（机械电子工程专业论文）基于at89s51和cc1100射频识别阅读器的设计与研究.pdf

山东轻工业学院硕士学位论文 摘要 无线射频识别技术( r f i d ) 作为本世纪最有发展前途的信息技术之一，已 得到全球业界的高度重视。它利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识 别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰强、操作快 捷等许多优点。 本文介绍r f i d 的发展历程、国内外r f i d 产业发展现状、i s o i e c 技术标 准和e p cg l o b a l 技术标准，对射频识别在物流中应用的优势作了研究。根据r f i d 系统完成的功能不同，把r f i d 系统分成四种类型。并以“麦德龙未来商店 为 例，研究如何使用以第二代超高频标准为基础的保点系统、i m p i n j 和r e v a 系 统，推出首个从供应商到店内销售点采用r f i d 技术方案的问题。 运用a t 8 9 s 5 1 和射频收发器c c l l 0 0 ，设计一种简单的价格低廉的阅读器。 画出阅读器各个部分的硬件电路图，设计出总电路图。最后对单片机主体部分进 行仿真。 本文对阅读器和标签通信的编码形式进行研究，在单片机进行发送接收数据 时根据编码形式进行数据转换。根据c c l l 0 0 发送数据的特点，以及阅读器与标 签通讯过程的要求，选择合适的t a d 、l f 、d r ，计算出通讯时的t r c a l 、r t c a l 值等，设计出单片机阅读标签时的流程图。 编写一个与单片机通讯的软件。编写串口通信程序，并在主界面上添加组合 框，用来选择串口通讯的参数；编写命令按钮和命令参数窗口，命令参数窗口用 来改变命令的参数；对所编写的程序进行验证。 对阅读器整体性能进行分析。 关键词：r f i d ；物流；a t 8 9 s 5 1 ；c c l l 0 0 ；阅读器 山东轻工业学院硕士学位论文 a b s t r a c t r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ( r f i d ) ，邪t h i s c e n t u r y sm o s tp r o m i s i n g i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g i e s ，h a sb e e na t t a c h e dg r e a ti m p o r t a n c et ot h eg l o b a li n d u s t r y r f i dr e p r e s e n t san o n c o n t a c tm e t h o df o rd a t at r a n s f e ri no b j e c ti d e n t i f i c a t i o n , h a st h e a d v a n t a g e s o fh i 曲a c c u r a c ya n da b i l i t yt o a d a p tt ot h ee n v i r o n m e n t , s t r o n g a n t i - j a m m i n g ，f a s to p e r a t i o na n ds oo n t h i sa r t i c l ed e s c r i b e st h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so ft h er f i d ，r f i di n d u s t r ys t a t u s q u oa th o m ea n da b r o a d ，i s o i e ct e c h n i c a ls t a n d a r d sa n dt e c h n i c a ls t a n d a r d sf o r e p cg l o b a l ，t h ea d v a n t a g e so fr f i da p p l i c a t i o n si nl o g i s t i c s r f i ds y s t e m si n a c c o r d a n c e 、耐t ht h ef u n c t i o n so fd i f f e r e n tr f i ds y s t e m sc a l lb ed i v i d e di n t of o u r t y p e s a n d ”m e t r of u t u r es t o r e ，”f o re x a m p l e ，t os t u d yh o wt ou s eu l t r a - r a g h f r e q u e n c ys e c o n dg e n e r a t i o ns t a n d a r d s b a s e dc h e c k p o i n ts y s t e m s ，n n p m ja n dr e v a s y s t e m s ，t h ei n t r o d u c t i o no ft h ef i r s ts u p p l i e rt ot h ep o i n t - o f - s a l es h o pu s i n gr f i d t e c h n o l o g yt h ep r o b l e m t h i sa r t i c l eh a sd e s i g n e do n ek i n do fs i m p l el o w - c o s tr e a d e r , u s i n ga t 8 9 s 51a n d r a d i of r e q u e n c yt r a n s c e i v e rc c110 0 p r o t e ls o f t w a r eu s e dt od r a wt h er e a d e r h a r d w a r ec i r c u i t r y , a n dp r o t e u sw e r et h em a i np a r to ft h es i n g l e c h i ps i m u l a t i o n t h i sa r t i c l eh a ss t u d i e dt h ee n c o d e df o r mo fc o m m t m i c a t i o nb e t w e e nr e a d e r s a n dt a g s ，s o 嬲t od a t ac o n v e r s i o nf o r s i n g l e - c h i p i na c c o r d a n c ew i t ht h e c h a r a c t e r i s t i c so fc cll0 0s e n dd a t a , a sw e l la st h et a gr e a d e rc o m m u n i c a t i o np r o c e s s ， c h c i o s e dt h er i g h tt a f t ，l f , d c a l c u l a t e dt h et i m eo fc o m m u n i c a t i o nt r c a l ，r t c a l v a l u e ，h a sd e s i g n e dt h es i n g l e c h i pr e a d i n gl a b e l sf l o wc h a r t t h i sp a p e rh a sc o m p i l e do n es o f t w a r ew h i c hc o u l dc o m m t m i c a t i o nw i t ht h e s i n g l e - c h i p c o m p i l e st h es e r i a lp o r ts i g n a lp r o c e d u r e ，a n da d dc o m b ob o xi nt h e m a i ni n t e r f a c et os e l e c ts e r i a lp o r tc o m m u n i c a t i o np a r a m e t e r ；t h e nh a sc o m p i l e dt h e c o m m a n db u t t o na n dt h ec o m m a n dp a r a m e t e rw i n d o w , t h ec o m m a n dp a r a m e t e r w i n d o wb s e st o c h a n g et h ec o m m a n dp a r a m e t e r ；f i n a l l y h a sc a r r i e do nt h e c o n f m n a t i o nt ot h ep r o c e d u r e h a sm a d et h ea n a l y s i st ot h em i c r o r e a d e ro v e r a l lp e r f o r m a n c e k e y w o r d s ：r f i d ；l o g i s t i c s ；a t 8 9 s 51 ；c c 110 0 ；r e a d e r 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文 中引用他人的成果，均己做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或 成果，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。 论文作者签名：j 矛乒辑 日期：幺艘望年互月呈幼 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工 业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为山东轻工业学院。 论文作者签名： 塑笙至 导师签名： 山东轻工业学院硕士学位论文 1 1 选题意义 第1 章绪论 无线射频识别技术( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ，r f i d ) 是2 0 世纪9 0 年 代兴起的一项非接触式自动识别技术【1 】。它利用射频方式进行非接触双向通信， 以达到自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干 扰强、操作快捷等许多优点1 2 j 。 目前常用的自动识别技术中，条码和磁卡的成本较低，但是都容易磨损，且 数据量很小【3 】；接触式i c 标签的价格稍高些，数据存储量较大，安全性好，但 是也容易磨损，寿命短；而射频标签实现了免接触操作，应用便利，无机械磨损， 寿命长，无需可见光源，穿透性好，抗污染能力和耐久性强1 4 1 ，而且，可以在恶 劣环境下工作，对环境要求低，读取距离远，无需与目标接触就可以得到数据， 支持写入数据，无需重新制作新的标签，可重复使用，并且使用了防冲撞技术， 能够识别高速运动物体并可同时识别多个射频标签1 5 j 。 近年来，无线射频识别技术在国内外发展很快，r f i d 产品种类很多，像1 r i 、 m o t o r o l a 、p h i l i p s 、m i c r o c h i p 等世界著名厂家都生产r f i d 产品，并且各有特点， 自成系y u t 6 】。r f i d 已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，例如汽车或火车等的交通监控系统、高速公路自动收费系统、物 品管理、流水线生产自动化、门禁系统、金融交易、仓储管理、畜牧管理、车辆 防盗等【7 1 。随着成本的下降和标准化的实施，r f i d 技术的全面推广和普遍应用 将是不可逆转的趋势【8 j o 1 2r fid 简介 1 2 1r f ld 发展历程 射频识别早已引起人们很大的关注，因为它在不接触物体进行识别方面有很 大的应用潜力，并能被用在各种不同的行业【9 】。然而在射频识别广泛应用之前必 须解决技术和成本的问题。射频识别技术源于二次世界大战从敌机群中识别出自 己飞机的技术【10 1 。1 9 4 8 年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯【1 1 1 奠 定了射频识别r f i d 的理论基础。第一个射频专利的获得者是c h a r l e sw a l t o n ， 作为一个i b m 研究员，他的专利是用无线电通讯进行锁门。 r f i d 直接继承了雷达的概念，并由此发展出一种生机勃勃的a i d c 新技术 第1 章绪论 _ r f i d 技术。在2 0 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。r f i d 技术的发展可按1 0 年期划分如下【1 2 】： 1 9 4 1 - 1 9 5 0 年。雷达的改进和应用催生了r f i d 技术，1 9 4 8 年奠定了r f i d 技术的理论基础； 1 9 5 1 1 9 6 0 年。早期r f i d 技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究； 1 9 6 1 1 9 7 0 年。r f i d 技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试； 1 9 7 1 - 1 9 8 0 年。r f i d 技术与产品研发处于一个大发展时期，各种r f i d 技 术测试得到加速，出现了一些最早的r f i d 应用； 1 9 8 1 1 9 9 0 年。r f i d 技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出 现； 1 9 9 1 - - - 2 0 0 0 年。r f i d 技术标准化问题日趋得到重视，r f i d 产品得到广泛 采用，r f i d 产品逐渐成为人们生活中的一部分； 2 0 0 1 至今。标准化问题日趋为人们所重视，r f i d 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。 r f i d 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r f i d 正在成为 现实。 1 2 2 国内外r f ld 产业发展现状 ( 1 ) 国外r f i d 产业发展现状 由于r f i d 技术具有高速移动物品识别、多目标识别定位跟踪和非接触识别 等特点，r f i d 日益显示出巨大的发展潜力与应用空间，被认为是2 1 世纪最有发 展前途的信息技术之一。 随着r f i d 技术的不断完善和成熟，r f i d 技术在发达国家已经应用于车辆 自动识别电子收费系统、公共交通、医药、零售、物流、金融等领域。特别是自 2 0 0 3 年开始，美国国防部、美国食品及药物管理局、世界零售巨头沃尔玛和麦 德龙等纷纷强制其供应商应用r f i d 技术，更是极大地推动了r f i d 技术与应用 的发展进程。据世界级专业权威机构i d g 预测，r f i d 技术将在未来2 5 年开始 大规模应用，到2 0 1 0 年全球r f i d 市场规模将达到2 7 0 亿美元。 ( 2 ) 我国r f i d 产业发展现状 近年来，r f i d 产业已成为我国电子信息产业中最具发展潜力的新的经济增 长点。在国家有关政策和资金的支持下，r f i d 产业在我国取得了迅速发展。 为指导和促进我国i u i d 产业发展，2 0 0 6 年6 月9 日，由科技部会同国家发 改委、商务部、信息产业部等1 5 个部委联合编写的中国射频识别( r f i d ) 技 2 m 末轻i n 学院硕学位论文 木政策自皮书正式以国家技术产业政策的形式对外公布，随后，科技部确定了 国家先进制造技术“8 6 3 计划”中的1 9 个方面的课题的专项资金，共计i2 8 亿 元，支持r f i d 技术在我国的研发与应用：国家发改委在2 0 0 6 、2 0 0 7 、2 0 0 8 年 连续三年确定r f i d 产业为信息领域重点支持的关键产业，并给予项目支持。信 息产业部在2 0 0 7 年正式发布8 0 0 9 0 0 m h z 频段射频识别( 1 l f i d ) 技术应用规定 的通知，规划了8 0 0 9 0 0 m h z 频段r f i d 技术的具体使用频率，扫除了r f i d 正 式商用的技术障碍，为r f m 大规模普及提供了重要保障。国家切实可行的政策 指导规划和实实在在的项目支持，极大地促进了r f i d 产业的发展，我国p d ：i d 发展进入了快车道。 在r f i d 标准制定方面，国家标准制定正在有序进行，引导整个r f i d 产业 规范、全面发展。我国重点在数据编码、数据管理与交换、频率配置等方面制定 r f i d 标准，并已有一定的基础：制定了集成电路卡模块技术规范、建设事 业i c 卡应用技术等应用标准，并且得到了广泛应用；在技术标准方面，依据 i s o 仃e c l 5 6 9 3 系列标准已经基本完成国家标准的起草工作，参照1 s o i e c1 8 0 0 0 系列标准制定国家标准的工作己列入国家标准制定计划。 在r f i d 产业发展方面，我国已经初步形成了比较完善的r f l d 产业链，推 动了r f i d 市场规模快速增长，r f l d 应用领域不断扩大。在r f i d 硬件方面，已 具有自主开发、生产低频、高频电子标签与读写器的技术能力，超高频、微波技 术的研发与应用也在稳步进行中，标签、读写器设计与制造企业达数十家；在 r f i d 软件和系统集成方面，其产值比重逐年增加，现已拥有r f l d 应用系统软 件开发和系统集成企业逾干家；在k f i d 服务方面，提供k f i d 标准、咨询、培 训、解决方案和管理维护等支持服务的r f i d 公共技术支持中心已经在各地建设 和完善。2 0 0 7 年我国r f i d 产业结构如图i1 所示。 标整及 装， 封 芯片， 软件与系 统集成 m 器张磬 3 04 o o02 图1 l2 0 0 7 年我国r f i d 产业结构 2 0 0 4 年至2 0 0 6 年三年，我国r f i d 市场规模分别以2 3 45 、1 7 8 、1 0 96 的速度高速发展，到2 0 0 7 年市场规模达到8 06 亿元( 如图12 所示) 。今年第一 季度，国内r f i d 市场规模达到1 84 亿元，与去年同期相比增长4 26 。主要应 用领域有身份识别( 第二代居民身份证) 、交通运输、物流、物流管理等领域。北 京、上海、广州、厦门、深圳、武汉等1 0 余个城市已经把r f i d 产业作为经济 第1 章绪 论 新的经济增长点重点打造，已经取得了令人瞩目的成绩。在去年奥运会和2 0 1 0 年世博会大规模应用r f i d 技术的推动下，在各级政府在政策、资金上的大力支 持和地方具体项目的推动下，必将在门禁、物流、医疗卫生、食品安全等领域掀 起r f i d 技术新的应用热潮，我国r f i d 产业发展也必将会更好、更快、更健康 地发展。 l 们 约 0 2 0 0 42 0 0 5 2 0 0 62 0 0 7 证) 2 5 0 薯 2 1 5 0 t 1 0 0 5 5 暇 0 图1 22 0 0 4 - 2 0 0 7 我国r f i d 产业市场规模 1 2 3r f ld 通用技术标准 超高频射频识别系统的协议目前有很多种，主要可以分为两大协议制定者： 一是i s o ( 国际标准化组织) ，二是e p cg l o b a l 。i s o 组织目前针对超高频) 频段制定了射频识别的协议i s o1 8 0 0 0 61 1 4 1 5 j 协议，而e p cg l o b a l 组织则制定 了针对产品电子编码( e l e c t r o n i cp r o d u c tc o d e ) 超高频射频识别系统的标准【l 毛r 7 1 8 】。目前，在超高频射频识别系统中的两大标准化组织有融合的趋势，e p cc l a s s 1g e n e r a t i o n2 标准可能会变成i s o1 8 0 0 0 6 标准的t y p ec 。 ( 1 ) i s o i e c 技术标准 i s o i e c 是信息技术领域最重要的标准化组织之一。i s o i e c 认为r f i d 是 自动身份识别和数据采集的一种很好手段，制定r f i d 标准不仅要考虑物流领域 的单品标识，还要考虑电子票证、物品防伪、动物管理、食品与医药管理、固定 资产管理等应用领域【1 9 1 。基于这种认识，i s o i e c 联合技术委员会j t c 委托s c 3 1 子委员会，负责所有r f i d 通用技术标准的制定工作，也即对所有r f i d 应用领 域的共同属性进行规范化；委托各专业委员会负责应用技术标准的制定，如i s o t c l 0 4s c 4 负责制定集装箱系列r f i d 标准的制定，i s ot c2 3s c l 9 负责制定动 物管理系列r f i d 标准，i s ot c l 2 2 和i s ot c l 0 4 组成的联合工作组制定物流与 物流系列应用标准【2 0 j 。 i s o i e c 的通用技术标准可以分为数据采集和信息共享两大类【2 1 1 ，数据采集 类技术标准涉及标签、读写器、应用程序等，可以理解为本地单个读写器构成的 简单系统，也可以理解为大系统中的一部分，其层次关系如图1 3 所示；而信息 4 山东轻工业学院硕士学位论文 共享类就是r f i d 应用系统之间实现信息共享所必须的技术标准，如软件体系架 构标准等。 应用程序 上t 1 5 9 6 1 命令与响应 t上t上 1 5 9 6 2 协议处 2 4 7 5 3 协议处理 t上t上 l1 5 9 6 2 标签驱动2 4 7 5 3 传感器驱动 t上上t l1 8 0 0 0 - n 空中接口协议 上t i1 5 9 6 3 标签编码 图1 3i s or f i d 标准体系框图 在图1 3 中，左半图是普通r f i d 标准分层框图，右半图是从2 0 0 6 年开始制 定的增加辅助电源和传感器功能以后的r f i d 标准分层框图。它清晰地显示了各 标准之间的层次关系，自底而上先是r f i d 标签标识编码标准i s o i e c1 5 9 6 3 ， 然后是空中接口协议i s o i e c1 8 0 0 0 系列，i s o i e c1 5 9 6 2 和i s o i e c2 4 7 5 3 数据 传输协议，最后i s o i e c1 5 9 6 1 应用程序接口。与辅助电源和传感器相关的标准 有空中接口协议、i s o i e c2 4 7 5 3 数据传输协议以及i e e e1 4 5 1 标准。 ( 2 ) e p c g l o b a l 技术标准 e p c g l o b a l 成立于2 0 0 3 年1 1 月1 日，是一个中立的非盈利标准化组织，它 继承了e a n 巾c c 与产业界近3 0 年的成功合作传统，其前身是1 9 9 9 年1 0 月1 日在美国麻省理工学院( m i t ) 成立的非盈利性组织a u t o i d 中心瞄j 。e p c g l o b a l 技术标准 2 3 1 ，由全球6 0 多家顶级公司开发的并达成一致用于满足终端用户需求 的标准，是在现有4 个标签标准的基础上整合并发展而来的。这4 个标准是：英 国大不列颠科技集团( b t g ) 的i s 0 1 8 0 0 0 6 a 标准，美国i n t e r m e c 科技公司 ( i n t e r m e ct e c h n o l o g i e s ) 的i s 0 1 8 0 0 0 6 b 标准，美国m a t r i c s 公司( 近期被美国 s y m b o l 科技公司收购) 的c l a s s0 标准，a l i e nt e c h n o l o g y 公司的c l a s s1 标准。 与第一代标准相比具有无可比拟的优越性，能够在高密度读写器的环境中工作， 符合全球管制条例，标签读取正确率较高，读取速度较快，安全性和隐私功能都 有所加强，它克服了e p c g l o b a l 以前c l a s s 0 和c l a s s l 的很多限制。 2 0 0 4 年1 2 月1 6 日，非盈利性标准化组织1 p c g l o b a l 批准了向e p c g l o b a l 5 第1 章绪论 成员和签订了e p c g l o b a li p 协议的单位免收专利费的空中接口新标准_ e p c g e n 2 ，这一标准是无线射频识别( r f i d ) 技术、互联网和产品电子代码( e p c ) 组成的e p c g l o b a l 网络的基础。e p cg e n2 的获批对于r f i d 技术的应用和推广 具有非常重要的意义，它为在物流应用中使用的u h fr f i d 提供了全球统一的标 准，给物流行业带来了革命性的变革，推动了物流管理和物流管理向智能化方向 发展。 详细来讲，u h fg e n 2 协议标准的优点主要如下： 这是一个开放的标准 e p c g l o b a l 批准的u h fg e n 2 标准对e p c g l o b a l 成员和签订了e p c g l o b a li p 协议的单位免收专利费，允许这些厂商着手生产基于该标准的产品，如标签和读 写器。这意味着更多的技术提供商可以据此标准在不交纳专利授权费的情况下生 产符合供应商、制造商和终端用户需要的产品，也减少了终端用户部署r f i d 系 统的费用，可以吸引更多的用户采用r f i d 技术。同时，人们也可以从多种渠道 获得标签，进一步促进了标签价格的降低。据预测，符合标准的商业化的产品将 在明年上半年上市。 尺寸缩小、存储容量增大、设置了专门的口令 芯片尺寸可以缩d , 至t j 现有版本的一半到三分之一，从而进一步扩大了其使用 范围，满足了多种应用场合的需要，例如芯片可以更容易地缝在衣服的接缝里， 夹在纸板中间，成型在塑料或橡胶内，整合在顾客的包装设计中。最近，日立欧 洲公司已研制出尺寸仅有0 3 m m 见方的小标签，薄得就像人的头发丝一样，能 很容易地嵌入钞票的内部。嵌入钞票内部的标签可以记录下钞票流通过程中的历 史信息，这样就为政府和执法机构提供了一种逐一跟踪“钱”的每笔交易的一种手 段。 标签的存储能力也增加了，g e n 2 标签在芯片中有9 6 字节的存储空间，为了 更好的保护存储在标签和相应数据库中的数据，在u n c o n c e a l ( 公开) 、u n l o c k ( 解锁) 和k i l l ( 灭活) 指令中都设置了专门的口令，使得标签不能随意被公 开、解锁和灭活。标签具有了更好的安全加密功能，保证了在读写器读取信息的 过程中不会把数据扩散出去。 保证了各厂商产品的兼容性 目前r f i d 存在两个技术标准阵营，一个是总部设在美国麻省理工学院的 a u t o i d c e n t e r ，另一个是日本的u b i q u i t o u s l d c e n t e r ( u i d ) 。日本u i d 标准和欧 美的e p c 标准在使用无线频段、信息位数和应用领域等都存在着诸多差异。例 如日本的r f i d 采用的频段为2 4 5 g h z 和1 3 5 6 m h z ，欧美的e p c 标准采用的是 u m 频段，如9 0 2 m h z 9 2 8 m h z ；日本的电子标签的信息位数为1 2 8 位，e p c 6 山东轻工业学院硕士学位论文 标准的位数为9 6 位；日本的电子标签标准可用于库存管理、信息发送与接收以 及产品和零部件的跟踪管理等，e p c 标准侧重于物流管理、库存管理等。由于标 准的不统一，导致了产品不能互相兼容，给r f i d 的大范围应用带来了困难。 删fg e n 2 协议标准的推出，保证了不同生产商的设备之间将具有良好的兼 容性，也保证了e p c g l o b a l 网络系统中的不同组件( 包括硬件部分) 之间的协调 工作。 设置了“灭活”指令( 飚1 1 ) 新标准使人们具有了控制标签的权力，即人们可以使用k i l l 指令使标签自行 永久失效以保护隐私。如果不想使用某种产品或是发现安全隐私问题，就可以使 用灭活指令( h 1 1 ) 停止芯片的功能，有效的防止芯片被非法读取，提高了数据 的安全性能，减轻了人们对隐私问题的担忧。被灭活的标签在任何情况下都会保 持被灭活的状态，不会产生调制信号以激活射频场。 更广泛的频谱与射频分布 u h fg e n 2 协议的频谱与射频分布比较广泛，这一优点提高了u 口的频率 调制性能，减少了与其他无线电设备的干扰问题。这一标准还解决了r f i d 在不 同国家不同频谱的问题。 除以上列举的5 点外，基于g e n 2 标准的读写器还具有较高的读取率( 在较 远的距离测试具有将近1 0 0 的读取率) 和识读速度的优点。与第一代读写器相 比，识读速率要快5 1 0 倍。基于新标准的读写器每秒可读1 5 0 0 个标签，这使 得通过应用r f i d 标签可以实现高速自动化作业。读写器还具有很好的标签识读 性能，在批量标签扫描时避免重复识读，而且当标签延后进入识读区域，仍然能 被识读，这是第一代标准所不能做到的。 另外，同g e n0 和g e n1 相比，g e n2 还提供了更多的功能。比如说，它可 以在配送中心高密度的读写器环境下工作。不仅如此，g e n2 还可以允许用户对 同一个标签进行多次读写( g e n0 只允许进行识读操作，g e n1 允许多次识读， 但只能写一次，即w o r m ) ； 由于e p c g l o b a lg e n 2 协议标准具有以上这些优越性，再加上免收专利税的 政策，这无疑会有利于r f i d 技术在全球的推广应用，有利于吸引更多的生产商 研究利用这项技术提高其商业运作效率。同时，这一全球统一标准的采用还可以 减少测试和发生错误的次数，这必将会为大型零售商和其供货商带来可观效益。 负责推动这项标准的e p cg l o b a lu s 总裁m i k em e r a n d a 说：“它能减少零售商支 持r f i d 的成本，也可降低他们所有供货商的成本。他们的设备将可以通用，并 发挥较高的效能”。 相信e p c g l o b a lg e n 2 协议作为全球统一的新标准一定会加速r f i d 技术的开 7 第1 章绪论 发和在全球的广泛应用；一定会给全球带来巨大的经济效益和社会效益。 1 2 4 射频识别潜在的优势 关于物流概念起源的考证和研究还没有统一的结论。有的学者认为，物流的 概念( 1 0 9 i s t i c s ) 最早起源于二次世界大战中的美国瞅以引。也有学者认为1 9 0 1 年约 翰格鲁威尔j e c n o w e l l 在美国政府工作报告中第一次论述了对农产品配送成 本产生影响的各种因素，揭开了人们对物流认识的序幕1 2 6 】。在国内的一些论著 中，大都把物流理解为物质资料在商品流通过程中的运动。例如，经济与管理 大辞典写道：“物流，物资在卖方与买方之间实物形态上的流动过程【2 7 】。 吴 润涛研究员和王之泰教授认为，“物流是物质资料的流动1 2 8 】 、“物流是指物质资 料从供给者到需求者的物理性运动，主要是创造一定的时间价值和场所价值，有 时也创造一定的加工价值 2 9 1 。1 9 9 7 年原国内贸易部产业发展司决定对物流的定 义展开研究。因为物流术语关系其他很多相关行业，经国家科委、国家技术监督 局批准作为国家标准研究项目，先后由北京工商大学、中国物资流通协会物流技 术经济委员会牵头，由北京工商大学、北京物资学院、北方交通大学、华中科技 大学以及一些企业参加进行了中华人民共和国国家标准。物流术语的编制工 作。中国的物流术语标准数易其稿，充分说明统一人们对物流的认识的难度和复 杂性。中国的物流术语标准将物流定义为【3 0 j ： 物品从供应地向接收地的实体流动中，根据实际需要，将运输、储存、装卸、 搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等功能有机结合来实现用户要求的过程。 近几年的计算机技术和电子技术使射频识别技术在商业上的应用表现出来。 信息是现今经济和社会的动力【3 1 j 。随着生产的全球化，只有及时的信息共享才 能在商业和工业上进行合作【3 2 1 。同样，市场和其他不确定性可以通过分享信息 代替货物清单而减少【3 3 】。共享信息的价值和对货物清单的影响已经被深入研究， 包括c a c h o na n df i s h e r ( 2 0 0 0 ) 3 4 ，l e ea n dw h a n g ( 2 0 0 0 ) o 驯，y a oa n dc a r l s o n ( 19 9 9 ) 【3 6 】，y ue ta 1 ( 2 0 0 1 ) 【3 7 1 ，a n dm o i n z a d e h ( 2 0 0 2 ) 1 3 8 。从物流到车间的生产，部署l 心i d 技术可以帮助促进信息共享和提供可见性【3 9 辄4 1 1 。更进一步，适当的基础设施 的存在，例如硬件设施，软件设施，和网络，r f i d 技术可以改进数据在当地和 整个物流网络中的实时交换，促进更好、更准确的信息流动。基于这些原因，主 导性的组织如美国国防部和沃尔玛，已经确立在他们的机构应用射频识别。 射频识别是众多传感器中唯一一种可以“埋入 商业活动中来实现信息流动 的传感器。最重要的是，单靠r f i d 不能实现这些，只有各种各样的技术( 如全 球定位系统) 和r f i d 技术结合起来才能获得最大的优势。如果实施合理的话， 射频识别在物流中潜在的优势如下所示： ( 1 ) 提高存货统计准确性 8 山东轻工业学院硕士学位论文 传统方法在清点货物时效率很低，而为了及时了解货物的库存状况又需要随 时清点，为此需花费大量的人力、物力。r f i d 阅读器和天线在可以在毫秒内传 达大量数据，并且能同时扫描多个项目。这能极大促进许多劳动密集型物流过程 的自动化。 ( 2 ) 订单填写更加规范 很多订单没有正确填写，因此很难保证物流系统每次都可以将正确数量的所 需货物发送到正确的地点。 ( 3 ) 运输过程中的货物损耗减少 在运输过程中的货物损耗始终是困扰物流系统的问题，损耗的原因有因为货 物存放错了位置引起的，也有货物被偷盗而损失的，还有因为包装或者发运时出 错误的。根据一项美国的调查表明，零售业的货物损耗可以达销售量的1 7 1 。 ( 4 ) 劳动力的有效利用 4 2 1 劳动力成本已经成为一个比较严重的问题，统计表明，在整个物流成本中， 劳动力成本所占比重已经上升到3 0 左右。许多重复的任务可以通过r f i d 实现 自动化，因此劳动者可以从事更加有效的工作。 ( 5 ) 提供准确和详细的货物实时信剧4 3 】 r f i d 在物流中提供准确和详细的货物实时信息，可以被用于改进效率、生 产力和质量。除产品可见性之外，还能通过标记它们跟踪贵重的资产。r f i d 技 术为产品取消也提供好处。 ( 6 ) 作为流动数据库畔】 r f i d 标签可以使用作为流动数据库；物流中的标签可以动态地更新。只有 r f i d 或其他相似的传感器被应用于物流，才能及时地提取和收获数据，共享信 息，控制材料、产品和系统。 1 2 5r f id 系统的分类 根据r f i d 系统完成的功能不同，可以粗略地把r f i d 系统分成四种类型： e a s 系统、便携式数据采集系统、网络系统、定位系统。 ( 1 ) e a s 系统 e l e c i r o n i ca r t i c l es u r v e i l l a n c e ( e a s ) 是一种设置在需要控制物 品出入的门1 2 1 的r f i d 技术【4 5 】。这种技术的典型应用场合是商店、图书馆、数据 中心等地方，当未被授权的人从这些地方非法取走物品时，e a s 系统会发出警 告 4 6 1 。在应用e a s 技术时，首先在物品上粘贴e a s 标签，当物品被正常购买或 者合法移出时，在结算处通过一定的装置使e a s 标签失活，物品就可以取走。 物品经过装有e a s 系统的门口时，e a s 装置能自动检测标签的活动性，发现活 动性标签e a s 系统会发出警告。e a s 技术的应用可以有效防止物品的被盗，不 9 第1 章绪论 管是大件的商品，还是很小的物品。应用e a s 技术，物品不用再锁在玻璃橱柜 里，可以让顾客自由地观看、检查商品，这在自选日益流行的今天有着非常重要 的现实意义。典型的e a s 系统一般f l j - - 部分组成，附着在商品上的电子标签， 电子传感器；电子标签灭活装置，以便授权商品能正常出入f 4 7 】；监视器， 在出口造成一定区域的监视空间。 e a s 系统的工作原理是：在监视区，发射器以一定的频率向接收器发射信 号。发射器与接受器一般安装在零售店、图书馆的出入口，形成一定的监视空间。 当具有特殊特征的标签进入该区域时，会对发射器发出的信号产生干扰，这种干 扰信号也会被接收器接收，再经过微处理器的分析判断，就会控制警报器的鸣响。 根据发射器所发出的信号不同以及标签对信号干扰原理不同，e a s 可以分成许 多种类型。关于e a s 技术最新的研究方向是标签的制作，人们正在讨论e a s 标 签能不能像条码一样，在产品的制作或包装过程中加进产品，成为产品的一部分。 ( 2 ) 便携式数据采集系统 便携式数据采集系统是使用带有r f i d 阅读器的手持式数据采集器采集 r f i d 标签上的数据【4 引。这种系统具有比较大的灵活性，适用于不宜安装固定式 r f i d 系统的应用环境。手持式阅读器( 数据输入终端) 可以在读取数据的同时， 通过无线电波数据传输方式( r f d c ) 实时地向主计算机系统传输数据，也可以暂 时将数据存储在阅读器中，再一批一批地向主计算机系统传输数据。 ( 3 ) 物流控制系统 在物流控制系统中，固定布置的r f i d 阅读器分散布置在给定的区域，并且 阅读器直接与数据管理信息系统相连，信号发射机是移动的，一般安装在移动的 物体、人上面。当物体、人流经阅读器时，阅读器会自动扫描标签上的信息并把 数据信息输入数据管理信息系统存储、分析、处理，达到控制物流的目的。 ( 4 ) 定位系统 定位系统用于自动化加工系统中的定位以及对车辆、轮船等进行运行定位支 持。阅读器放置在移动的车辆、轮船上或者自动化流水线中移动的物料、半成品、 成品上，信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。信号发射机上存储有位置识别 信息，阅读器一般通过无线的方式或者有线的方式连接到主信息管理系统。 1 2 6r f id 网络构架 “麦德龙集团未来商店概念计划”，使用以第二代超高频( u h f ) 标准为基础 的保点系统、i m p i n j 和r e v a 系统，推出首个从供应商到店内销售点，采用r f i d 技术的方案【4 9 1 。这项技术应用于麦德龙集团旗下位于德国埃森市g e l e r i a k a u f h o f 高级百货公司，是零售业发展的一个里程碑。应用这种直接接触消费者 的r f i d 应用技术，能将分发中心与零售店内的智能货架和收银处紧密地联系 l o 山东轻工业学院硕士学位论文 起来。 这项技术，让麦德龙集团能于g e l e r i ak a u f h o f 百货公司实施实时库存管理， 也证明这数年来为r f i d 研发而付出的努力，及r f i d 研究人员的无间合作， 已经使这技术向前迈进一大步。它是首项适用于所有e p c 全球标准的实时 r f i d 技术，其中包括第2 代标签与读取器。此外，这项技术采用初级读取器协 议软件( 1 0 w 1 e v e lr e a d e rp r o t o c o l ，l l r p ) 的固定式读取器与便携式读取器，与当 地的网络进行通讯，以及通过应用级别事件( a p p l i c a t i o nl e v e le v e n t s ，a l e ) ，将 符合格式要求的r f i d 数据，传送至应用层，藉此利用e p c 资讯服务系统 ( e p ci n f o r m a t i o ns e r v i c e s ，e p c i s ) ，进行r f i d 数据的共享、收集与分析。 g e l e r i ak a u f h o f 百货公司自2 0 0 3 年起，已经在物流与仓库试点中使用r f i d 技术，同时运用在货品层面上大量的标签数据，为顾客带来零售购物的新体验。 这项重要技术适用的范围很广泛，其中包括： 内部货物接收、仓库实时库存管理、利用固定式读取器与便携式读取器，实 时追踪内部库存、显示服饰配搭的智能镜子、配备屏幕的智能货架，能显示服装 尺码与式样、于通道内快速扫描货架上的产品，即可知道所有产品资料、采用 r f i d 技术，提高付款处的效率【5 0 】。这个整合解决方案有下列特点： ( 1 ) 在麦德龙集团位于诺伊斯市的仓库，贴有标签的商品上的数据，会被 保点系统的r f i d u h f 悬挂式输送带、设置于桌面的密封式天线，以及保点系 统的u h f 闸门阅读。当货物送抵g e l e r i ak a u f h o f 百货公司，透过安装在收货 区及储货区的闸门，保点系统可以追踪货品。保点系统亦已于出口、入口及试身 室，安装兼容电子防盗商品系统( e a