。在计算机信息处理系统中，数据的采集是信息 系统的基础，这些数据通过数据系统的分析和过滤，最终成为影响我们决策的信息。 自动识别技术就是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近 活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机系统做后续处理的 一种技术。自动识别技术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技 术，它是信息数据自动识别、自动输入到计算机的重要方法和手段。可以这么说，自 动识别技术是一种高度自动化的信息和数据采集技术。 随着科技的进步，自动识别技术由人们熟悉的条形码、i c 卡等技术己延伸发展出 许多不同的识别技术，并广泛应用于仓储、工厂、物流供应链、交通管理等系统中。 下面对一些常用的自动识别技术进行简要介绍和对以6 1 ，以说明本研究为何采用射频 识别技术来完成远程称重控制系统的设计。 ( 1 ) 条形码技术：条形码技术最早产生在2 0 年代，是迄今为止最经济、实用的一 种自动识别技术，它是一种二进制代码。这种代码以平行排列的线条和分割的间隙组 成了数据。这种条形码是按照事先规定的图序来排列的，并表示相关字符的数据元素。 由宽的和窄的线条或间隙组成的序列可以用数字或字母来解释。通过激光扫描读 出。即通过照射在黑色线条和白色间隙上的激光的不同反射来读出。 ( 2 ) i c 卡技术：1 9 7 0 年，法国人r o l a n dm o r e n o 第一次将可编程的i c 芯片封装在 卡片中，这样就诞生了世界上第一张i c 卡。i c 卡是将大规模集成电路封装在卡片中， 卡片上印有说明文字和图像。由于其内部具有集成电路，因此可以存储大量信息，具 有很好的保密性能，并且抗干扰、无磨损、寿命长。该技术广泛应用于各个领域，尤 其是金融业中的信用卡和现金卡。 从读写方式上i c 卡分为接触型和非接触型。两种卡的集成电路均密封在塑料卡 3 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 基片内部，可防水、防尘、防磁。接触型i c 卡刷卡时须将i c 卡放入读写器，读写完 毕后自动弹出卡片。刷卡速度慢，但是可靠性高，一般用于存储信息量大、读写操作 复杂的场合，例如在自动柜员机( a t m ) 使用信用卡或现金卡存取款。非接触型i c 卡上 设有射频信号接收器或红外线收发器，在几厘米范围内可以收发读写器信号，实现非 接触读写。卡上记录信息简单，读写要求不高，卡片可做成不同形状。一般用于身份 验证、电子门禁等场合。 ( 3 ) 射频识别技术：射频识别技术是一种非接触式自动识别技术，与上述的i c 卡 技术有着密切的关系。数据存储在电子标签中，通过磁场( 低频) 或电磁场( 高频) 实现射- 频电子标签和射频卡读写器之间非接触的数据交换。以上几种自动识别技术的比较如 表1 1 所示。 表1 1 几种自动识别技术优缺点 t a b l e1 1t h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g e0 fs o m ea u t o i d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y 对于车辆信息采集系统，要求车辆自动识别装置的通信距离要远，识别速度快， 数据的保密性好，还要能够适应各种恶劣的天气和环境。通过表1 1 可以看出，在对 车辆自动识别装置的选择上，射频识别系统有着其它识别系统无法比拟的优势，再加 上射频识别系统中数据载体的防污、防磨损性能很好，这有利于提高载体的重复使用 率，减少使用成本。 一 1 2 2 射频识别技术的发展现状 射频识别( r f i d ) 技术应该归结为雷达技术的发展及应用【7 】。自2 0 世纪4 0 年代雷 r 、 达发明以后，为了在荧光屏显示的雷达图像上区分敌机和我机，发明了敌我识别器( 二 次雷达) 。安装了敌我识别器的我方飞机收到雷达信号后，回复编码脉冲。我方雷达根 据收到的编码信号，识别敌我。1 9 4 8 年哈里斯托克曼发表的“c o m m u l l i c a t i o nb ym e a i l s o f r e n e c t e dp o w e r ”奠定了射频识别技术的理论基础。 后来，随着电子技术的发展，如晶体管集成电路、微处理芯片、通信网络等新技 术，拉开了r f i d 技术的研究序幕。在2 0 世纪6 0 年代发表了一系列的r f i d 技术论 4 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 文及专利文献。在国外，r f i d 的应用己于2 0 世纪6 0 年代应运而生，在2 0 世纪6 0 年代末出现了商用r f i d 系统：电子物品防盗系统( e l e c t r o n i ca n i c l es u n r e i l l a n c e ，简 称e a s ) 设备。e a s 被认为是r f i d 技术最早、且最广泛应用于商业领域的系统。 2 0 世纪7 0 年代，r f i d 技术成为人们研究的热门课题，各种机构都开始致力于 r f i d 技术的开发，出现了一系列的研究成果，并且将r f i d 技术成功应用于自动汽车 识别的电子计费系统、动物跟踪以及工厂自动化等。2 0 世纪8 0 年代是充分使用i 强i d 技术的1 0 年。虽然在世界各地开发者的方向有所不同，但是在美国、法国、意大利、 西班牙、挪威以及日本等国家都不同程度在不同应用领域安装使用了r f i d 系统。2 0 世纪9 0 年代到2 1 世纪初开始射频识别技术标准化问题日益得到重视，射频识别产品 得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。2 l 世纪后射频识别产品 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。 至今射频识别技术的理论得到丰富和完善，单芯片电子标签读写、多芯片电子标 签读写、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射频识别 技术与产品正在成为现实并走向应用。 特别值得一提的是在年美国麻省理工学院的d a v i db r o c k 博士和s a n j a ys a r 锄a 教 授，谈及物品自动识别技术手段问题时产生的从系统的角度来解决物品自动识别问题 的灵感，由此导致了供应链中物品自动识别概念的一次革命，并最终在1 9 9 9 年1 0 月 1 日正式创建a u t o i dc e n t e r 非盈利性的开发组织。a u t o i dc e n t e r 诞生后，迅速提出 了产品电子代码e p c ( e l e c t r o n i cp r o d u c tc o d e ) 的概念以及物联网的概念与构架，并积 极推进有关概念的基础研究与实验工作。可以说，e p c 与物联网的概念将射频识别技 术的应用推到了极致，对射频识别技术的发展与应用的推广起到了极大的推动作用。 射频识别技术的发展，一方面受到应用需求的驱动，另一方面射频识别技术的成 功应用反过来又将极大地促进应用需求的扩展。从技术角度说，射频识别技术的发展 体现在若干关键技术的突破。从应用角度来说，射频识别技术的发展目的在于不断满 足日益增长的应用需求。 随着技术的不断进步，射频识别产品的种类将越来越丰富，应用也越来越广泛。 可以预计，在未来的几年中，射频识别技术将持续保持高速发展的势头。射频识别技 术的发展将会在电子标签( 射频标签) 、射频卡读写器、系统种类等方面取得新进展。 在电子标签方面，电子标签芯片所需的功耗更低，无源标签、半无源标签技术更 趋成熟，其作用距离将更远，无线可读写性能也将更加完善，并且能够适合高速移动 物品识别，识别速度也将更快，具有快速多标签读写功能。与此同时，在强场强下的 自保护功能也会更加完善、智能性更强，成本更低。在射频卡读写器方面，多功能射 频卡读写器，包括与条码识别集成、无线数据传输、脱机工作等功能将被更多的应用。 同时，多种数据接口包括r s 2 3 2 、r s 4 2 2 4 8 5 、u s b 、红外、以太网口也将得到应用。 5 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 而射频卡读写器将实现多制式多频段兼容，能够兼容读写多种标签类型和多个频段标 签。射频卡读写器会朝着小型化、便携式、嵌入式、模块化方向发展，成本将更加低 廉，应用范围更加广泛【3 】。在系统方面，低频近距离系统将具有更高的智能性、安全 性，高频远距离系统性能将更加完善，成本更低。同时，无芯片系统将逐渐得到应用。 射频识别技术未来的发展中，在结合其它高新技术，比如g p s 、生物识别等技术， 由单一识别向多功能识别方向发展的同时，将结合现代通信及计算机技术，实现跨地 区、跨行业应用。 1 2 3 射频识别技术分类 射频识别系统有很多种类，它的分类方式也有很多种p j ： ( 1 ) 就射频识别系统的基本工作方式而言，可分为全双工( f d x ) 和半双工系统 ( h d ) ( ) ，以及时序系统( s e q ) 。 在全双工和半双工系统中，标签的应答响应是标签在射频卡读写器的识读区域内 充电到一定范围的情况下送出去的。因为与射频卡读写器本身的信号相比，标签的输 出信号在接收天线上是很弱的，所以必须使用合适的传输方法，以便把标签的信号与 射频卡读写器的信号区别开来。在实践中，人们对从标签到射频卡读写器的数据传输 使用负载调制，包括副载波的负载调制和射频卡读写器发射频率的谐波。 时序方法则与之相反，射频卡读写器的电磁场短时间周期地断开。这些间隔被标 签识别出来，并被用于从标签到射频卡读写器的数据传输。时序方法的缺点是在射频 卡读写器发送间歇时，标签能量供应中断，这就必须通过装入足够大的辅助电容器或 辅助电池进行补偿。 ( 2 ) 根据电子标签也就是射频卡的不同可分成可读写( r 呐卡、一次写入多次读出 ( w o r m ) 卡和只读( r o ) 卡三种。r w 卡一般w o r m 比r o 卡和卡贵得多，如电话卡、 信用卡等。一般情况下改写数据所花费的时间远大于读取数据所花费的时间( 常规为改 写所花费的时间为s 级，阅读花费的时间为m s 级) 。w o i m 卡是用户可以一次性写入 的卡，写入后数据不能改变，且比i 州卡要便宜。r o 卡存有一个唯一的号码，不能 篡改，保证了安全性。 ( 3 ) 根据调制方式的不同还可分为主动式和被动式。 ( a ) 主动式电子标签用自身的射频能量主动发送数据给射频卡读写器。 ( b ) 被动式的电子标签，使用调制散射方式发射数据。它必须利用射频卡读写器的 载波调制自己的信号，适宜在门禁或交通的应用中使用。因为射频卡读写器可以确保 只激活一定范围之内的电子标签。 ( 4 ) 根据功能而言，有的电子标签是具有防碰撞功能的。目前使用的多数射频系统 中，一次只能读写一个电子标签。电子标签之间要保持一定距离，确保一次只能有一 个卡在读写区域内。读写距离长，电子标签之间的距离就要大，应用起来很不方便。 6 ， 天 f ， 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 现在有的电子标签具有防碰撞的功能，这对于r f i d 系统来说十分重要。所谓碰撞是 指多个电子标签进入识别区域时信号互相干扰的情况。具有防碰撞性能的系统可以同 时识别进入识别距离的所有电子标签，它的并行工作方式很大提高了系统的效率。 ( 5 ) 通常情况下，射频识别系统的分类是根据射频识别系统的工作频率进行的。工 作频率就是射频卡读写器发送的频率也称载波频率。载波频率主要有3 个范围：低频 ( 3 0 k h z 一1 0 0 k h z ) 、高频( 3 m h z 一3 0 m h z ) 和超高频( 3 0 0 m h z 一3 g h z ) 。常见的典型工作频 率有低频1 2 5 k h z 与1 3 4 2 k h z 、高频1 3 5 6 m h z 、超高频4 3 3 m h z 、8 6 0 m h z 一9 3 0 m h z 、 2 4 5 g h z 等。 r f i d 的低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园 卡、煤气表、水表等；高频系统则用于需传送大量数据的应用系统；超高频系统应用 于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，在火 车监控、高速公路收费等系统中得到较好的应用【1 0 】。 1 2 4 射频识别技术的应用 r f i d 技术具有很多突出的优点实现了无源和免接触操作，应用便利，无机械磨 损，寿命长，具有无直接对最终用户开放的物理接口，能更好地保证数据的安全性； 数据安全方面除了电子标签的密码保护外，数据部分可用一些算法实现安全管理，读 写器与射频卡之间也可相互认证，实现安全通信和存储；总体成本一直处于下降之中， 越来越接近接触式i c 卡的成本，甚至更低，为其大量应用奠定了基础；应用领域也 非常宽，r f i d 技术己经在物流管理、生产线工位识别、绿色畜牧业养殖个体记录跟 踪、汽车安全控制、身份证、公交等领域大量成功应用。 射频识别技术以其独特的优势，逐渐的被广泛应用于工业自动化、商业自动化和 交通运输控制管理等领域：随着大规模集成电路技术的进步以及生产规模的不断扩 大，射频识别产品的成本将不断的降低，其应用将越来越广泛。表1 2 列举了射频识 别技术几个典型的应用l l 。 射频识别技术在国外发展非常迅速，射频识别产品种类繁多【l2 1 。在北美、欧洲、 大洋洲、亚太地区及非洲南部，射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、 交通运输控制管理等众多领域：汽车、火车等交通监控；高速公路自动收费系统；停 车场管理系统；物品管理流水线；生产自动化；安全出入；检查仓储管理；动物管理； 车辆防盗等。而在我国，由于射频识别技术起步较晚