信息标识技术条形码二维码RFID关键技术研究

《信息标识技术条形码二维码RFID关键技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信息标识技术条形码二维码RFID关键技术研究（28页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、信息标识技术（条形码、二维码、RFID）关键技术研究1 项目概况根据：2017年3月17日和2017年4月6日上海船厂生产亟需填平补齐项目项目组（简称“上船”）与上海船舶工艺研究所（简称611）所领导和四室智能管控研发部有关人员进行的讨论会，会上相关讨论得出的疑问结合智能制造专项等的建设需要对信息标识技术（条形码、二维码、RFID）关键技术进行研究并对相关使用情况给出说明，故对相关关键技术进行研究，使有关技术可以再船舶生产制造和仓储物量等方面得以应用，实现智能制造、精益管理。2 项目研究内容分析概况研究信息是识别技术的特点，对相关技术进行系统的介绍。并对各种标识技术进行对比分析。船厂方向上信息

2、标识技术的分析后续船舶方向上信息标识还需解决的问题分析3 条码简介：3.1 什么是条码？ 答：条码是由一组规则排列的条、空或与其相对应的字符组成的标记，用以表示一定的信息。这种用条、空组成的数据编码可以供机器识读，而且很容易译成二进制数和十进制数。这些条和空可以有各种不同的组合方法，从而构成不同的图形符号，即各种符号体系，也称码制，适用与不同的场合。3.2 一维码简介：3.2.1 什么是一维条码？ 答：一维条码又称线形条码。我们通常把那些只在一个方向（一般是水平方向，在垂直方向则不表达任何信息）表达信息的条码叫一维条码。如：我们经常看到的各种商品上的条码、挂号信和特快专递上的条码都属于一维条码

3、。目前使用频率最高的几种码制是：EAN、UPC、三九码、交插二五码和128码。3.2.2 维条码目前都有哪些应用？ 答：一维条码广泛的应用于仓储、邮电、运输、商业盘点等许多领域。应用最广泛、最为人们熟悉的还是通用商品流通销售领域的POS（Point Of Sale）系统，也称为销售终端或扫描系统。北美、欧洲各国和日本普遍采用POS系统，其普及率已达95%以上。条形码技术在电子政务公文流转领域的应用始于远光公司在1999年研发的公文流转智能管理系统，该系统应用在我国最大的机要文件交换机构国务院办公厅中央国家机关机要文件交换站中，这是全国第一个将条形码自动识别技术应用于公文流转领域的信息管理系统。

4、3.3 二位码简介3.3.1 什么是二维条码？ 答：在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码， 称为二维条码。 二维条码是一种高密度、高信息含量的便携式数据文件，是实现证件及卡片等大容量、高可靠性信息自动存储、携带，并可用机器自动识读的理想手段，能够不依赖数据库及通讯网络而单独应用。3.3.2 二维条码是如何分类的？ 答：从结构上讲，二维条码分为两类，其中一类由矩阵代码和点代码组成，其数据是以二维空间的形态编码的；另一类由多行条码符号组成，其数据以成串的数据行显示。常用的码制有CODE49、CODE16K、PDF417。PDF是便携式数据文件（PORTABLE DATA FILE）的缩写，41

5、7则与宽度代码有关，用来对字符编码。PDF417 由美国Symbol公司研制，是中国现行唯一通过国家标准认证的二维条码。 3.3.3 二维条码有哪些特点？ 答：二维条码密度高，信息含量大，保密、防伪性能好，可以将照片、指纹、掌纹、视网膜、声音、签名、文字等凡可数字化的信息进行编码。因此二维条码是实现证件、卡片、档案、照片、票据等大容量、高可靠性信息自动存储、携带并自动识读的理想的方法。3.3.4 二维条码有哪些应用？ 答：二维条码技术已广泛应用在国防、公共安全、交通运输、医疗保健、工业、商业等领域。如，在交通管理中，在驾驶证年审通知单或执照上印刷一个条码，就可将所有年审或颁发新牌照所需要要的信

6、息放在二维条码里。工作人员只需扫读一下通知单或执照上的二维条码，便可以获取全部审验所需信息。3.4 条码是如何生成和打印的？打印条码需要哪些设备？ 答：使用条码软件，只需输入相关信息，就能够自动生成条码。条码可以通过普通的激光打印机打印，也可以通过条码打印机打印，如果需要将条码打印在标签上，就必须选用条码打印机打印。条码打印机按照所采用的打印原理主要分为热敏方式和热转印方式条码打印机。 直接在热敏标签纸上打印条码，不需使用碳带；热转印式条码打印机通过碳带在标签纸上进行条码打印，通常包含热敏打印功能。3.5 一维条码与二维条码对比3.5.1 有哪些区别和使用上的区别？ 答： 请见一维条码和二维条

7、码对比表。 A外观：一维条码： 一维条码是由纵向黑条和白条组成,黑白相间、而且条纹的粗细也不同,通常条纹下还会有英文字母或阿拉伯数字.二维条码： 二维条码通常为方形结构,不单由横向和纵向的条形码组成,而且码区内还会有多边形的图案,同样二维条码的纹理也是黑白相间,粗细不同,二维条码是点阵形式！B、作用：一维条码： 可以识别商品的基本信息,例如商品名称、价格等,但并不能提供商品更详细的信息,要调用更多的信息,需要电脑数据库的进一步配合.二维条码： 不但具别识别功能,而且可显示更详细的商品内容.例如衣服,不但可以显示衣服名称和价格,还可以显示采用的是什么材料,每种材料占的百分比,衣服尺寸大小,适合身

8、高多少的人穿着,以及一些洗涤注意事项等,无需电脑数据库的配合,简单方便.条码类型优点缺点一维条码技术成熟、使用广泛、设备成本低廉、点阵图形，信息密度高，数据量大、信息量少、只支持英文或数字、需与电脑数据库结合二维条码二维条码生成后不可更改，安全性高具备纠错能力支持多种文字，包括英文、中文、数字等可将照片、声音等内容进行数字化编码编码专利权、需支付费用要提高条形码的信息数据密度,又要在一个固定面积上印出所需数据,可用二种方法来解决：(1) 在一维条形码的基础上向二维条形码方向扩展,(2) 利用图像识别原理,采用新的几何形体和结构设计出二维条形码.前者发展出堆叠式(Stacked)二维条形码,后者

9、则有矩阵式(Matrix)二维条形码之发展,构成现今二维条形码的两大类型.具有代表性的堆叠式二维条形码有PDF417, Code16K, Supercode, Code49等.具有代表性的矩阵式二维条形码有GM、CM、QR Code, DataMatrix, Maxicode,等. 其中的旭感公司的GM、CM码已被选为我国二维条形码的国家标准,成为国内唯一拥有自主知识产权的条形码行业标准.3.5.2 一维条码、二维条码技术简介3.5.2.1 一维条码（1D Barcode） 一维条码只是在一个方向（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，其一定的高度通常是为了便于阅读器的对准。

10、一维条码的应用可以提高信息录入的速度，减少差错率，但是一维条码也存在一些不足之处：* 数据容量较小： 30个字符左右* 只能包含字母和数字* 条码尺寸相对较大（空间利用率较低）* 条码遭到损坏后便不能阅读3.5.2.2 二维条码（2D Barcode） 在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码， 称为二维条码（2-dimensional bar code）1 二维条码技术简介：所谓二维条码，简单地说就是将一维条码存储信息的方式在二维空间上扩展，从而存储更多的信息，从一维条码对物品的标识转为二维条码对物品的描述。 使用二维条码可以解决如下问题：（1）、表示包括汉字、照片、指纹、签字在内的小型数据

11、文件；（2）、在有限的面积上表示大量信息；（3）、对物品进行精确描述；（4）、防止各种证件、卡片及单证的仿造；（5）、在远离数据库和不便联网的地方实现数据采集。 美国Symbol公司1991年正式推出的PDF417的二维条码，简称为PDF417条码，目前已成为通用的国际标准。PDF417二维条码具有如下的技术特点：（1）信息容量大：PDF417条码可容纳1850个大写字母或2710个数字或1108个字节，比普通条码信息容量约高几十倍。（2）编码范围广：该条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码，用条码表示出来。（3）容错能力强：该条码采用世界上最先进的数学纠错理论和技术

12、，可以有效防止译码错误，提高译码速度复原受损信息。（4）译码可靠性高：它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多，误码率不超过千万分之一。（5）保密性、防伪性好：它具有多重防伪特性，其信息按密码格式编码，采用软件加密，并可以利用所包含的信息如指纹、图片等进行防伪。另外，还可以采用隐形条码防伪。（6）易制作，持久耐用：条码可以印在各种载体上，可以使用多种印刷技术，条码阅读不需要物理接触，不受读取次数限制。（7）成本低：它的成本远远低于磁带等存储介质，在网络连通情况不好时，可以通过传真方式把大量信息的二维条码传送给对方。（8）条码符号形状、尺寸大小比例可变：在保持条码所表示的信息两不变的情况下，PD

13、F417条码的形状、尺寸和大小可以根据载体面积、业务需要和美工设计进行调整。3.5.3 二维条码是否能取代一维条码？ 答：二维条码不能取代一维条码。 一维条码的信息容量小，依赖数据库及通讯网络，但识读速度快，识读设备成本低；而二维条码数据容量大，不用依赖数据库及通讯网络，但是条码密度大时识读速度较慢而且识读设备成本较高。二维条码和一维条码各自发挥不同的作用，不能相互取代。 我们最为熟悉的是条码在超市中的应用，超市的所有商品上都有一维条码的标识，这些标识其实只含有一串数字信息，收银员扫描条码后显示的商品名称、价格等信息都是通过这串数字信息访问数据库的结果。如果将这些一维条码替换为二维条码，将商品

14、的相关信息存储在二维条码中，虽然扫描后可以不需要访问数据库直接获得相关信息，但是商品流通中各个环节对价格等的控制就无法实现了，因此是不可行的。 在公文流转中，一维条码主要应用于标识一份文件，通过采集一维条码的信息就可以快速准确的追踪文件的流转过程；二维条码主要用于带载信息，将文件的文号、标题、主题词等存储起来，接收文件的单位扫描二维条码就可以获取这些信息，不需要重复录入。 如果将信封上的一维条码替换为含有文件相关信息的二维条码，文件的信息就有可能造成失泄密现象；文件上的二维条码在印刷过程中就印制好了，成批印刷的所有二维条码所包含的信息都是一样的，但是文件在流转过程中，要求每份文件都必须有唯一的

15、编码用于识别该文件，因此，这里的一维条码不能够被二维条码替换。 4 RFID简介4.1 什么是RFID？1RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别。常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码，等等。 一套完整 RFID系统由 Reader 与 Transponder 两部份组成 ,其动作原理为由 Reader 发射一特定频率之无限电波能量给Transponder,用以驱动Transponder电路将內部之ID Code送出，此时Reader便接收此ID Code。 Transponder的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡故

16、不怕脏污，且晶片密码为世界唯一无法复制，安全性高、长寿命。 RFID的应用非常广泛，目前典型应用有动物晶片、汽车晶片防盜器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理。RFID标签有两种：有源标签和无源标签。 以下是电子标签内部结构:芯片+天线与RFID系统组成示意图 4.2 什么是电子标签？ 电子标签即为 RFID 有的称射频标签、射频识别。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点

17、。 4.3 什么是RFID技术？ RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID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。短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。 4.4 什么是RFID解决方案？RFID解决方案是RFID技术供应商针对行业发展特点制定的RFID应用方案，可根据不同企业的实际要求“量身定做”。 RFID解决方案可按照行业进行分类，

18、物流、防伪防盗、身份识别、资产管理、动物管理、快捷支付等等 查看方案请点击此处. 4.5 什么是RFID中间件 RFID是2005年建议企业可考虑引入的十大策略技术之一，而 中间 件（Middleware）可称为是RFID运作的中枢，因为它可以加速关键应用的问世。 RFID产业潜力无穷，应用的范围遍及制造、物流、医疗、运输、零售、国防等等。Gartner Group认为，RFID是2005年建议企业可考虑引入的十大策略技术之一，然而其成功之关键除了标签（Tag）的价格、天线的设计、波段的标准化、设备的认证之外，最重要的是要有关键的应用软件（Killer Application），才能迅速推广。

19、而 中间 件（Middleware）可称为是RFID运作的中枢，因为它可以加速关键应用的问世。 4.6 RFID系统的基本组成部分有哪些？ 最基本的RFID系统由三部分组成： 标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象； 阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式； 天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。 4.7 RFID无线识别电子标签基础介绍： 无线射频识别技术（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空

20、间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。 RFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分。电子标签是射频识别系统的数据载体，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签(Active tag)、无源电子标签(Passive tag)和半无源电子标签(Semipassive tag)。有源电子标签内装有电池，无源射频标签没有内装电池，半无源电子标签(Semipassive tag)部分依靠电池工作。 电子标签依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。依据封装形式的不同可分为信用卡标

21、签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。 RFID阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。 4.8 RFID发展历程： RFID直接继承了雷达的概念，并由此发展出一种生机勃勃的AIDC新技术RFID技术。1948年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别RFID的理论基础。 1)RFID技术发展的历程表。在20世纪中，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。RFID技术的发展可按10年期划分如下： 1

22、9411950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。 19511960年。早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 19611970年。RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 19711980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。 19811990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。 19912000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。 2001今。标准化问题日趋为人

23、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。 RFID技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID正在成为现实。 RFID工作原理 RFID工作原理和相关原理知识 其中，电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置，扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。 发生在阅读器

24、和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。 (1)电感耦合。变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定 律。(2) 电磁反向散射耦合：雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律 电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz、225kHz和1356MHz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为1020cra。 电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz，915MHz，245GHz，58GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为3l

25、0m.5 RFID读写设备基本介绍5.1 什么是RFID读写器 无线射频识别技术（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。 RFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分。RFID阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。5.2 RFID的工作原理 射频识别系统的基本模型如图81所示。其中，电子标签又称为射频标签

26、、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置，扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。(1)电感耦合。变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定 律，如右图所示。(2) 电磁反向散射耦合：雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz、225kHz和1

27、356MHz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为1020cra。电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz，915MHz，245GHz，58GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为3l0m。RFID读写器技术原理图:电感耦合模型的读写器 电磁反向散射耦合型的RFID读写器 5.3 RFID读写器防冲撞（防碰撞）实理机理 RFID分类的第二个重要的看点在于是否需要同时读取复数个标签。为了实现这个功能在通信上所采取的技术是（防冲撞）防碰撞同时读取复数个标签是常被人们谈及的RFID比图形码远为优越的地方，但是如果没有防碰撞 （防冲撞）的功能

28、时，RFID系统只能读写一个标签。在这种情况下如果有两个以上的标签同时处于可读取的范围内就会导致读取的错误。其次，我们来简单地说明防碰撞（防冲撞）功能的工作原理。即使是具有防碰撞（防冲撞）功能的RFID系统，实际上并非同时读取所有标签的内容。在同时查出有复数个标签存在的情况下，检索信号并防止冲突的功能开始动作。为了进行检索，首先要确定检索条件。例如，13.56MHz频带的RFID系统里应用的ALOHA方式的防碰撞功能的工作步骤如下。1）、首先，阅读器指定电子标签内存的特定位数（14位左右）为次数批量。2）、电子标签根据次数批量，将响应的时机离散化。例如在两位数的次数批量“00、01、10、11

29、”时，读写器将以不同的时机对这四种可能性逐一进行响应。3）、若在各个时机里同时响应的电子标签只有一个的场合下才能得到这个电子标签的正常数据。信息读取之后阅读器对于这个电子标签发送在一定的时间内不再响应的睡眠的指令（Sleep/Mute）使之在休眠，避免再次向应。4）、若在各个时机内同时由几个电子标签响应，判别为“冲突”。在这种情况下，内存内的另外两位数所记录的次数批量，重复以上从2）开始的处理。5）、所有的电子标签都完成响应之后，阅读器向他们发送唤醒的指令（Wake Up），从而完成对所有电子标签的信息读取。在这种搭载有防碰撞（防冲撞）功能的RFID系统中，为了只读一个标签，几经调整次数批量反

30、复读取进行检索。所以，一次性读取具有一定数量的标签的情况下，所有的标签都被读到为止其速度是不同的，一次性读取的标签数目越多，完成读取所需时间要比单纯计算所需的时间越长。实现防止抗碰撞（防冲撞）的功能是RFID在物流领域中取代图形码所必不可少的条件。例如，在超市中，商品是装在购物车里面进行计价的。为了实现这种计价方式，抗碰撞 （防冲撞）功能必须完备。另一方面，在电子货币和个人认证方面利用RFID系统时，同时识别几个标签是发生差错的主要原因。具有抗碰撞（防冲撞）功能的RFID系统的价格比不具有这种功能的系统的要昂贵。当个人用户在制作RFID系统的时候，如果没有必要进行复数个ID同时认识时就没有必要

31、选择抗碰撞机能的读写器。5.4 RFID读写器5.4.1 RFID读写器频率分类 和我们听的收音机道理一样，射频标签和阅读器也要调制到相同的频率才能工作。LF, HF, UHF就对应著不同频率的射频。LF代表低频射频，在125KHz左右，HF代表高频射频，在13.54MHz左右，UHF代表超高频射频，在850至910MHz范围之内，还有2.4G的微波读写器。为什么要使用不同的频率？ 在操作中有4种波段的频率，低频（125KHz），高频（13.54MHz），超高频（850-910MFz），微波（2.45GHz）.每一种频率都有它的特点，被用在不同的领域，因此要正确使用就要先选择合适的频率。 不同

32、的国家所使用频率也不尽相同：欧洲的超高频是868MHz,美国的则是915MHz.日本目前不允许将超高频用到射频技术中。政府也通过调整阅读器的电源来限制它对其他器械的影响。有些组织例如全球商务促进委员会正鼓励政府取消限制。标签和阅读器生产厂商也正在开发能使用不同频率系统避免这些问题。 5.4.2 所有的阅读器都能支持不同种类的标签吗？ 目前还不是。很多公司生产的阅读器支持现有供给链中用的新标签的射频技术。一些阅读器只支持新的电子产品代码，一些只支持某些生产厂商生产的特定标签。 5.4.3 什么是阅读器冲突？ 射频技术遇到的一个问题就是阅读器冲突，就是一个阅读器接收到的信息和另外一个阅读器接收到的

33、信息发生冲突，产生重叠。解决这个问题的一种方法是使用TDMA技术，简单来说就是阅读器被指挥在不同时间接收信号，而不是同时，这样就保证了阅读器不会互相干扰。但是在同一区域的物品就会被读取两次，因此就要建立相应的系统去避免这种情况的发生。5.4.4 我需要什么样的阅读器？ 阅读器和标签一样，得通过研究供给方式决定使用种类和数量。例如，要求是管理进出仓库的库存，阅读器可以安装在码头货物进出的舱门上。如果要求是管理送给特定客户的产品，那阅读器应该不仅仅装在舱门上，还应该装在卡车上。如果要求是控制零售货架，固定或是手持装置可以采用，从而方便自动出库记录和计数。5.5 RFID天线知识什么是 RFID天线

34、？ RFID天线在标签和读取器间传递射频信号。 在RF装置中，工作频率增加到微波区域的时候，天线与标签芯片之间的匹配问题变得更加严峻。天线的目标是传输最大的能量进出标签芯片。这需要仔细的设计天线和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配。本文考虑的频带是435MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz，在零售商品中使用。 天线必须： 足够的小以至于能够贴到需要的物品上； 有全向或半球覆盖的方向性； 提供最大可能的信号给标签的芯片； 无论物品什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问信号相匹配； 具有鲁棒性； 非常便宜。 在选择天线的时候的主要考虑是： 天线的类型； 天线的阻抗： 在应用到物品上的RF

35、的性能； 在有其他的物品围绕贴标签物品时的RF性能。 1 可选的天线 在435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz频率是用的RFID系统中，可选的天线有几种，见下表，它们重点考虑了天线的尺寸。这样的小天线的增益是有限的，增益的大小取决于辐射模式的类型，全向的天线具有峰值增益0到2dBi；方向性的天线的增益可以达到6dBi。增益大小影响天线的作用距离。下表中的前三个种类的天线是线极化的，但是微带面天线可以使圆极化的，对数螺旋天线仅仅是圆极化的。由于RFID标签的方向性是不可控的，所以读卡机必须是圆极化的。一个圆极化的标签天线可以产生3dB 以强的信号。 2 阻抗问题 为了最大功率传输

36、，天线后的芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗匹配。几十年来，设计天线与50或70欧姆的阻抗匹配，但是可能设计天线具有其他的特性阻抗。例如，一个缝隙天线可以设计具有几百欧姆的阻抗。一个折叠偶极子的阻抗可以是一做个标准半波偶极子阻抗的20倍。印刷贴片天线的引出点能够提供一个很宽范围的阻抗(通常是40 到100欧姆)。选择天线的类型，以至于它的阻抗能够和标签芯片的输入阻抗匹配是十分关键的。另一个问题是其他的与天线接近的物体可以降低天线的返回损耗。对于全向天线，例如双偶极子天线，这个影响是显著的。改变双偶极子天线和一听番茄酱的间距做了一些实际测量，显示了一些变化，见图4和图5。其他的物体也有相似的影响

37、。此外是物体的介电常数，而不是金属，改变了谐振频率。一塑料瓶子水降低了最小返回损耗频率16%。当物体与天线的距离小于62.5mm的时候，返回损耗将导致一个3.0 dB的插入损耗，而天线的自由空间插入损耗才0.2dB。可以设计天线使它与接近物体的情况相匹配，但是天线的行为对于不同的物体和不同的物体距离而不同。对于全向天线是不可行的，所以设计方向性强的天线，它们不受这个问题的影响。 3 局部结构的影响 在使用手持的仪器的时候，大量的其他临近物体的使读卡机天线和标签天线的辐射模式严重失真。这可以对于2.45GHz的工作频率计算，假设一个代表性的几何形状，和自由空间相比，显示返回信号降低了10dB，在

38、双天线同时使用的时候，比预料的模式下降的更多。在仓库的使用环境下，一个物品盒子具有一个标签会有问题，几个标签贴在一个盒子上以确保所有时候都有一个标签是可以看见的。便携系统的使用有几个天线的问题。每个盒子两个天线足够适合门禁装置探测，这样局部结构的影响变得不再重要，因为门禁装置的读卡机天线被固定在仓库的出入，并且直接指向贴标签的物体。 4 辐射模式 在一个无反射的环境中测试了天线的模式，包括了各种需要贴标签的物体，在使用全向天线的时候性能严重下降。圆柱金属听引起的性能下降是最严重的，在它与天线距离50mm的时候，反回的信号下降大于20dB (见图6)。天线与物体的中心距离分开到100150mm的

39、时候，反回信号下降约10 到12dB。在与天线距离100mm的时候，测量了几瓶水（塑料和玻璃），见图7，反回信号降低大于10dB。在蜡纸盒的液体，甚至苹果上做试验得到了类似的结果。 5 距 离 RFID天线的增益和是否使用有源的标签芯片将影响系统的使用距离。乐观的考虑，在电磁场的辐射强度符合UK的相关标准时，2.45GHz 的无源情况下，全波整流，驱动电压不大于3伏，优化的RFID天线阻抗环境(阻抗 200 或300欧姆)，使用距离大约是1米3。如果使用WHO限制4则更适合于全球范围的使用，但是作用距离下降了一半。这些限制了读卡机到标签的电磁场功率。作用距离随着频率升高而下降。如果使用有源芯片

40、作用距离可以达到5到10米。 总 结 全向天线应该避免在标签中使用，然而是可以使用方向性天线，它具有更少的辐射模式和返回损耗的干扰。天线类型的选择必须使它的阻抗与自由空间和ASIC匹配。在一个仓库中使用天线好像是不可行的，除非使用有源标签，但是在任何情况下，仓库内的天线辐射模式将严重失真。一个门禁系统的使用将是好的选择，可以使用短作用距离的无源标签。当然门禁系统比手持的仪器昂贵，但是手持仪器工作人员需要使用它到仓库搜寻物品，人员费用同样昂贵。在门禁系统中，每一个物品盒子，仅需要2个而不是4个或6个RFID标签。 5.6 电子标签耦合 电子标签耦合类型概述 根据射频识别系统作用距离的远近情况，射

41、频标签天线与读写器天线之间的耦合可分为三类。射频识别系统中射频标签与读写器之间的作用距离是射频识别系统应用中的一个重要问题，通常情况下这种作用距离定义为射频标签与读写器之间能够可靠交换数据的距离。射频识别系统的作用距离是一项综合指标，与射频标签及读写器的配合情况密切相关。 根据射频识别系统作用距离的远近情况，射频标签天线与读写器天线之间的耦合可分为以下三类：（1）密耦合系统；（2）遥耦合系统；（3）远距离系统。 1 密耦合系统 密耦合系统的典型作用距离范围从01cm。实际应用中，通常需要将射频标签插入阅读器中或将其放置到读写器的天线的表面。密耦合系统利用的是射频标签与读写器天线无功近场区之间的

42、电感耦合（闭合磁路）构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。密耦合系统的工作频率一般局限在30MHz以下的任意频率。由于密耦合方式的电磁泄露很小、耦合获得的能量较大，因而可适合要求安全性较高，作用距离无要求的应用系统，如电子门锁等。 2 遥耦合系统 遥耦合系统的典型作用距离可以达到1m。遥耦合系统又可细分为近耦合系统（典型作用距离为15cm）与疏耦合系统（典型作用距离为1m）两类。遥耦合系统利用的是射频标签与读写器天线无功近场区之间的电感耦合（闭合磁路）构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。遥耦合系统的典型工作频率为13.56MHz，也有一些其他频率，如6.75MHz、27.125MHz等。

43、遥耦合系统目前仍然是低成本射频识别系统的主流。 3 远距离系统 远距离系统的典型作用距离从1m到10m，个别的系统具有更远的作用距离。所有的远距离系统均是利用射频标签与读写器天线辐射远场区之间的电磁耦合（电磁波发射与反射）构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。远距离系统的典型工作频率为：915MHz、2.45GHz、5.8GHz，此外，还有一些其他频率，如433MHz等。远距离系统的射频标签根据其中是否包含电池分为有无源射频标签（不含电池）和半无源射频标签（内含电池）。一般情况下，包含有电池的射频标签的作用距离较无电池的射频标签的作用距离要远一些。半无源射频标签中的电池并不是为射频标签和读写

44、器之间的数据传输提供能量，而是只给射频标签芯片提供能量，为读写存贮数据服务。 远距离系统一般情况下均采用反射调制工作方式实现射频标签到读写器方向的数据传输。远距离系统一般具有典型的方向性，射频标签与读写器成本目前还处于较高的水平。从技术角度来说，满足以下特点的远距离系统是理想的射频识别系统： （1）射频标签无源； （2）射频标签可无线读写； （3）射频标签与读写器支持多标签读写； （4）适合应用于高速移动物体的识别（物体移动速度大于80km/h）； （5）远距离（读写距离大于5m10m）； （6）低成本（可满足一次性使用要求）；现实的远距离系统一般均只能满足其中的几款要求。 5.7 电子标签的

45、制作及封装 电子标签的制作及封装概述 作为终极产品，智能标签不受卡的限制，形态材质也有多姿多彩的发展空间。 它的产品分三大类： 1、标签类 2、注塑类3、卡片类 1 标签类 带自粘功能的标签，可以在生产线上由贴标机揭贴在箱、瓶等物品上，或手工粘在车窗（如出租车）上、证件（如大学学生证）上，也可以制成吊牌挂、系在物品上，用标签复合设备完成加工过程。产品结构由面层、芯片线路（INLAY）层、胶层、底层组成。面层可以用纸、PP、PET作覆盖材料（印刷或不印刷）等多种材质作为产品的表面；芯片线路（INLAY）有多种尺寸、多种芯片、多种EEPROM容量，可按用户需求配置后定位在带胶面；胶层由双面胶式或涂

46、胶式完成；底层有两种情况：一为离型纸（硅油纸），二为覆合层（按用户要求）。成品形态可以为卷料或单张。 2 注塑类 可按应用不同采用各种塑料加工工艺，制成内含Transponder的筹码、钥匙牌、手表等异形产品。 3卡片类 3.1.PVC卡片 相似于传统的制卡工艺即印刷、配Transponder（INLAY）、层压、冲切。可以符合ISO-7810卡片标准尺寸，也可按需加工成异形。 3.2.纸、PP卡 由专用设备完成，它在尺寸、外形、厚度上并不作限制。结构为面层（卡纸类）、Transponder（INLAY）层、底层（卡纸等）粘合而成。 总结 通过上述形态介绍，可以初步了解到智能标签的封装加工完全

47、跨越了传统卡的概念，更表达了智能标签在应用领域上的前景是广阔的。随着智能标签产业链的逐渐形成和完善，制造业的信息化水平将会因为有了形态各异的智能标签而迅速提升一个新台阶。 5.8 射频标签通信协议简介 概述 射频标签与读写器之间的数据交换构成的是一个无线数据通信系统。1 射频标签通信协议简介 射频标签与读写器之间交换的是数据，由于采用无接触方式通信，还存在一个空间无线信道。因而，射频标签与读写器之间的数据交换构成的是一个无线数据通信系统。在这样的数据通信系统模型下，射频标签是数据通信的一方，读写器是通信的另一方。要实现安全、可靠、有效的数据通信目的，数据通信的双方必须遵守相互约定的通信协议。没

48、有这样一个通信双方公认的基础，数据通信的双方将互相听不懂对方在说什么，步调也无从协调一致，从而造成数据通信无法进行。 所涉及到的问题包括：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。 5.9 射频标签内存信息的写入方式 射频标签内存信息的写入方式概述 本文对射频标签信息的写入方式作了简单介绍。 射频标签读写装置的基本功能是无接触读取射频标签中的数据信息。从功能角度来说，单纯实现无接触读取射频标签信息的设备称为阅读器、读出装置、扫描器等。单纯实现向射频标

49、签内存中写入信息的设备称为编程器、写入器等。综合具有无接触读取与写入射频标签内存信息的设备称为读写器、通信器等。 射频标签信息的写入方式大致可以分为以下三种类型 （1）射频标签在出厂时，即已将完整的标签信息写入标签。这种情况下，应用过程中，射频标签一般具有只读功能。只读标签信息的写入，在更多的情况下是在射频标签芯片的生产过程中即标签信息写入芯片，使得每一个射频标签拥有一个唯一的标识UID（如64Bits）。应用中，需再建立标签唯一UID与待识别物品的标识信息之间的对应关系（如车牌号）。只读标签信息的写入也有在应用之前，由专用的初始化设备将完整的标签信息写入。 （2）射频标签信息的写入采用有线接

50、触方式实现，一般称这种标签信息写入装置为编程器。这种接触式的射频标签信息写入方式通常具有多次改写的能力。例如，目前在用的铁路货车电子标签信息的写入即为这种方式。标签在完成信息注入后，通常需将写入口密闭起来，以满足应用中对其防潮、防水、防污等要求。 （3）射频标签在出厂后，允许用户通过专用设备以无接触的方式向射频标签中写入数据信息。这种专用写入功能通常与射频标签读取功能结合在一起形成射频标签读写器。具有无线写入功能的射频标签通常也具有其唯一的不可改写的UID。这种功能的射频标签趋向于一种通用射频标签，应用中，可根据实际需要仅对其UID进行识读或仅对指定的射频标签内存单元（一次读写的最小单位）进行

51、读写。 应用中，还广泛存在着一次写入多次读出WORM（Write Once Read Many）的射频标签。这种WORM概念即有接触式改写的射频标签存在，也有无接触式改写的射频标签存在。这类WORM标签一般大量用在一次性使用的场合，如航空行李标签，特殊身份证件标签等。 无论是怎样的情况，对射频标签的写操作均应在一定的授权控制之下进行。否则，将失去射频标签标识物品的意义。 5.10 RFID工作频率指南和典型应用 概述 不同频段的RFID产品会有不同的特性，本文详细介绍了无源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主要的应用。目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和甚高频的频率范围内的符合不同标

52、准的不同的产品,而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。其中感应器有无源和有源两种方式，下面详细介绍无源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主要的应用。 1 低频(从125KHz到134KHz) 其实RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作, 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用.通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流,可作供电电压使用. 磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快。特性： 1. 工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz, TI 的工作频率为134.2KHz。该频段的波长大约为250

53、0m. 2. 除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。 3. 工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。 4低频产品有不同的封装形式。好的封装形式就是价格太贵，但是有10年以上的使用寿命。 5虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。 6相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢。 7感应器的价格相对与其他频段来说要贵。 主要应用：1 畜牧业的管理系统 2 汽车防盗和无钥匙开门系统的应用 3 马拉松赛跑系统的应用 4 自动停车场收费和车辆管理系统 5 自动加油系统的应用 6 酒店门锁系统的应用 7 门禁和安全管理系统符合的国

54、际标准： a) ISO 11784 RFID畜牧业的应用编码结构 b) ISO 11785 RFID畜牧业的应用技术理论 c) ISO 14223-1 RFID畜牧业的应用空气接口 d) ISO 14223-2 RFID畜牧业的应用协议定义 e) ISO 18000-2 定义低频的物理层、防冲撞和通讯协议 f) DIN 30745 主要是欧洲对垃圾管理应用定义的标准 2 高频(工作频率为13.56MHz) 在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式 的方式进行工作。也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化

55、，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器特性： 1. 工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m。 2. 除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。感应器需要离开金属一段距离。 3. 该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。 4. 感应器一般以电子标签的形式。 5. 虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。 6. 该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签。 7. 可以把某些数据信息写入标签中。 8. 数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。 主

56、要应用： 1 图书管理系统的应用 2 瓦斯钢瓶的管理应用 3 服装生产线和物流系统的管理和应用 4 三表预收费系统 5 酒店门锁的管理和应用 6 大型会议人员通道系统 7 固定资产的管理系统 8 医药物流系统的管理和应用 9 智能货架的管理 符合的国际标准： a) ISO/IEC 14443 近耦合IC卡，最大的读取距离为10cm. b) ISO/IEC 15693 疏耦合IC卡，最大的读取距离为1m. c) ISO/IEC 18000-3 该标准定义了13.56MHz系统的物理层，防冲撞算法和通讯协议。 d) 13.56MHz ISM Band Class 1 定义13.56MHz符合EPC

57、的接口定义。 3 超高频(工作频率为860MHz到960MHz之间) 甚高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是很快，但是读取的区域不是很好进行定义。该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。主要是通过电容耦合的方式进行实现。 特性： 1 在该频段，全球的定义不是很相同欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz，北美定义的频段为902到905MHz之间，在日本建议的频段为950到956之间。该频段的波长大概为30cm左右。2 目前，该频段功率输出目前统一的定义(美国定义为4W，欧洲定义为500mW)。 可能欧洲限制会上升到2W EIRP。 3 甚高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰

58、尘，雾等悬浮颗粒物资。相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来。 4 电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求。 5 该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。 6 有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签。 主要应用： 1 供应链上的管理和应用 2 生产线自动化的管理和应用 3 航空包裹的管理和应用 4 集装箱的管理和应用 5 铁路包裹的管理和应用 6 后勤管理系统的应用 符合的国际标准：a) ISO/IEC 18000-6 定义了甚高频的物理层和通讯协议；空气接口定义了Type A和Type B两部分；支持

59、可读和可写操作。 b) EPCglobal 定义了电子物品编码的结构和甚高频的空气接口以及通讯的协议。例如：Class 0, Class 1, UHF Gen2。 c) Ubiquitous ID 日本的组织，定义了UID编码结构和通信管理协议。 我们毫无怀疑，在将来，甚高频的产品会得到大量的应用。例如WalMart, Tesco, 美国国防部和麦德龙超市都会在它们的供应链上应用RFID技术。 5.11 射频技术和条码的比较 .电子标签RFID对比条形码七大特点 1.快速扫描 条形码一次只能有一个条形码受到扫描； RFID辨识器可同时辨识读取数个 RFID标签。 2.体积小型化、形状多样化 R

60、FID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外， RFID标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。 3.抗污染能力和耐久性 传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但 RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损； RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。 4.可重复使用 现今的条形码印刷上去之后就无法更改， RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。 5.无屏障阅读 在被覆盖的情况下， RFID能够穿透纸张、木材和塑

61、料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。 6.数据的记忆容量大 一维条形码的容量是 50Bytes，二维条形码最大的容量可储存 2至 3000字符， RFID最大的容量则有数 MegaBytes。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。 7.安全性 由于 RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。 近年来， RFID因其所具备的远距离读取、高储存量等特性而备受瞩目。它不仅可以帮助一个企业大幅提高货物、

62、信息管理的效率，还可以让销售企业和制造企业互联，从而更加准确地接收反馈信息，控制需求信息，优化整个供应链。 2为什么射频技术比条形码具有优越性？ 射频技术不一定比条形码“好”，他们是两种不同的技术，有不同的适用范围，有时会有重叠。两者之间最大的区别是条形码是“可视技术”，扫描仪在人的指导下工作，只能接收它视野范围内的条形码。相比之下，射频识别不要求看见目标。射频标签只要在接受器的作用范围内就可以被读取。条形码本身还具有其他缺点，如果标签被划破，污染或是脱落，扫描仪就无法辨认目标。条形码只能识别生产者和产品，并不能辨认具体的商品，贴在所有同一种产品包装上的条形码都一样，无法辨认哪些产品先过期。

63、3 射频技术和条形码有什么区别？ 从概念上来说，两者很相似，目的都是快速准确地确认追踪目标物体。主要的区别如下：有无写入信息或更新内存的能力。条形码的内存不能更改。射频标签不像条形码，它特有的辨识器不能被复制。标签的作用不仅仅局限于视野之内，因为信息是由无线电波传输，而条形码必须在视野之内。由于条形码成本较低，有完善的标准体系，已在全球散播，所以已经被普遍接受，从总体来看，射频技术只被局限在有限的市场份额之内。目前，多种条形码控制模版已经在使用之中，在获取信息渠道方面，射频也有不同的标准。 4 目前，在成本方面，只能标签和条形码有什么差别？ 由於组成部分不同，智能标签要比条形码贵得多，条形码的成本就是条形码纸张和油墨成本，而有内存芯片的主动射频标签价格在2美元以上，被动射频标签的成本也在1美元以上。但是没有内置芯片的标签价格只有几美分，它可以用于对数据信息要求不那么高的情况，同时又具有条形码不具备的防伪功能。 5.12 RFID标签能否取代条码技术概述 自20世纪70年代以来，条码技术一直是商品清单管理的主流方法。一个条码的价