RFID技术课件

第一章射频识别简介。射频识别是20世纪90年代开始出现的一种自动识别技术。射频识别技术是利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现非接触式信息传输，并通过传输的信息达到识别目的的技术。从信息传输的基本原理来看，射频识别技术是基于低频带的变压器耦合模型(能量传输和一次与二次之间的信号传输)，以及高频带的雷达探测目标空间耦合模型(雷达发射电磁波信号击中目标后随目标信息返回雷达接收机)。2，1.2射频识别技术背景，射频识别技术发展阶段：射频识别技术作为一种先进的自动识别和数据采集技术，通过射频进行非接触式双向数据通信，识别目标并获取相关数据。它被认为是21世纪十大最重要的技术之一。它已成功应用于生产制造、物流管理、公共安全等领域。随着射频识别技术的不断发展和标准的不断提高，射频识别产业链将从硬件制造技术、中间件技术向系统集成应用升级和发展。产品将更加成熟、廉价和多样化，应用领域将更加广泛。在未来的发展中，射频识别技术将与其他高科技技术相结合，如全球定位系统、生物特征识别等技术，从单一身份识别向多功能方向发展。同时，它将与现代通信和计算机技术相结合，实现跨地区、跨行业的应用。2009年2月，IBM首次提出了“智能地球”的概念。那一年，美国将物联网列为振兴经济的两大优先事项之一。同年8月，温家宝总理访问中国科学院无锡物联网产业研究所，提出“感知中国”。1941-1945年雷达的改进为射频识别技术奠定了理论基础。在1951年至1960年射频识别技术探索的早期阶段，实验研究是主要部分。从1961年到1970年，射频识别技术的理论得到发展并开始应用。从1971年到1980年，射频识别技术和产品研发有了很大发展，各种技术加速了它们的发展。从1981年到1990年，射频识别技术和产品进入商业应用，封闭系统应用开始出现。从1991年到2000年，射频识别技术标准问题越来越受到重视，射频识别产品得到了广泛的应用。2001年射频识别标准越来越受到重视，产品越来越丰富，有源和无源电子标签也不断发展。3，1.3、国内外研究现状及发展趋势，现状：标准全球产业格局：目前，射频识别产业主要集中在应用相对成熟的欧美市场。半导体制造商如飞利浦、西门子、意法半导体和德州仪器基本上垄断了射频识别芯片市场。IBM、惠普、微软和思爱普(思爱普是公司的名称，即思爱普公司。它是世界上最大的企业管理和协调电子商务解决方案提供商，也是世界上第三大独立软件提供商，成立于1972年，总部位于德国华尔道夫。)。Sybase(Sybase成立于1984年11月，总部位于加利福尼亚州的埃默里维尔(现为加利福尼亚州的都柏林)。作为世界上最大的独立软件制造商之一，Sybase公司致力于帮助企业和其他组织管理和发布应用程序、内容和数据。)，孙等国际巨头在RFID中间件和系统集成研究方面占据了有利地位。外星人，中介，符号，转码，矩阵，英灵等公司提供射频识别标签，天线，阅读器和其他产品和设备。4，R&D:美国集成电路制造商，如德州仪器和英特尔，目前正大力投资于射频识别领域的芯片开发。美国的Symbol和其他公司开发了与条形码和射频识别兼容的扫描仪。IBM、微软和惠普正在积极开发支持射频识别应用的软件和系统。美国已经开始逐步将射频识别技术应用于运输、识别、专业在运输、识别和生产线自动控制等封闭系统的应用方面，它基本上与美国处于同一阶段。日本是一个制造大国。它在电子标签研究领域起步较早。政府也将射频识别技术视为发展的关键技术。中国：2010年对中国的射频识别和物联网产业来说是极其重要和具有里程碑意义的一年。温家宝总理2009年访问无锡，首次提出“感知中国”。2010年，促进物联网发展的措施相继出台，标志着中国射频识别和物联网产业的春天。今年，物联网被正式纳入国家发展战略，发布了物联网发展第十二个五年计划。产业联盟迅速崛起。2010年6月9日，中国物联网标准联合工作组在北京成立，标志着物联网标准发展取得新进展。物联网技术在上海世博会上得到了广泛应用，包括7000万张使用射频识别芯片的世博门票、300万张集成射频识别和SIM卡技术的世博手机门票，以及使用射频识别和物联网技术的车辆管理、垃圾管理和全食品可追溯系统。然而，核心技术和产品，尤其是芯片和中间件还没有取得突破。中国在这方面的发展仍然落后于欧美发达国家或地区。(1)建立统一的国际标准。(2)实现产品的低成本。(3)隐私保护和安全问题。有必要对标签数据进行严格加密，对通信过程进行加密，并立法保护。(4)体积较小。(1)运输系统。1996年，佛山市政府安装了无线射频识别系统自动收费，解决了道路拥堵问题。(2)生产自动控制。德国宝马公司在汽车装配线上安装了射频系统，以使汽车能够在装配线上精确装配。(3)货物跟踪管理和监控。射频识别技术为货物跟踪管理和监控提供了快速准确的自动化技术。集装箱上安装有带有集装箱位置、物品类型、数量等数据的电子标签，通过射频识别技术可以准确确定集装箱在货场的准确位置。在货物跟踪、管理和监控方面，澳大利亚和英国的希思罗机场将射频识别技术应用于旅客行李管理，提高了分拣效率，降低了出错率。(4)移动定时(5)仓库、配送等。8，1.5射频识别技术前景广阔，射频识别技术的发展也面临一些障碍，最大的障碍是电子标签的价格太贵。对于军事、生物技术和医疗应用来说，芯片价格稍微贵一些。因此，在物流和零售中的应用成本相对较高，从而阻碍了发展。还有一些数据和隐私问题。但是，我们相信随着技术的发展和生产规模的不断扩大，电子标签的价格问题将会得到解决。隐私问题需要各国通过立法来保护用户的隐私。射频技术将在全球科技发展中取得重大突破。第2章射频识别系统描述和协议分析，第2.1章射频识别系统描述，电子标签，读写器，后台计算机，以及图2-1射频识别系统的基本组成，天线，10，电子标签，射频识别标签俗称电子标签，又称应答器，根据工作模式可分为主动(主动)和被动(被动)两大类，我们主要研究无源射频识别标签和系统。无源射频识别标签由标签芯片和标签天线或线圈组成。它利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器的通信。射频识别标签存储一个唯一的编码，通常为64位、96位甚至更高，其地址空间远远高于条形码提供的空间，因此可以实现单品编码。当射频识别标签进入读写器的作用区域时，根据感应耦合原理(在近场作用范围内)或电磁反向散射耦合原理(在远场作用范围内)，在标签天线的两端会产生感应电势差，在标签芯片路径中形成弱电流。如果电流强度超过阈值，射频识别标签芯片电路将被激活工作，从而读取/写入标签芯片中的存储器。微控制器还可以进一步添加复杂的功能，如密码或防冲突算法。射频识别标签芯片的内部结构主要包括四个部分：射频前端、模拟前端、数字基带处理单元和EEPROM存储单元。11，阅读器是射频识别系统中最重要的基础设施。一方面，射频识别标签返回的微弱电磁信号通过天线进入阅读器的射频模块，转换成数字信号，由阅读器的数字信号处理单元进行处理和整形。最后，对返回的信息进行解调，完成对射频识别标签的识别或读/写操作。另一方面，上层中间件和应用软件与读写器交互，实现操作指令和数据上传。上传数据时，读写器将对射频识别标签原子事件进行重复数据删除或简单的条件过滤，将它们处理成读写器事件并再次上传，以减少与中间件和应用软件的数据交换流量。因此，微处理器和嵌入式系统被集成到许多读写器中，以实现一些中间件功能，如信号状态控制、奇偶校验和纠错等。未来的读写器将呈现智能化、小型化和集成化的趋势。它还将具有更强大的前端控制功能，例如直接与工业现场的其他设备交互，甚至作为控制器执行在线调度。在物联网中，读写器将成为C3具有通信、控制和计算功能的核心设备。12，天线是射频识别标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通信连接的设备。射频识别系统包括两种类型的天线。一个是射频识别标签上的天线，因为它与射频识别标签集成在一起，所以没有单独讨论。另一个是读取器天线，它可以内置在读取器中，或者通过同轴电缆连接到读取器的射频输出端口。目前，大多数天线产品采用发射和接收分离技术，实现发射和接收功能的一体化。天线在射频识别系统中的重要性往往被人们所忽视。在实际应用中，天线设计参数是影响射频识别系统识别范围的主要因素。高性能天线不仅需要良好的阻抗匹配特性，还需要根据应用环境的特点对方向特性、极化特性和频率特性进行特殊设计。中间件是一种面向消息的专用软件，它可以接受来自应用软件的请求，在一个或多个指定的读取器上启动操作，接收并处理结果，然后将结果返回给应用软件。中间件可以屏蔽射频识别应用中底层硬件带来的各种服务场景、硬件接口和适用标准带来的可靠性和稳定性问题。它还可以为上层应用软件提供多层、分布式、异构的信息环境中业务信息和管理信息之间的协作。中间件的内存数据库还可以根据一个或多个读写器的读写器事件进行过滤、聚合和计算，提取对应用软件有意义的业务逻辑信息，形成业务事件，以满足多个客户端的检索、发布/订阅和控制请求。14岁，应用软件是直接面向射频识别应用终端用户的人机交互界面，协助用户完成阅读器的指令操作和中间件的逻辑设置，将射频识别原子事件逐步转化为用户可理解的业务事件，并通过可视化界面显示。，15，2.1.2、射频识别系统的基本工作原理。射频识别的基本原理是在被识别的物体上安装射频识别电子标签。当被识别物体进入射频识别系统的读取范围时，利用空间感应耦合或电磁耦合进行通信，实现标签与读写器之间的非接触式信息通信。标签发送携带信息给读写器，读写器接收并解码信息。读写器采集的数据通过串口RS232或RS485实时发送到客户端的终端处理系统，并通过网络传输到服务器，从而完成信息采集和处理的全过程，达到自动识别被识别对象的目的。射频识别系统由一个芯片和一个标签天线或线圈组成。UID代码作为标签的唯一标识存储在标签中。电子标签是射频识别系统的核心部分，也是射频识别系统的重要标志。在实际应用中，电子标签附着在带有识别对象的表面上。读写器以非接触方式读取标签中存储的数据，并在处理后将其发送到中央信息系统进行管理。其主要功能是存储相关的识别信息，实现与读写器的通信。在特定条件下，它还可以具有“杀死”功能，从而确保标签中的信息不会泄露，并具有一定的安全功能。18，阅读器(即读写器)是整个射频识别系统的重要组成部分之一，由收发射频模块、控制模块、天线和接口电路组成。由于大多数射频识别系统采用“读写器优先”的工作模式，它已经成为整个射频识别系统的通信中心。它主要有以下功能：1 .通过高频载波为标签提供工作所需的能量；2.通过发送/接收射频信号实现与标签的通信功能；3.与应用系统软件的通信是通过标准接口实现的，如与客户的RS232/485接口。4.通过基带部分实现相关协议标准；5.读取、写入和修改标签中存储的信息；6.具有防碰撞功能，可实现读写范围内多个标签的同时识别。7.加密和解密阅读器和标签之间的数据以及其他安全设置和身份验证。一般来说，读写器可以根据容量和用途分为小型、手持式、面板式、隧道式、通道式和大型通道式。20岁，客户端、服务器和通信网络。在射频识别系统中，客户端主要用来实现与读写器的通信功能。读写器可以通过RS232/485等标准接口与客户端通信，然后通过通信网络与服务器连接，通过服务器记录数据，管理数据库，从而形成一个完整的信息管理平台。21，2.2射频识别系统的分类，2.2.1射频标签工作频率的分类从应用概念来看，射频标签的工作频率也是射频识别系统的工作频率，这是其最重要的特征之一。射频标签的工作频率不仅决定了射频识别系统的工作原理(电感耦合或电磁耦合)和识别距离，还决定了射频标签和阅读器的实现难度和设备成本。工作在不同频带或频率的射频标签具有不同的特性。射频识别应用所占用的频段或频点被国际公认为位于ISM频段。典型工作频率为125千赫、133千赫、13.56兆赫、27.12兆赫、433兆赫、902-928兆赫、2.45千兆赫、5.8千兆赫等。从应用概念来看，射频标签的工作频率也是射频识别系统的工作频率。22，典型的工作频率为125千赫和133千赫。低