RFID读写器和标签课件.ppt

RFID系统框图 现有四种识别技术 1 条形码2 磁卡3 IC卡4 RFID卡 四种识别技术的比较 条码和磁卡的成本较低 但是都容易磨损 且数据量很小 接触式IC卡的价格稍高 数据存储量较大 安全性好 但是也容易磨损 寿命短 与条码 磁卡 接触式IC卡相比 RFID标签实现了免接触操作 具有应用便利 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等特点 并且 RFID标签可以在恶劣环境下工作 读取距离远 支持写入数据 可重复使用 并使用了防冲撞技术 能够识别高速运动物体 并可同时识别多个射频卡 射频识别标签射频标签 RFIDTAG 是安装在被识别对象上 存储被识别对象相关信息的电子装置 常称为电子标签 它是射频识别系统的数据载体 是射频识别系统的核心 一 射频识别标签的分类及其构成1 分类 1 按标签的工作方式分类主动式标签 用自身的射频能量主动地发射数据给读写器的标签 主动标签含有电源 被动式标签 由读写器发出查询信号触发后进入通信状态的标签 被动标签可有源也可无源 2 按标签的读写方式分类只读型标签 只能读出不能写入的标签 可分为以下三类 只读标签 内容出厂时已写入 识别时只可读出 不可改写 一次性编程只读标签 标签内容只可在应用前一次性编程写入 识别过程中内容不可改写 可重复编程只读标签 标签内容经擦除后可重新编程写入 识别过程中内容不可改写 读写型标签 标签内容既可被读写器读出 又可由读写器写入的标签 3 按标签有无能源分类无源标签 标签中不含电池的标签 工作能量来自阅读器射频能量 有源标签 标签中含有电池的标签 不需利用阅读器的射频能量 半有源标签 阅读器的射频能量起到唤醒标签转入工作状态的作用 4 按标签的工作频率分类低频标签 500KHz以下中高频标签 3M 30MHz特高频标签 300M 3000MHz超高频标签 3GHz以上 5 按标签的工作距离分类远程标签 工作距离1m以上近程标签 10cm 100cm超近程标签 0 2cm 10cm RFID标签 无源标签 有源标签 EPC目前定义了5种电子标签 2 射频识别标签的构成射频识别标签一般由天线 调制器 编码发生器 时钟及存储器构成 天线 调制器 控制器 CPU 电源 编码发生器 时钟 存储器 3 射频识别标签的功能 1 具有一定容量的存储器 用于存储被识别对象的信息 2 在一定工作环境下及技术条件下标签数据能被读出或写入 3 维持对识别对象的识别及相关信息的完整 4 数据信息编码后 工作时可传输给读写器 5 可编程 且一旦编程后 永久性数据不能再修改 6 具有确定的期限 使用期限内无须维修 二 射频识别工作频率1 电磁波波段的划分 目前我国已规划的用于RFID技术的频率 2 射频标签工作频率分类 1 低频 LF 标签低频标签工作频率范围30 300KHZ 典型的工作频率有 125KHZ 133KHZ 低频标签一般为无源标签 工作能量通过电感耦合 近场 获得 阅读距离小于1米 典型应用有 动物识别 容器识别 工具识别 自动化生产线 精密仪器 电子闭锁防盗等 国际标准有 ISO11784 11785 用于动物识别 ISO18000 2 125 135KHZ 低频标签的优势 具有省电 廉价的特点 工作频率不受无线电频率管制约束 可以穿透水 有机组织 木材等 非常适合近距离 低速度的 数据量要求较少的识别应用 低频标签的劣势有 存储数据量少 只能适合低速 近距离识别应用 与高频标签相比 天线匝数更多 成本更高一些 2 高频 HF 标签高频标签工作频率范围3 30MHZ 典型工作频率为13 56MHZ 中高频标签一般也采用无源设置 其工作能量和低频标签一样 也是通过电感耦合 近场 获得 其基本特点与低频标签相似 由于其工作频率的提高 可以选用较高的传输速度 天线设计相对简单 标签一般制成卡片形状 典型的应用包括 无线IC卡 电子车票 电子身份证 电子闭锁防盗 自动化生产线等 相关的国际标准有ISO14443 ISO15693 ISO18000 3 13 56MHZ 等 3 特高频 UHF 与超高频 SHF 标签超高频与微波频段的射频标签 简称为微波射频标签 阅读距离一般大于1米 典型情况为4 6米 最大可达10米以上 各工作频率的用途及特点 433MHZ左右 耦合方式为反向散射耦合 远场 主要用于货物管理及特定场合 该频段电磁波绕射能力强 工作距离较远 但天线尺寸较大 该频段的无线电业务繁杂 容易引起干扰问题 相关的国际标准有ISO18000 7 433 92MHZ 800 900MHZ频段 我国于近期规划出840 845MHZ及920 925MHZ频段用于RFID技术 空间耦合方式为反向散射耦合 主要用于商品货物流通 该频段电磁波绕射能力强 最大工作距离可达8米左右 背景电磁噪声小 天线尺寸适中 射频标签易于实现 是全球范围内货物流通领域大规模使用RFID技术的最合适频段 相关的国际标准有ISO18000 6 860 930MHZ 2 45G 5 8GHZ频段 空间偶合方式为反向散射耦合 远场 主要用途为车辆识别和货物流通 该频段电磁波为视距传播 绕射能力差 且相对来讲空间损耗大 因此工作范围小 由于频率高 相对而言制造成本大 同时该频段为ISM频段 电磁环境复杂 干扰问题在特定场合可能较为突出 相关的国际标准有ISO18000 4 2 45GHZ ISO18000 5 5 8GHZ 三 射频标签的制作与封装射频标签产品按形态和材质的不同可分为三大类 标签类 注塑类和卡片类 封装工艺封装环节主要包括三个主要工艺 天线基板制作 一次封装 Inlay的制作 和二次封装 基板上涂覆绝缘膜 冲裁 1 天线基板的制作天线基板的制作目前主要包括两种方式 一种是传统的蚀刻工艺 另一种是丝网印刷工艺 2 一次封装 内嵌片的制作 一次封装是指带有天线的基板和芯片通过点胶的方式制成内嵌片的过程 3 二次封装 基板上涂覆绝缘膜 冲裁 Inlay 冷凝胶 涂敷有冷凝胶的Inlay 塑料 底纸 不干胶 电路带保护的标签 刷好不干胶的标签 离型纸 成卷的不干胶标签 射频读写器 ReaderandWriter 射频读写器根据具体实现功能的特点有其他较为流行的别称 单纯实现读取标签信息的设备成为阅读器 Reader 读出装置 ReadingDevice 扫描器 Scanner 等 单纯实现向标签内存写入信息的设备成为编程器 Programmer 写入器 Writer 等 综合具有读取与写入标签内存信息的设备成为读写器 通信器 Communicator 等 RFID读写器 2019 12 20 25 可编辑 一 射频读写器的工作原理模型 基带模块 基带信号处理应用程序接口控制与协议处理数据命令接口缓冲存储区 射频模块 调制解调处理数据命令接口发送通道接收通道收发分离 天线 天线接口 数据命令缓冲 应用接口 一 射频识别系统的工作原理模型 二 射频读写器的构成读写器一般由天线 射频模块和控制处理模块和I O接口模块组成 1 天线天线是发射和接收射频载波的设备 不管何种射频读写设备均少不了天线或耦合线圈 在确定的工作频率和带宽条件下 天线发射由射频模块产生的射频载波 并接收从标签发射回来的射频载波 对射频识别系统而言 天线是射频标签和读写器的空间接口 2 射频模块射频通道模块是射频读写设备的前端 也是影响系统价格的关键 射频模块由射频振荡器 射频处理器 射频接收器及前置放大器组成 射频模块可分为发射通道和接收通道两部分 分别用于发射和接收射频载波 射频模块通常完成控制与处理模块传送来的发送控制命令的执行 其主要功能有两项 一是将读写器欲发往射频标签的命令调制 装载 到射频信号上 经发射天线发送出去 二是对射频标签反回到读写器的回波信号的解调处理 并将处理后的回波基带信号送控制处理模块 射频模块的组成包括以下主要内容 1 频率源电路 用于产生读写设备载波调制的频率信号 2 调制 解调电路 用于实现基带信号载波发送与接收的调制 装载 与解调 卸载 3 功率放大电路 用于实现将输出到天线的射频信号放大到足够的功率电平 4 单天线收发分离电路 用于实现读写器发送与接收射频信道的分离 5 信号放大 滤波 整形处理电路 用于处理解调后的回波信号 6 收发控制电路 用于控制射频功率的输出以及多天线系统的功率分配 3 控制与处理模块控制与处理模块是射频读写设备的智能单元 其主要功能包括实现发送到射频标签命令的编码 回波信号的解码 差错控制 读写命令流程策略控制 发送命令缓存 接收数据缓存 与后端应用程序之间的接口协议实现 I O控制等 其组成包括以下主要内容 1 CPU或MPU 单片机 智能处理单元 内装嵌入程序 2 CPU或MPU外围接口电路 为CPU或MPU提供必要的存储区 中断控制器 I O信号与I O接口控制信号等 3 信号加工 缓存等处理电路 对发送命令 接收回波信号进行编码 解码 缓冲存储等 4 时钟电路 看门狗电路 为CPU MPU提供工作时钟以及系统自恢复功能 5 其他控制与接口电路 根据系统的功能 实现相应的控制与接口预处理 4 I O接口模块I O接口模块用于实现读写设备与外部传感器 控制器以及应用系统主机之间的输入与输出通信 常用的I O接口类别有 1 RS232串行接口 计算机流行的标准串行通信接口 可实现双向数据传输 优点是标准接口 通用 流行 缺点是传输速度与传输距离受限 2 RS422 485串行接口 标准串行接口 支持远距离通信 标准传输距离1200米 采用差分数据传输模式 抗干扰能力较强 通信速度范围与RS232相同 3 标准并行打印接口 通常用于为读写设备提供外接打印机 输出读写信息的功能 4 以太网接口 提供读写设备直接入网接入能力与接口 一般均支持TCP IP协议 5 红外线IR接口 提供红外线接口 近距离串行红外无线传输 传输速度与标准串口高速相当 6 USB接口 标准串行接口 短距离 高速传输接口 三 读写器的分类1 按通信方式分类 可分为读写器优先和标签优先两类 2 按传送方向分类 可分为全双工 FDX 和半双工 HDX 两类 3 按应用模式分类 可分为固定式 便携式 一体式和模块式 四 读写器的选择 1 根据功能多寡的选择 2 根据频率频段的选择 3 根据应用环境的选择 4 根据电子标签协议选择 五 射频读写设备的发展趋势主要体现在如下几方面 1 读写器射频模块与基带模块的标准化设计 2 更高的集成度 射频与基带模块 3 低成本的六端口射频模块技术更趋完善 4 多标签读写更有效 更快捷 5 不同厂家的标签兼容读写 不同工作频段标签的兼容读写 6 不断降低成本 7 读写设备设计方案与设计思想的创新 通信协议通信协议相关的问题包括 时序系统问题 通信握手问题 数据帧问题 数据编码问题 数据的完整性问题 多标签读写防冲突问题 干扰与抗干扰问题 识读率与误码率的问题 数据的加密与安全性问题 读写器与应用系统之间的接口问题等 1 时序系统如果从读写器到射频标签的数据传输和能量传输与从射频标签到读写器的数据传输在时间上是交叉进行的 这就是时序系统 也称为纯粹的时序系统 与时序系统概念关联密切的通信系统概念 1 全双工 FullDuplex 系统 是指通信的双方可以同时双向工作 互相传输信息 2 半双工 HalfDuplex 系统 是指通信的双方可以双向工作传输信息 但在同一时间只能向一个方向传输信息 3 单工系统 是指通信的双方只能从一方将信息传到另一方 即一方始终为发送方 另一方始终为接收方 2 通信握手通信握手所要解决的基本问题包括 1 沟通通信双方的工作状态 是否准备好 谁收谁发 2 协调通信双方的位速率 数据传输的同步问题 3 数据收发是否正确的确认 3 数据桢数据桢的定义 适合于传送与接收双方的具有完整意义的连续数据位的数据串的规格 数据桢是一个完整数据传输的最小单位 这是一个抽象的概念 将其具体化后可表示为多种数据传输过程中的桢概念 如命令桢 地址桢 数据桢 信息桢 控制桢等 4 多标签读写防冲突由读写器到射频标签的通信 发送的数据流同时被所有的射频标签接收 这种通信形式被称作 无线电广播 由射频标签到读写器的通信 多个射频标签的数据同时传输给读写器 这种通信形式称作多路存取 反碰撞法 在射频识别系统中 使多路存取无故障地进行存取记录的技术方法被称作反碰撞法 1 空分多路法 SDMA 在分离的空间范围内重新使用确定的资源 通路容量 的技术 2 频分多路法 FDMA 把若干个使用不同载波频率的传输通路同时提供给通信用户使用的技术 3 时分多路法 TDMA 把整个可供使用的通路容量按时间分配给多个用户的技术 5 干扰与抗干扰空间传输信道的干扰带来的直接影响是读写器与射频标签通信过程中数据接收出错 射频标签接收数据时出错可能导致的结果 1 射频标签错误地响应读写器的命令 2 造成射频标签工作状态混乱 3 造成写入射频标签的数据出错 4 射频标签错误地进入休眠状态 读写器接收数据时出错可能导致的结果 1 不能识别正常工作的射频标签 判断射频标签故障 2 将一个射频标签判断为另一个射频标签 造成识别错误 可能的抗干扰措