（信号与信息处理专业论文）基于avr的rfid阅读器和应答器的设计研究与实现.pdf

c l a s s i f i e di n d e x ： u d c ： i i i ii iiiii iiiii iiiii y 18 0 8 7 7 1 ad is s e r t a ti o nf o rt h ed e g r e eo fm e n g t or e s e a r c ha n dr e a l i z et h er e a d e ra n d t r a n s p o n d e r o fr f i db a s e do na v r c a n d i d a t e ： w ud o n g ji a n s u p e r v is o r ：p r o f l iw a n c h e n a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ： m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l i t y ：s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g d a t eo fs u b m i s s i o n ： d a t eo fo r a le x a m i n a ti o n ： j u n e ，2 0 1 0 j u n e ，2 0 1 0 u n i v e r s i t y ：h a r b i ne n g i n e e r i n gu n i v e r s i t y 一 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。、j 作者( 签字) ：嬲也 日期：沙d 年石月p 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 魄授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口解 密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ：砻懈一， 导师( - 签- - 7 ：套万厣 日期：伽0 年6 月厂阳秒d 年6 月佣 基于a v r 的r f i d 阅读器和戍答器的设计研究与实现 摘要 作为一种非接触式的自动识别技术，射频识另i j ( r f i d ) 技术利用射频信号 通过空间耦合实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别的目的。 同其它识别技术相比，射频识别技术具有很多优点，在诸多领域中得到应用， 并且具有巨大的发展和应用潜力。这使得r f i d 系统关键部分的阅读器和应 答器的设计和研究变得十分紧要和迫切，其研究和发展对r f i d 技术的成熟 和广泛应用具有很高的实际价值。 本课题利用r f i d 技术，基于r f i d 的工作原理设计一个无线汉字识别系 统，实现汉字信息经阅读器以无线方式向无源电子标签( 本设计中的应答器) 传输，汉字信息在应答器中存储，阅读器读取应答器内存储的汉字信息并在 液晶板上显示出来的功能。具体研究如下： 本文在分析了r f i d 系统工作原理的基础上，结合本课题设计的目标要 求，确定了系统的总体方案；以低功耗a v r 单片机a t m e g a l 6 8 v 为控制核 心，采用2 a s k 方式调制，用线圈电磁耦合来完成应答器与阅读器之间信息 与能量的传输，进而实现短距离半双工通信；片上实现了四拼音输入法输 入汉字，采用p s 2 键盘与单色2 4 0 x 1 2 8 图形液晶作为人机交互设备；系统采 用高效率的丙类谐振功率放大器完成了应答器非电池供电、应答器掉电不丢 失存储信息；完成了阅读器向应答器存入汉字、阅读器从应答器读取汉字、 阅读器自擦除汉字信息等功能。 最后，对所完成的阅读器和应答器的硬件和软件进行测试。分别对载波 频率、传输距离、功率、识别时间和汉字输入能力进行了测试，测试结果表 明本文所设计的无线汉字识别系统满足设计目标要求。 关键词：r f i d ；t 9 输入法；2 a s k ；低功耗单片机 一 一 基于a v r 的r f i d 阅读器和应答器的设计研究与实现 a b s t r a c t a san o n c o n t a c ta u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o n t e c h n o l o g y ，r a d i of r e q u e n c y i d e n t i f i c a t i o n ( r f i d ) t e c h n o l o g yi sa b l et om a k eu s eo fr a d i of r e q u e n c ys i g n a lt o d e l i v e ri n f o r m a t i o nt h r o u g has p a c em a t c h i n g ，a n da c h i e v er e c o g n i t i o nb yw a yo f t h ed e l i v e r e di n f o r m a t i o n c o m p a r e dw i t ho t h e ri d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g i e s ，r a d i o f r e q u e n c y i d e n t i f i c a t i o n t e c h n o l o g y h a s m a n ya d v a n t a g e s a n dh a sb e e n e x t e n s i v e l ya p p l i e di nm a n yf i e l d s i t sg r e a tp o t e n t i a lf o r t h ed e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o nm a k e si tv e r yc r i t i c a la n du r g e n tf o rt h ed e s i g na n dr e s e a r c ho nt h e r e a d e ra n dt r a n s p o n d e r - - t h ek e yp a r to ft h er f i ds y s t e m ，w h o s er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n ti so fh i g hp r a c t i c a lv a l u ef o rt h er f i dt e c h n o l o g y sm a t u r i t ya n d w i d ea p p l i c a t i o n b a s e do nt h eo p e r a t i n gp r i n c i p l eo fr f i d ，t h es u b j e c tm a k e su s eo ft h er f i d t e c h n o l o g yt od e s i g naw i r e l e s sc h i n e s ec h a r a c t e rr e c o g n i t i o ns y s t e m ，s oa st o r e a l i z et h ef u n c t i o nt h a tc h a r a c t e ri n f o r m a t i o ni st r a n s m i t t e dw i r e l e s s l yb yt h e r e a d e rt ot h e p a s s i v e e l e c t r o n i ct a g ( t r a n s p o n d e ri n t h i sd e s i g n ) ，c h a r a c t e r i n f o r m a t i o ni ss t o r e di nt h et r a n s p o n d e r ，t h e nt h er e a d e rr e a d st h es t o r e dc h a r a c t e r i n f o r m a t i o ni nt h et r a n s p o n d e ra n dd i s p l a y si ti nt h el c dp a n e l s p e c i f i cs t u d i e s a r ea sf o l l o w s ： b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h eo p e r a t i o n a lp r i n c i p l eo fr f i ds y s t e m ，t h i sp a p e r ， w i t ht h ed e s i g no b j e c t i v e sa n dr e q u i r e m e n t so ft h i ss u b j e c t ，d e t e r m i n e st h eo v e r a l l s c h e m eo ft h es y s t e m ：w i t hl o wp o w e ra v rm i c r o c o n t r o l l e ra t m e g a l 6 8 va st h e c o n t r o lc o r e ，t h es y s t e mi sm o d u l a t e db yt h e2 a s km o d e ，m a k i n gu s eo ft h e e l e c t r o m a g n e t i cc o u p l i n go ft h e c o i lt oc o m p l e t et h et r a n s m i s s i o no fe n e r g ya n d i n f o r m a t i o nb e t w e e nt h et r a n s p o n d e ra n dt h er e a d e ra n dt h e nr e a l i z et h es h o r t d i s t a n c eh a l f - d u p l e xc o m m u n i c a t i o n ；t h ec h i pr e a l i z e st h ei n p u to fc h i n e s e c h a r a c t e r st h r o u g ht h et 9p i n y i ni n p u tm e t h o d ，u s i n gt h ep s 2k e y b o a r da n d m o n o c h r o m e2 4 0 1 2 8g r a p h i cl c da st h eh u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o nd e v i c e ； t h es y s t e mu s e sh i g l l l ye f f i c i e n tc l a s sct u n e dp o w e ra m p l i f i e rt or e a l i z et h ef u c t i o n o ft h et r a n s p o n d e r sn o n - b a t t e r y - p o w e r i n ga n di t si n f o r m a t i o np r o t e c t i o na g a i n s t t h ep o w e r - d o w na sw e l la so t h e rf u c t i o n st h a tt h er e a d e rs t o r e sc h i n e s ec h a r a c t e r s i n t ot h et r a n s p o n d e r ，r e a d st h ec h a r a c t e r sf r o mt h et r a n s p o n d e r s ，o r s e l f - e r a s e st h e c h i n e s ec h a r a c t e r s f i n a l l y ，w eh a v ec a r r i e do u tt e s t i n go nt h eh a r d w a r e 柚ds o f t w a r eo ft h e d e s i g n e dr e a d e ra n dt r a n s p o n d e r t e s t sw e r ec o n d u c t e do nt h ec a l t i e rf r e q u e n c v ， t r a n s m i s s i o n d i s t a n c e ，p o w e r ,r e c o g n i t i o nt i m ea n dt h e a b i l i t yo fc h i n e s e c h a r a c t e ri n p u t a n dt h et e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed e s i g n e dw i r e l e s sc h a r a c t e r r e c o g n i t i o ns y s t e mm e tt h ed e s i g ng o a l s k e yw o r d s ：r f i d ；t 9i n p u tm e t h o d ；2 a s k ；l o w p o w e rm i c r o c o n t r 0 1 1 e r 基于a v r 的r f i d 阅读器和应答器的设计研究与实现 目录 第1 章绪论。1 1 1r f i d 技术背景及研究的意义1 1 2r f i d 技术国内外研究现状4 1 2 1r f i d 技术国外研究现状4 1 2 2r f i d 技术国内研究现状5 1 3r f i d 技术在我国的发展趋势及应用9 1 4 研究内容及论文结构。1 2 第2 章r f i d 原理及总体方案设计。1 3 2 1 引言一1 3 2 2r f i d 技术简介1 3 2 2 1 基本r f i d 系统的组成1 3 2 2 2r f i d 的基本工作原理1 4 2 2 3r f i d 的分类1 6 2 3 总体方案设计2 0 2 4 本章小结2 1 第3 章阅读器和应答器的硬件设计2 2 3 1 引言2 2 3 2 调制方式的选择2 2 3 3 应答器控制芯片选择3 0 3 4 阅读器控制芯片选择3 1 3 5 载波频率及功放电路的选择3 l 3 5 1 载波频率的选择3 1 3 5 2 功放电路的选择3 1 3 6 线圈工作频率选择的理论分析与计算3 2 3 6 1 线圈工作频率选择的理论分析3 2 3 6 2 天线谐振回路的有关计算3 3 3 7 阅读器与应答器间通信基本原理分析3 3 3 8 阅读器电路分析及计算。3 4 3 8 1 包络检波器设计3 5 哈尔滨工程大学t 程硕十学位论文 3 8 2 滤波放大与比较器电路设计3 6 3 8 3 丙类功放的设计3 6 3 8 4 引言阅读器总电路原理图4 1 3 9 应答器电路分析及计算4 2 3 1 0 本章小结4 4 第4 章r f i d 系统软件设计及测试4 5 4 1 引言。4 5 4 2 单片机上t 9 拼音输入法的实现4 5 4 3 阅读器与应答器之间互相通讯的协议4 8 4 4 阅读器、应答器的软件设计4 9 4 4 1 阅读器软件设计4 9 4 4 2 应答器软件设计4 9 4 5r f i d 系统主要指标测试5 0 4 5 1 载波频率的测试5 0 4 5 2 传输距离、功率与识别时间的测试5 1 4 5 3 汉字输入能力的测试5 1 4 6 硬件整体实物图5 5 4 7 本章小结。5 5 l ； i 论5 ( ； 参考文献5 8 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果6 2 蜀【谢6 3 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1r f i d 技术背景及研究的意义 追溯历史，我国古代的四大发明之一指南针，就是我国古代劳动人 民发现天然磁石并且在生活中利用天然磁石的典型例子。到了近代，随着科 学的进步，人们开始对光、电、磁进行了较为深入的观察，并对其的数学基 础进行了详尽的研究，其中美国人本杰明富兰克林是这些研究人员中的杰出 者。此后，很多科学家开始前仆后继的研究关于电磁能量的理论。首先，英 国科学家米歇尔法拉弟在1 8 4 6 年提出光波与电波都属于电磁能量；其次， 苏格兰科学家詹姆士克拉克麦克斯韦尔在1 8 6 4 年发表了他的电磁场理论； 然后，德国科学家亨瑞士鲁道夫赫兹在1 8 8 7 年对麦克斯韦尔的电磁场理论 进行了验证，对电磁波以光速传播并可以被反射的现象进行了演示，电磁波 的这一特性与光的极化特性非常相似，不久俄国科学家亚力山大波普对赫兹 的实验进行了重复实验。当马克尼在1 8 世纪9 0 年代末，即1 8 9 6 年利用无线 电技术实现了横越大西洋的越洋电报发送成功，至此，开创了利用电磁能量 在人类生活中应用的新篇章。1 9 0 6 年，第一台连续波信号发生器和无线信号 接收器的诞生标志着近代无线通讯时代的诞生。雷达的概念形成于1 9 2 2 年， 在战场上，雷达技术作为识别敌方空间飞行物( 飞机) 的一种有效兵器得到 了极大的发展。至今，随着无线电检测技术的发展，人们开始研究并制造各 种用途的高性能雷达1 1 j 。 雷达发出无线电波，通过接收所探测物体的反射电波来测定物体的位置 和速度。第二次世界大战期间，英国空军受到雷达工作原理的启发开发了敌 我飞机识别( i d e n t i f i c a t i o n ，f r i e n do rf o e ，i f f ) 系统，希望被物体反射回来 的雷达无线电波信号中能够包含敌我识别的信息，从而避免误伤己方飞机， 当时的应用仅仅是一种加密的i d 号而已。 基于雷达的概念及原理，人们研究出一种新的自动标识数据采集( 舢d c ) 技术，即r f i d 技术。r f i d 是英文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 的缩写，它 是一种使用射频通信实现的非接触式自动识别技术。 1 哈尔滨丁程大学t 程硕七学位论文 1 9 6 3 年至1 9 6 4 年，r f h a r r i n g t o n 在他的“主动散射体的场测量方法” 和“加载散射体理论”等论文中，研究了r f i d 相关的电磁理论，r o b e r t r i c h a r d s o n 于1 9 6 3 年发明“遥控启动射频装置”。进入2 0 世纪7 0 年代，r f i d 技术继续吸引人们的广泛关注。在欧洲，由于动物标记受到重视，瑞典a l f a l a v a l 公司、荷兰n e d a p 公司等都开发了各自的r f i d 系统。国际桥梁隧道和 收费公路协会( i b 删以及美国联邦高速公路管理局于1 9 7 3 年资助的一次会 议，结束了没有政府部门关注电子车牌识别标准的历史。这个决定使r f i d 技术尚在襁褓期内就可以得到与其它技术一起发展的机会【2 1 。 在2 0 世纪中，无线电技术的理论与应用研究对科学技术的进步和人们生 活水平的提高起到了无法估量的作用。一般来说，r f i d 技术的发展可按1 0 年期划分如下1 3 j ： 1 9 4 1 年一1 9 5 0 年，r f i d 技术的诞生和萌芽阶段。由于雷达技术的不断 进步及应用，促进了r f i d 技术的诞生和发展。哈里斯托克曼在1 9 4 8 年提出 的理论奠定了r f i d 技术的理论基础。 1 9 5 1 年一1 9 6 0 年，r f i d 技术的初步发展阶段，即探索阶段。此时，r f i d 技术的研究处于实验室研究阶段。 1 9 6 1 年一1 9 7 0 年，r f i d 技术的发展阶段。 1 9 7 1 年一1 9 8 0 年，r f i d 技术与产品研发的快速发展阶段。 1 9 8 1 年一1 9 9 0 年，r f i d 技术及产品的商业化阶段。r f i d 技术的应用初 具规模。 1 9 9 1 年- - - - 2 0 0 0 年，r f i d 技术的成熟阶段。r f i d 产品逐渐成为人们生活 中的一部分。此时，制约r f i d 技术发展的瓶颈问题不再是技术问题，而是 r f i d 技术的标准化问题。从而，也进一步制约了r f i d 产品的成本及应用的 广泛性。 2 0 0 1 年一至今，r f i d 技术的完善和丰富阶段。随着r f i d 技术的标准化 问题的逐步解决，有源、无源和半无源电子标签均得到发展，使得电子标签 的成本得以下降。另外，r f i d 的产品种类更加丰富并且其应用的规模和行业 在不断扩大中。 r f i d 技术是一种具有革命性的自动识别技术。r f i d 是无线射频识别技 术的简称，即射频识别，俗称电子标签。是一种从2 0 世纪9 0 年代兴起的， 2 第1 章绪论 通过电磁感应或电磁传播方式，对目标进行非接触识别跟踪和双向数据通信 的新型自动识别技术。相比于条码、磁条、磁卡、指纹、光学字符等自动识 别技术，r f i d 具有可无线读写、信号穿透力强的优点。 r f i d 技术是一种自动识别技术，并且是非接触式的自动识别技术，与其 它识别技术相比较，它是通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据， 识别工作自动完成，并且对其的工作环境要求不高，适应能力强。r f i d 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 j 。有关r f i d 识别系统与其它识别系统之间的比较如表1 1 所示，表i i 表明了射频识别系 统与其它识别系统各自的特点。通过表1 1 可以看出接触i c 卡与r h d 识别 系统在某些指标上的一致性，但是r f i d 识别系统避免了与触点接通易受干 扰( 破坏、污染、只有一个插接方向、插入费时等等) 的缺点【4 q 。 表1 1 识别系统之间的比较 系统参数条码光学符语音识生物计i c 卡射频识别 号识别别数测量系统 法 典型的数据1 1 0 0 1 1 0 0 量字节 数据密度 小小两向很高很高 机器阅读的好好费时间费时间好好 可读性 个人阅读的受制约简单容简单容困难不可能不可能 可读性易易 受污染潮湿很严重很严重可能( 接没有影响 影响 触) 受光遮盖影全部失全部失可能没有影响 响效效 受方向和位很小很小一个插入没有影响 置影响方向 用坏磨损有条件有条件接触没有影响 购置费电子很少一般很高很高很少一般 阅读设备 工作费用( 例很少很少无无一般( 接无 如：打印机)触) 未经准许的容易容易可能不可能不可能不可能 3 哈尔滨t 程大学t 稃硕十学位论文 复制修改 ( 求音) 阅读速度( 包低4 s低3 s很低很低低4 s很快 括数据载体 5 s ) 的使用)1 0 s 数据载体与 0 l c m0 直接接直接接触0 - - 5 m 微 阅读器之间5 0 c m( 扫描 5 0 c m触波 的最大距离器) 2 0 世纪9 0 年代以后，随着集成电路制造和信息技术的飞速发展，r f i d 技术日趋成熟，其成本也越来越低，开始逐渐引起人们的关注。目前，已逐 渐应用于智能交通、产品防伪、身份识别等领域，其中不少项目已经比较成 熟，并融入了我们的日常生活，如在北京2 0 0 8 年奥运会的门票管理以及上 海等城市的交通一卡通系统等。然而，和国外相比，我国r f i d 技术起步较 晚，标准也尚未统一。对于r f i d 在企业信息化等领域中的应用，处在探索 阶段l 引。 1 2 r f i d 技术国内外研究现状 1 2 1r f i d 技术国外研究现状 国外学者对r f i d 技术的研究起步较早，并且取得了不错的成绩。目前， 在美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非等国家都建立了比较成熟且 先进的r f i d 系统。 根据r f i d 系统工作的频率不同，可以将其分为：低频近距离r f i d 系统， 工作频率为1 2 5 k h z 和1 3 5 6 m h z ；高频远距离r f i d 系统，工作频率主要集 中在超高频段( 9 0 2 m h z 9 2 8 m h z ) ，分别为9 1 5 m h z 、2 4 5 g h z 和5 8 g h z 。 其中，北美的r f i d 系统主要以超高频段的远距离r f i d 系统为主，欧洲的 r f i d 系统主要以有源的2 4 5 g h z 的r f i d 系统为主，5 8 g h z 的有源r f i d 系统在欧洲和日本的发展比较成熟。 r f i d 技术国际标准的讨论及建立早在十年前就如火如荼的开展起来了。 其中r f i d 标准化研究工作组w g 4 ，由国际标准化组织i s o i e c 联合技术委 员会j t c i 下的s c 3 1 下级委员会建立的，以及成立于1 9 9 9 年1 0 月1 日的 4 第1 章绪论 a u t 旺i dc e n t e r 组织，由美国麻省理工学院m i t 建立的非盈利性组织，均对 r f i d 系统标准化的建立及推动起到了非常重要的作用。另外，a u t 卜m c e n t e r 组织的成立推动了r f i d 技术的发展与应用，所取得的成就主要表现 在以下几方面【6 j ： 1 ) 由于r f i d 系统电子标签的高成本，限制了r f i d 系统的应用领域。 而产品电子代码e p c ( e l e c t r o n i cp r o d u c tc o d e ) 概念和格式规则的提出，解 决了这一难题。 2 ) 开放性的国际自动识别技术应用公用技术研究平台，使得r f i d 系统 标签的低成本化和读写器的标准化研究成为可能。 3 ) 提出了实物互联网的概念及构架，为e p c 进入互联网搭建了桥梁。 由于，r f i d 技术的突飞猛进的发展，使得r f i d 技术的应用领域越来越 广泛。可以将r f i d 技术应用于工业领域、商业领域，实现对其的自动化控 制及管理。r f i d 技术还可以广泛地应用于交通监控系统、高速公路自动收费 系统、停车场管理系统、安全出入境检查、仓储管理的自动化、动物管理、 图书馆的图书管理、车辆防盗等方面。r f i d 的具体应用实例有很多。比如说， 1 9 9 6 年1 月韩国汉城的公交车上安装了r f i d 系统用于电子月票；1 9 9 7 年欧 共体宣布从这一时刻开始生产的新车必须安装利用r f i d 技术的防盗系统； 澳洲机场旅客的行李管理也采用了r f i d 系统，提高了管理效率：为了让列 车调度员能够实时掌握火车的运行情况，r f i d 系统被瑞士国家铁路局安装在 瑞士的全部旅客列车上，且其使得事故的发生率降低；r f i d 系统还被应用在 飞机票的改良上、汽车生产流水线的生产过程控制中以及控制流水线的零件 流向等等【7 】。另外，r f i d 产品种类有很多，生产的厂家也有很多，比如说 m o t o r o l a 、p h i l l i p s 、德州仪表等世界著名厂家都生产r f i d 产品，并且每个厂 家的产品均自成系列，具有各自的特色【引。 1 2 2r f i d 技术国内研究现状 1 9 9 3 年6 月国务院启动了以发展我国电子货币为目的、以电子货币应用 为重点的各类卡基应用系统工程金卡工程，以及在全国范围内建立金融 卡网络系统的1 0 年规划，均为重大的国家级工程，目的是加速促进中国国民 5 哈尔滨丁程大学t 程硕士学位论文 经济信息化的进程。基于这样的契机，为各种自动识别技术在中国的发展及 应用提供了一个良好的发展平台。而射频识别技术即r f i d 技术作为一种新 兴的自动识别技术，面临中国这样巨大的市场具有广阔的应用前景。比如说， 在中国高速公路收费系统采用的是人工收费，要想实现高速公路收费系统的 自动化，就要采用r f i d 技术。而我国的高速公路在经济、旅游发展的带动 下发展势头十分强劲，对自动收费系统的需求曾现增长的趋势，因此，近几 年r f i d 产品在我国的自动收费系统中有着广阔的发展空剐9 1 。 国外对r f i d 技术的研究比我国要早，因此，我国在开发自己的r f i d 系统时，可以借鉴国外的经验及技术。目前，我国已经有很多地方使用r f i d 系统进行收费，实现收费的自动化。这方面的典型代表有：深圳的皇岗口岸 使用r f i d 技术的自动收费系统；电子月票在上海公共汽车中的使用；锦山 的某条高速公路上非接触射频卡自动收费系统的建立；北京的机场高速公路 上射频识别系统收费等等。 r f i d 技术在我国的起步虽然较晚，但是技术进展确是很快。国内已经具 备了自主开发低频、高频与微波r f i d 电子标签与读写器的技术能力及系统 集成能力。与国外的差距主要体现在r f i d 芯片技术方面，如何降低芯片的 成本问题上。即使存在着许多的不足，在标签芯片设计及开发方面，国内已 有多个成功的低频r f i d 系统标签芯片面市。r f i d 产品在我国的市场已经初 具规模。公交射频卡的电子车票已经应用在许多城市的公共交通系统中，电 子饭卡也已经应用在许多学校的食堂和商场的饮食区，使得就餐更加方便快 捷，避免了实际货币流通时找零的麻烦。随着近几年r f i d 技术的发展，r f i d 技术在我国的应用以经趋于成熟【1 。在北美、欧洲、大洋洲、亚太地区及非 洲南部都得到了相当广泛的应用。r f i d 技术已在我国电子身份证、城市公共 交通支付、证照与商品防伪、特种设备强检、安全管理、动植物电子标识、 现代物流管理等领域启动了应用试点，取得了一定进展。我国r f i d 产业在 芯片设计与制造、标签封装、读写器的设计与制造等方面都取得实际进展， 已具备一定的系统集成能力，并在几个特定领域开发了相关应用系统，提供 6 第1 章绪论 了电子标签应用的完整解决方案。信息产业部已在电子发展基金中组织落实 了r f i d 技术、标准和产品的研发及应用示范工作，进行了产业化部署【1 1 j 。 图1 12 0 0 4 - - 2 0 0 8 年中国智能卡与r f i d 芯片设计业规模 图1 22 0 0 4 - - 2 0 0 8 年中国芯片制造业销售额规模及增长 从产业规模来看，2 0 0 4 2 0 0 6 年，中国i c 卡及r f i d 芯片设计业产业的 规模由小到大，保持着快速的发展，2 0 0 7 年，增速开始放缓，到2 0 0 8 年， 随着二代身份证市场的成熟，相应的身份证芯片需求量急剧减少，由此引起 的i c 卡芯片设计业快速萎缩，导致产业整体规模发展受到影响，5 年来首次 出现负增长。2 0 0 4 - - 2 0 0 8 年中国智能卡与r f i d 芯片设计业规模如图1 1 所 示【1 2 1 。 近几年国内芯片制造业产能规模迅速扩张，其行业年产能由2 0 0 4 年的 7 哈尔滨t 程大学t 程硕+ 学位论文 4 9 5 万片( 以8 英寸折算) 增加到2 0 0 8 年的1 1 3 9 万片，扩大了1 3 倍，其年均 增速达到2 3 8 ，比同期全球i c 芯片制造产能增速高出1 2 9 个百分点。国 内芯片制造业产能在全球中所占份额也由2 0 0 4 年的6 6 提高到2 0 0 8 年的 1 0 。2 0 0 4 - - 2 0 0 8 年中国芯片制造业销售额规模及增长如图1 2 所示。 近几年，国家大力推广信息化建设，二代身份证、公交一卡通、校园一 卡通、城市一卡通等项目在全国开始推行，下游市场的带动推动了模块封装 产业的快速发展。2 0 0 5 2 0 0 8 年是中国二代身份证的集中发放时期，二代证 模块的封装在整个非接触i c 卡产业的产值比重达到了7 0 以上。在这个期 间内，中国手机用户规模也经历了快速扩张，这直接拉动了接触式i c 卡模块 封装产业的快速发展。2 0 0 4 - - 2 0 0 8 年中国智能卡与r f i d 标签封装规模r 按产 值) 如图1 3 所示。 图1 32 0 0 4 - - 2 0 0 8 年中国智能卡与r f i d 标签封装规模( 按产值) 中国射频芯片、电子标签、天线、中间件、系统集成等产业逐渐壮大， 中国初步形成较完善的r f i d 产业链，为读写器产业提供了良好的发展环境。 2 0 0 4 2 0 0 8 年，中国r f i d 读写器市场处于启动阶段，因此产量和产值 为高速增长，年均复合增长率均分别为4 6 6 和3 4 4 。2 0 0 4 - - 2 0 0 8 r f i d 读写器产业规模( 按产量) 如图1 4 所示。 8 第1 章绪论 图1 42 0 0 4 - - 2 0 0 8 年中国r f i d 读写器产业规模( 按产量) 1 3r f i d 技术在我国的发展趋势及应用 r f i d 技术的发展，从应用层面说，r f i d 技术的发展目的在于不断满足 日益增长的应用需求【1 3 】。从技术层面说，r f i d 技术的发展体现在若干关键 技术的突破。芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、 电磁传播特性等均为r f i d 技术所涉及的关键技术，r f i d 技术能够快速发展 起来得益于以上各种关键技术的综合发展1 1 4 l 。另外，r f i d 技术的成功应用 反来又极大地促进了应用需求的扩展，同时r f i d 技术的发展还受到应用需 求的驱动。 随着科技的发展，各种关键技术的不断进步，r f i d 产品的种类将更加地 丰富，应用的领域也会不断扩大。r f i d 技术的发展已经过去5 0 多年了，其 中最近1 0 年r f i d 技术得到了突飞猛进的进步和发展。r f i d 技术的发展将 会带动电子标签( 射频标签) 、阅读器、系统种类、标准化等方面的进步【1 5 】。 可以预测，在未来的几年中，r f i d 技术高速发展的势头会继续保持下去。 r f i d 技术将是未来一个新的经济增长点。 r f i d 技术的应用领域非常广泛，将其所有的应用罗列出来是不可能的， 以下阐述一些r f i d 技术应用的典型领域。以下每个领域的应用如果能够获 得成功的话，都会孕育一个庞大的市场1 1 6 j 。 ( 1 ) 生产过程的自动控制 9 哈尔滨工程大学t 程硕十学位论文 德国宝马汽车公司在汽车装配流水线上采用r f i d 技术，实现了大量生 产用户定制的汽车，不仅降低了生产成本，而且还能快速、准确地满足客户 的需求。基于此实例，可以看出r f i d 技术可以调高生产效率，对传统的生 产方式进行了变革，节约了生产成本，从而实现生产过程的自动控制。 ( 2 ) 智能化的仓库管理 可以实现仓库管理的智能化，利用r f i d 技术可以有效地管理仓库的每 件物品。通过r f i d 系统，可以了解货物的数量、库存信息及配送信息，可 以极大地增加每天处理货物的数量，还能对货物进行监控管理。 ( 3 ) 不停车收费系统 不停车收费系统，也称为高速公路自动收费系统。由于传统的高速公路 收费系统存在许多的不足，采用人工收费，速度慢，效率低，影响车辆的通 行。r f i d 技术具有非接触识别的优势，正好解决了传统的高速公路人工收费 的不足，提高了效率，减缓了收费口的交通压力。即使会有一些差错率，但 是并不影响r f i d 技术在高速公路自动收费系统中的应用。与佛山和上海的 工程不同，广州的工程尝试在开放的高速公路上对正在高速行驶的车辆进行 自动收费，通道采用r f i d 系统。上海和佛山市分别安装了r f i d 系统的自动 收聚养路费系统。佛山市的养路费系统提高了车辆的通过率，缓解了交通瓶 颈。车辆在2 5 0 公里的时速下用少于o 5 毫秒的时间被识别，并且正确率高 ：达9 9 9 5 。 ( 4 ) 出入管理 利用r f i d 技术制造的门卡，可以一卡实现很多的功能，比如实现出入 证、饭店住宿卡、工作证、停车卡等等的功能，可以将人员的基本信息记录 在内，可以更加方便、快捷地进行高效率的管理。可以限制出入的外来人员， 避免人工保安记不住人而带来的许多不必要的麻烦。由于射频卡的发展趋势 是低成本化，所以可以将其应用在对日常用品的跟踪和保护上，保护公共财 产的安全。 ( 5 ) 汽车防盗 由于生活水平的提高，我国居民的汽车拥有率逐年上升，因此，r f i d 系 统应用到汽车防盗系统中具有广阔的发展前景。目前，欧洲国家生产的汽车、 日本和韩国生产的汽车中均安装了汽车防盗系统。目前全世界已经有大约数 】0 第1 章绪论 百万辆汽车装有该防盗系统。射频卡可应用于寻找丢失的汽车。在巴西的 圣保罗市已经使用这样的系统。 ( 6 ) 各种非接触式的收费卡 现在人们手中的卡很多，比如说银行卡、信用卡、交通卡、会员卡、优 惠卡等等，使得人们在使用时很不方便。r f i d 技术的快速发展，使得在未来 所有的卡都集中到一张卡上成为可能。虽然各个种类的卡都集中在一张卡上， 可以将其分成不同的应用区域，各个区域互不影响，并且各自应用的等级不 同，可以给持卡人在使用上带来很大的便捷，真正实现一卡在手，走遍神州。 ( 7 ) 电子物品监视系统 e a s ( e l e c t 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 ) 系统的目的是防止商品盗窃。 e a s 系统已被广泛的使用。据估计每年消耗六十亿套。 ( 8 ) 实现畜牧业的现代化 实现畜牧业的大规模生产，光靠人工来管理是不够的，可以利用r f i d 技术，来标识每一个牲畜，为畜牧业的现代化提供了可能。这样的标识起源 于赛马场上对赛马的识别。 ( 9 ) 运载工具及运送货物的识别 由于火车自身的特点决定了，火车的运行路线是固定的。因此可以采用 将读写器安装在铁路沿线，射频卡安放在车厢顶边，就可以在火车运行时通 过读写器时，获得火车的实时信息及所运载的货物信息。同时在对火车车厢 进行重新编组时，可以利用r f i d 系统，更加方便快捷地完成这个任务。 ( 1 0 ) 马拉松比赛、赛车比赛的精确计时 r f i d 系统的射频卡从1 9 9 5 年开始应用在各大型的马拉松比赛中，包括 9 5 年的柏林马拉松，9 6 年的伦敦、柏林、洛杉矶和亚特兰大夏季奥林匹克奥 运会的马拉松比赛中的计时。在马拉松比赛中，采用r f i d 系统，是因为第 一个出发的与最后一个出发的运动员在离开起跑线时相隔4 0 分钟，如果计时 不准确，会造成比赛的不公平。 在赛车比赛中，安装r f i d 系统采用