射频识别技术.ppt

射频识别(RFID)技术,原理与应用,2018/1/11,2,主要内容,RFID技术简介RFID系统分类RFID系统基本原理RFID系统物理基础RFID频率范围和射频许可规则RFID数据完整性RFID数据安全标准化射频标签读写器应用示例,第一节 RFID技术简介,2018/1/11,4,RFID是什么？,RFIDRadio Frequency IdentificationRFID是一种自动识别技术，其特点是以无接触方式，在不知不觉中自动完成识别过程RFID 是一种无接触自动识别技术，利用射频信号及其空间耦合传输特性，实现对静止的或移动中的待识别物品的自动识别 RFID系统由两个部分组成，即电子标签和阅读器,2018/1/11,5,RFID的工作过程演示,2018/1/11,6,射频识别系统的工作模型,2018/1/11,7,RFID工作原理,2018/1/11,8,RFID 系统组成部分,2018/1/11,9,Antenna,Reader,固件,用户管理信息系统,Host,应用软件,API,TCP/IP,Power,货品,Asset/Tag,RFID 系统构成(block diagram),2018/1/11,10,RFID的特点,一种极具潜力的自动识别方法可实现无接触的自动识别全天候、识别穿透能力强、无接触磨损可实现近距离、远距离的自动识别可实现对移动物品的自动识别可实现同时对多个物品的自动识别比较理想的一种数据获取方法可广泛应用于数据获取的各种应用之中,2018/1/11,11,RFID的应用领域,门禁、考勤控制现代物流交通领域产品装配线在消费中的应用动物识别供应链管理文档追踪与图书管理运动计时移动商务军事领域应用全资可视化,2018/1/11,12,门禁、考勤,2018/1/11,13,现代物流,2018/1/11,14,传送机 / 产品装配线,读 / 写 操作更高精度的条形码,2018/1/11,15,传送机 /产品装配线,每分钟大于450 英尺每一容器60个条款的信息电子收据分捡电子标记,2018/1/11,16,动物管理,2018/1/11,17,供应链管理,2018/1/11,18,文档追踪与图书管理,2018/1/11,19,运动计时,2018/1/11,20,移动消费,2018/1/11,21,全资可视化（人员物资）,2018/1/11,22,便携式应用种类,2018/1/11,23,交通领域（公路）,2018/1/11,24,交通领域（铁路）,2018/1/11,25,电子封条,集装箱封签电表封签货车封签,2018/1/11,26,人们对电磁能的认识,宇宙起源即存在电磁能的形式（大爆炸说/创世说）科学推断得出的结论：宇宙中存在的四种力：引力、电磁力、原子核中的强、弱相互作用是统一的。其中电磁力场是最初的形式：E=mc2电磁现象是RFID的基础公元前中国先民即发现并开始利用天然磁石，并用磁石制成指南车此后，人们对电磁的认识几乎没有进展，直到近世（1600）,2018/1/11,27,近世人们对电磁能的认识,美国人本杰明富兰克林：研究雷电，发明电灯，印刷术等 1846年英国科学家米歇尔法拉弟发现了光波与电波均属于电磁能量1864年苏格兰科学家詹姆士克拉克麦克斯韦尔发表了他的电磁场理论1887年，德国科学家亨瑞士鲁道夫赫芝证实了麦克斯韦尔的电磁场理论并演示了电磁波以光速传播并可以被反射，具有类似光的极化特性1896年马克尼成功地实现了横越大西洋的越洋电报，由此开创了利用电磁能量为人类服务的先河1922年，诞生了雷达（Radar）1948年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别RFID的理论基础,2018/1/11,28,RFID技术的发展历程,RFID技术发展的历程 1940-1950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。1950-1960年：早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。1960-1970年：RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。1970-1980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。1980-1990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。1990-2000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。 2000-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。,2018/1/11,29,RFID技术的国内外发展状况,RFID技术国内外发展状况RFID技术在国外的发展较早也较快。尤其是在美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非目前均有较为成熟且先进的RFID系统。Auto-ID Center在对RFID理论、技术及应用研究的基础上，所作出的主要贡献如下： 提出产品电子代码EPC（Electronic Product Code）概念及其格式规划。为减化电子标签芯片功能设计、降低电子标签成本、扩大RFID应用领域奠定了基础； 提出了实物互联网的概念及构架，为EPC进入互联网搭建了桥梁； 建立了开放性的国际自动识别技术应用公用技术研究平台，为推动低成本的RFID标签和读写器的标准化研究开创了条件。 中国国内在RFID技术的研究方面也发展很快，市场培育已初步开花结果。,RFID发展的现状？,The Status of RFID Development ?,2018/1/11,31,从技术角度来看,RFID系统的核心是电子标签电子标签的核心是标签芯片单芯片电子标签技术日趋成熟多频点共存：125kHz/133kHz/225kHz/13.56MHz433MHz/915MHz/2.45GHz/5.8GHz无源标签、半无源标签、有源标签共存电子标签多功能、低成本趋势读写器多标准兼容、低成本趋势,2018/1/11,32,从应用角度来看,RFID技术的应用已趋成熟。在北美、欧洲、澳洲、亚太地区及南部非洲都得到了相当广泛的应用。 典型的应用领域包括： 铁路车号自动识别管理。如：北美铁路、中国铁路、瑞士铁路等。 车辆道路交通自动收费管理。如：北美部分收费高速公路的自动收费、中国部分高速公路自动收费管理、东南亚国家部分收费公路的自动收费管理。 旅客航空行包的自动识别、分拣、转运管理。如：北美部分机场。 车辆出入控制。如：停车场、垃圾场、水泥场车辆出入、称重管理等。 校园卡、饭卡、乘车卡、会员卡、驾照卡、键康卡（医疗卡）等国内、国外均有大量应用。 生产线产品加工过程自动控制。主要应用在大型工厂的自动化流水作业线上。 动物识别（养牛、养羊、赛鸽等）。大型养殖厂、家庭牧场、赛鸽比赛。 物流、仓储自动管理。大型物流、仓储企业。 贮气容器的自动识别管理。汽车遥控门锁、电子门锁等。,2018/1/11,33,习题,1、什么是RFID？2、RFID的特点是什么3、RFID由哪两部分组成，各完成什么功能4、举出一个RFID应用系统的例子，说明它的工作原理,第二节 RFID 系统分类,2018/1/11,35,RFID 系统的分类,2018/1/11,36,RFID 系统的分类,根据工作方式可分为： 全双工 半双工 时序方式根据芯片存储容量可分为： 1bit电子防盗器 非1比特系统,2018/1/11,37,RFID 系统的分类,根据是否可编程可分为： 只读系统 可读写系统根据芯片存储方式可分为： 集成电路 声表面波,2018/1/11,38,RFID 系统的分类,根据操作时序可分为： 状态机 微处理器根据能量供应方式可分为： 有源系统 无源系统,2018/1/11,39,RFID 系统的分类,根据工作频率可分为： 低频 射频 微波根据数据采集方式可分为： 次谐波 反向散射细工 其他,2018/1/11,40,标签类型,圆盘状,2018/1/11,41,标签类型,玻璃管状,2018/1/11,42,标签类型,塑料包装,2018/1/11,43,标签类型,钥匙状,2018/1/11,44,标签类型,表状,2018/1/11,45,频率、作用距离和耦合,一、密耦合 01cm二、遥耦合 1m，频率：135k，6.75M，13.56M，27.125M三、远距离系统 1m10m， 频率：915M，5.8G，24.125G,2018/1/11,46,RFID系统框图,2018/1/11,47,习题,1、RFID可以从哪些方面进行分类？2、低频RFID和高频RFID在工作性能上有哪些区别？,第三节 RFID 系统基本作用原理,2018/1/11,49,RFID系统框图,2018/1/11,50,RFID 系统工作原理,2018/1/11,51,1比特应答器,有四种方法实现：1）射频法,2018/1/11,52,1比特应答器,谐振曲线,2018/1/11,53,1比特应答器,天线和标签,2018/1/11,54,1比特应答器,典型的系统参数,2018/1/11,55,1比特应答器,2）微波法,标签基本电路和典型结构,2018/1/11,56,1比特应答器,原理：射频标签利用二极管的非线性特性产生载波的谐波，阅读器检测谐波。,2018/1/11,57,1比特应答器,3）分频器,2018/1/11,58,1比特应答器,典型的系统参数,2018/1/11,59,1比特应答器,4）电磁法 工作频率1020kHz，标签为具有一条陡峭的磁滞迴线的坡莫合金软磁条,天线与标签,2018/1/11,60,1比特应答器,4）电磁法 缺点是对位置的依赖较强,2018/1/11,61,全双工和半双工,半双工：从应答器到阅读器的数据传输与从阅读器到应答器的数据传输是交替进行的。 全双工：数据在阅读器和应答器之间双向同时传输 时序系统：阅读器到应答器的能量传输总是在限定的时间内传输，应答器在能量传输的间隙传送数据,2018/1/11,62,全双工和半双工,2018/1/11,63,RFID系统的耦合模型,（变压器模型）,1、电感耦合1）无源应答器的能量供应,2018/1/11,64,RFID系统的耦合模型,电感耦合（变压器模型）,2018/1/11,65,全双工和半双工,标签,2018/1/11,66,全双工和半双工,随着频率增高，所需线圈匝数减小 效率不高，只读标签1m 读写标签15cm,2018/1/11,67,全双工和半双工,2）应答器到阅读器的能量传输（1）负载调整：应答器天线上的负载电阻接通和断开回影响读写器天线上的电压的变化。,2018/1/11,68,全双工和半双工,（1）使用副载波的负载调整,2018/1/11,69,RFID系统的耦合模型,2、电磁反向散射耦合（雷达模型）,2018/1/11,70,RFID系统的耦合模型,电磁反向散射耦合（雷达模型）,2018/1/11,71,全双工和半双工,电磁反向散射,半无源标签,2018/1/11,72,全双工和半双工,2）应答器到读写器的数据传输,2018/1/11,73,全双工和半双工,3、密耦合1）能量供应,2018/1/11,74,全双工和半双工,3、密耦合2）数据传输 磁耦合 电容耦合,2018/1/11,75,全双工和半双工,3、阅读器到应答器的数据传输2）数据传输 磁耦合 电容耦合4、阅读器到应答