RFID与物联网应用

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1、第2章 RFID与物联网应用史长琼1第第 2章章知知识识点点结结构构22.1 自动识别技术的发展背景n数据采集与自动识别技术分类数据采集与自动识别技术分类32. 2 条形码简介2.2.1. 条形码的特点条形码的特点n条形码是将宽度不等的多个黑条（或黑块）和空白，条形码是将宽度不等的多个黑条（或黑块）和空白，按照一定的按照一定的编码编码规则排列，用以表达一组规则排列，用以表达一组信息信息的图形的图形标识符标识符n常见的一维条形码是由黑条（简称条）和白条（简称常见的一维条形码是由黑条（简称条）和白条（简称空）排成的空）排成的平行线平行线图案图案n条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、条形

2、码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期，以及图书分类号、邮件起止地点、类别、生产日期，以及图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息日期等信息n在在商品商品流通、流通、图书图书管理、管理、邮政邮政管理、管理、银行银行系统等许多系统等许多领域都得到了广泛的应用领域都得到了广泛的应用42.2.2 一维条形码的特点一维条形码的特点n一维条形码只是在一个方向（一般是水平方向）一维条形码只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息n优点是编码规则简单，条形码识读器造价较低优点是编码规则简单，条形码识读器造价较低n缺点是：数据容

3、量较小，一般只能包含字母和缺点是：数据容量较小，一般只能包含字母和数字；条形码尺寸相对较大，空间利用率较低数字；条形码尺寸相对较大，空间利用率较低，条形码一旦出现损坏将被拒读条形码一旦出现损坏将被拒读n多数一维条码所能表示的字符集不过是多数一维条码所能表示的字符集不过是10个数个数字、字、26个英文字母及一些特殊字符，条码字符个英文字母及一些特殊字符，条码字符集最大所能表示的字符个数也不过是集最大所能表示的字符个数也不过是128个个ASCII符符52.2.3 二维条形码的特点n二维条形码是在水平和垂直方向的二维空间存储信息二维条形码是在水平和垂直方向的二维空间存储信息n优点：信息容量大、译码可

4、靠性高、纠错能力强、制优点：信息容量大、译码可靠性高、纠错能力强、制作成本低、保密与防伪性能好作成本低、保密与防伪性能好一维条形码与二维条形码火车票的比较62. 3 磁卡与IC卡的应用2.3.1 磁卡的应用磁卡的应用磁卡与磁卡读写器结构磁卡与磁卡读写器结构72.3.2 IC卡的特点与应用nIC卡也叫做卡也叫做智能卡智能卡，它是通过在集成电路芯片中写有，它是通过在集成电路芯片中写有数据来进行识别的数据来进行识别的82.4 RFID基础知识2.4.1 RFID标签的基本概念标签的基本概念nRFID是利用无线射频信号空间耦合的方式，实现无是利用无线射频信号空间耦合的方式，实现无接触的标签信息自动传输

5、与识别的技术接触的标签信息自动传输与识别的技术nRFID标签又称为标签又称为“电子标签电子标签”或或“射频标签射频标签”92.4.2 RFID基本工作原理1. RFID标签结构标签结构102. 理解RFID基本工作原理的电磁学基础n法拉第电磁感应定律实验法拉第电磁感应定律实验113. RFID标签工作原理标签工作原理12（1）被动式RFID标签工作原理n被动式被动式RFID标签也叫做标签也叫做“无源无源RFID标签标签”n无源无源RFID标签接近读写器时，标签处于读写器天线辐标签接近读写器时，标签处于读写器天线辐射形成的近场范围内射形成的近场范围内nRFID标签天线通过电磁感应产生感应电流，感

6、应电流标签天线通过电磁感应产生感应电流，感应电流驱动驱动RFID芯片电路芯片电路n芯片电路通过芯片电路通过RFID标签天线将存储在标签中的标识信标签天线将存储在标签中的标识信息发送给读写器，读写器天线再将接收到的标识信息息发送给读写器，读写器天线再将接收到的标识信息发送给主机发送给主机n无源标签工作过程就是读写器向标签传递能量，标签无源标签工作过程就是读写器向标签传递能量，标签向读写器发送标签信息的过程向读写器发送标签信息的过程n读写器与标签之间能够双向通信的距离称为读写器与标签之间能够双向通信的距离称为“可读范可读范围围”或或“作用范围作用范围”13（2）主动式）主动式RFID标签工作原理标

7、签工作原理n主动式主动式RFID标签也叫做标签也叫做“有源有源RFID标签标签”n处于远场的有源处于远场的有源RFID标签由内部配置的电池标签由内部配置的电池供电供电n从节约能源、延长标签工作寿命的角度，有源从节约能源、延长标签工作寿命的角度，有源RFID标签可以不主动发送信息标签可以不主动发送信息n当有源标签接收到读写器发送的读写指令时，当有源标签接收到读写器发送的读写指令时，标签才向读写器发送存储的标识信息标签才向读写器发送存储的标识信息n有源标签工作过程就是读写器向标签发送读写有源标签工作过程就是读写器向标签发送读写指令，标签向读写器发送标识信息的过程指令，标签向读写器发送标识信息的过程

8、14（3）半主动RFID标签n半主动式半主动式RFID标签继承了无源标签体积小、标签继承了无源标签体积小、重量轻、价格低、使用寿命长的优点，内置的重量轻、价格低、使用寿命长的优点，内置的电池在没有读写器访问的时候，只为芯片内很电池在没有读写器访问的时候，只为芯片内很少的电路提供电源少的电路提供电源n只有在读写器访问时，内置电池向只有在读写器访问时，内置电池向RFID芯片芯片供电，以增加标签的读写距离较远，提高通信供电，以增加标签的读写距离较远，提高通信的可靠性的可靠性n半主动式半主动式RFID标签一般用在可重复使用的集标签一般用在可重复使用的集装箱和物品的跟踪上装箱和物品的跟踪上152.4.3

9、 RFID标签的分类161. 按标签供电方式进行分类nRFID标签可以分为：无源标签可以分为：无源RFID标签和有源标签和有源RFID标签标签172. 按标签工作模式进行分类n主动式主动式RFID标签标签 依靠自身能量主动向依靠自身能量主动向RFID读写器发送数读写器发送数据据n被动式被动式RFID标签标签 从从RFID读写器发送的电磁波中获取能量，读写器发送的电磁波中获取能量，激活后才能够向激活后才能够向RFID读写器发送数据读写器发送数据n半主动式半主动式RFID标签标签 自身的能量只提供给自身的能量只提供给RFID标签中的电路标签中的电路使用，并不主动向使用，并不主动向RFID读写器发送

10、数据读写器发送数据；当当它接收到它接收到RFID读写器发送的电磁波激活之后，读写器发送的电磁波激活之后，才向才向RFID读写器发送数据读写器发送数据183. 按标签读写方式进行分类n只读式只读式RFID标签标签 只读标签只读标签 一次性编程只读标签一次性编程只读标签 可重复编程只读标签可重复编程只读标签n读写式读写式RFID标签标签194. 按标签工作频率进行分类n低频低频RFID标签标签n中高频中高频RFID标签标签n超高频与微波段超高频与微波段RFID标签标签ETC应用场景应用场景205. 按封装材料进行分类n纸质封装纸质封装RFID标签标签n塑料封装塑料封装RFID标签标签n玻璃封装玻璃

11、封装RFID标签标签216. 按标签封装的形状进行分类n粘贴在标识物上的薄膜型的自粘贴式标签粘贴在标识物上的薄膜型的自粘贴式标签n用户携带、类似于信用卡的卡式标签用户携带、类似于信用卡的卡式标签n封装成能够固定在车辆或集装箱上的柱型标签封装成能够固定在车辆或集装箱上的柱型标签n封装在塑料扣中，用于动物耳标的扣式标签封装在塑料扣中，用于动物耳标的扣式标签n封装成钥匙扣中，用于随身携带的身份标识标签封装成钥匙扣中，用于随身携带的身份标识标签n封装在玻璃管中，用于人或动物的植入式标签封装在玻璃管中，用于人或动物的植入式标签222.5 RFID应用系统结构与组成2.5.1 RFID应用系统结构应用系统

12、结构232.5.2 RFID标签封装与编码/打印设备1. RFID标签封装与编码标签封装与编码/打印设备的基本功能打印设备的基本功能242. 大型的仓库RFID标签编码/打印设备的应用 手工粘贴RFID标签工作流程25n自动编码、打印、张贴自动编码、打印、张贴RFID标签工作流程标签工作流程262.5.3 RFID标签读写器1. RFID标签读写器的基本功能标签读写器的基本功能n各种类型的各种类型的RFID标签读写器标签读写器27读写器的主要功能读写器的主要功能：n读写器与读写器与RFID标签之间的通信标签之间的通信n读写器与计算机之间的通信读写器与计算机之间的通信n能够实现在有效读写区域内实

13、现对多个能够实现在有效读写区域内实现对多个RFID标签同时读写的能力标签同时读写的能力n能够对固定或移动能够对固定或移动RFID标签进行识别与读写标签进行识别与读写n能够校验读写过程中错误信息能够校验读写过程中错误信息n能够识别有源能够识别有源RFID标签与电池相关的电量信标签与电池相关的电量信息息282. 读写器的分类（1）移动式读写器）移动式读写器n移动式读写器适用于仓库盘点、现场货物清查、图书移动式读写器适用于仓库盘点、现场货物清查、图书馆书架清点、动物识别、超市购货付款、医疗保健等馆书架清点、动物识别、超市购货付款、医疗保健等应用场合应用场合n手持便携式读写器一般带有液晶显示屏，配置有

14、键盘手持便携式读写器一般带有液晶显示屏，配置有键盘来进行操作和数据输入，可以通过各种有线或无线接来进行操作和数据输入，可以通过各种有线或无线接口，与高层计算机实现通信口，与高层计算机实现通信n移动式读写器是一种嵌入式系统，它将天线与读写模移动式读写器是一种嵌入式系统，它将天线与读写模块集成在一个手持设备中块集成在一个手持设备中n移动式读写器一般使用在低频、中高频、超高频段移动式读写器一般使用在低频、中高频、超高频段n是否是只读式或读是否是只读式或读/ 写式，以及内存的大小需要根据写式，以及内存的大小需要根据应用的需求确定应用的需求确定29（2）固定式读写器）固定式读写器n固定式读写器一般采取将

15、天线与读写器模块分固定式读写器一般采取将天线与读写器模块分开设计的方法开设计的方法n天线通过电缆与读写器模块连接。天线可以方天线通过电缆与读写器模块连接。天线可以方便地安装在固定的闸门式门柱上、门禁的门框便地安装在固定的闸门式门柱上、门禁的门框上、不停车收费通道的顶端、仓库进出口、生上、不停车收费通道的顶端、仓库进出口、生产线传送带旁产线传送带旁n固定式读写器一般使用超高频与微波段，作用固定式读写器一般使用超高频与微波段，作用距离相对比较远距离相对比较远303. 读写器设计中需要注意的几个问题n标签身份识别与标签数据传输解密标签身份识别与标签数据传输解密/ /解密问题解密问题n标签数据传输错误

16、问题标签数据传输错误问题n多标签读取过程中的多标签读取过程中的“碰撞碰撞”问题问题n有源标签电源状态管理问题有源标签电源状态管理问题n标签与天线位置对读写效果的影响标签与天线位置对读写效果的影响31nRFID应用系统结构应用系统结构322.6 RFID标签编码标准*2.6.1 RFID编码标准研究的必要性n在在RFID应用系统中，要使每一件物体的信息在生产加应用系统中，要使每一件物体的信息在生产加工、市场流通、客户购买与售后服务过程中，都能够工、市场流通、客户购买与售后服务过程中，都能够被准确地记录下来，就必须形成全球统一的、标准的、被准确地记录下来，就必须形成全球统一的、标准的、唯一能够准确

17、标识各国、各个企业生产的各个产品的唯一能够准确标识各国、各个企业生产的各个产品的电子编码标准电子编码标准nRFID技术广泛应用的基础是：技术广泛应用的基础是：RFID标签编码的标准标签编码的标准化与化与RFID标签体系的建立标签体系的建立n目前最有影响的标准主要有：目前最有影响的标准主要有： EPC Global RFID标准标准 UID RFID标准标准 ISO/IEC RFID标准标准332.6.2 EPC Global RFID标准美国美国MIT Auto-ID 实验室实验室EPC研究的核心思想研究的核心思想是是：n为每一个产品分配一个唯一的电子标识符为每一个产品分配一个唯一的电子标识符

18、EPC码码nEPC码存储在码存储在RFID标签的芯片中标签的芯片中n通过无线数据传输技术，通过无线数据传输技术，RFID读写器可以通读写器可以通过非接触的方式自动采集到过非接触的方式自动采集到EPC码码n连接在互联网中的服务器可以完成对连接在互联网中的服务器可以完成对EPC码所码所涵盖内容的解析涵盖内容的解析34nEPC研究的内容与体系研究的内容与体系35EPC编码体系编码体系：nEPC编码体系研究的是产品电子代码的全球标准编码体系研究的是产品电子代码的全球标准n2004年年6月月EPCglobal公布了第一个公布了第一个EPC标准标准n目前正在研究和推广第二代（目前正在研究和推广第二代（GE

19、N2）EPC标准标准EPC射频识别系统射频识别系统：nEPC射频识别系统研究包括射频识别系统研究包括EPC标签与标签与EPC读写器读写器EPC信息网络系统信息网络系统：nEPC信息网络系统是由互联网连接的多个支持信息网络系统是由互联网连接的多个支持EPC应应用的网络系统与用的网络系统与EPC基础设施组成基础设施组成n通过通过EPC中间件软件、对象名字服务（中间件软件、对象名字服务（ONS）与）与EPC信息服务（信息服务（EPCIS），实现全球的），实现全球的“物与物物与物”互联互联n对象名字服务（对象名字服务（ONS）也称作）也称作“对象名字解析服务对象名字解析服务”362.6.3 EPC编码

20、体系EPC编码体系特点编码体系特点：兼容性：兼容性/全面性全面性/科学性科学性EPC码由四个数字字段组成码由四个数字字段组成：n版本号版本号：表示产品编码所采用的表示产品编码所采用的EPC版本版本n域名管理域名管理：标识生产厂商标识生产厂商n对象分类对象分类：标识产品类型标识产品类型n序列号序列号：标识每一件产品标识每一件产品EPC编码编码长度长度分为三种分为三种：64位、位、96位与位与256位位EPC-96 I型编码标准字段结构与意义型编码标准字段结构与意义372.6.4 基于EPC的物联网结构1. 基于基于EPC的物联网服务基本概念的物联网服务基本概念382. 对象名字服务ONSn物联网对象名字服务物联网对象名字服务ONS工作原理工作原理393. EPC信息服务EPCISnEPCIS结构结构402.6.5 UID编码体系nUID体系结构体系结构412.6.6 ISO/IEC RFID标准体系nISO/IEC RFID标准体系结构标准体系结构42