1、第2章 RFID與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用段鵬松1第1頁，共47頁。第 2章知識點(diǎn)結(jié)構(gòu)2第2頁，共47頁。2.1 自動識別技術(shù)的發(fā)展背景數(shù)據(jù)采集與自動識別技術(shù)分類3第3頁，共47頁。2. 2 條形碼簡介2.2.1. 條形碼的特點(diǎn)條形碼是將寬度不等的多個黑條（或黑塊）和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識符常見的一維條形碼是由黑條（簡稱條）和白條（簡稱空）排成的平行線圖案條形碼可以標(biāo)出物品的生產(chǎn)國、制造廠家、商品名稱、生產(chǎn)日期，以及圖書分類號、郵件起止地點(diǎn)、類別、日期等信息在商品流通、圖書管理、郵政管理、銀行系統(tǒng)等許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用4第4頁，共47頁。2.2.2 一維條形碼的特點(diǎn)一

2、維條形碼只是在一個方向（一般是水平方向）表達(dá)信息，而在垂直方向則不表達(dá)任何信息優(yōu)點(diǎn)是編碼規(guī)則簡單，條形碼識讀器造價較低缺點(diǎn)是：數(shù)據(jù)容量較小，一般只能包含字母和數(shù)字；條形碼尺寸相對較大，空間利用率較低，條形碼一旦出現(xiàn)損壞將被拒讀多數(shù)一維條碼所能表示的字符集不過是10個數(shù)字、26個英文字母及一些特殊字符，條碼字符集最大所能表示的字符個數(shù)也不過是128個ASCII符5第5頁，共47頁。2.2.3 二維條形碼的特點(diǎn)二維條形碼是在水平和垂直方向的二維空間存儲信息優(yōu)點(diǎn)：信息容量大、譯碼可靠性高、糾錯能力強(qiáng)、制作成本低、保密與防偽性能好一維條形碼與二維條形碼火車票的比較6第6頁，共47頁。2. 3 磁卡與I

3、C卡的應(yīng)用2.3.1 磁卡的應(yīng)用磁卡與磁卡讀寫器結(jié)構(gòu)7第7頁，共47頁。2.3.2 IC卡的特點(diǎn)與應(yīng)用IC卡也叫做智能卡，它是通過在集成電路芯片中寫有數(shù)據(jù)來進(jìn)行識別的8第8頁，共47頁。2.4 RFID基礎(chǔ)知識2.4.1 RFID標(biāo)簽的基本概念RFID是利用無線射頻信號空間耦合的方式，實(shí)現(xiàn)無接觸的標(biāo)簽信息自動傳輸與識別的技術(shù)RFID標(biāo)簽又稱為“電子標(biāo)簽”或“射頻標(biāo)簽”9第9頁，共47頁。2.4.2 RFID基本工作原理1. RFID標(biāo)簽結(jié)構(gòu)10第10頁，共47頁。RFID技術(shù)的工作原理 標(biāo)簽進(jìn)入磁場后接收讀寫器發(fā)出的射頻信號憑借從感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive

4、 Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽）讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。第11頁，共47頁。2. 理解RFID基本工作原理的電磁學(xué)基礎(chǔ)法拉第電磁感應(yīng)定律實(shí)驗(yàn)12第12頁，共47頁。3. RFID標(biāo)簽工作原理13第13頁，共47頁。（1）被動式RFID標(biāo)簽工作原理被動式RFID標(biāo)簽也叫做“無源RFID標(biāo)簽”無源RFID標(biāo)簽接近讀寫器時，標(biāo)簽處于讀寫器天線輻射形成的近場范圍內(nèi)RFID標(biāo)簽天線通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流驅(qū)動RFID芯片電路芯片電路通過RFID標(biāo)簽天線將存儲在標(biāo)簽中的標(biāo)識信息發(fā)送給讀寫

5、器，讀寫器天線再將接收到的標(biāo)識信息發(fā)送給主機(jī)無源標(biāo)簽工作過程就是讀寫器向標(biāo)簽傳遞能量，標(biāo)簽向讀寫器發(fā)送標(biāo)簽信息的過程讀寫器與標(biāo)簽之間能夠雙向通信的距離稱為“可讀范圍”或“作用范圍”14第14頁，共47頁。（2）主動式RFID標(biāo)簽工作原理主動式RFID標(biāo)簽也叫做“有源RFID標(biāo)簽”處于遠(yuǎn)場的有源RFID標(biāo)簽由內(nèi)部配置的電池供電從節(jié)約能源、延長標(biāo)簽工作壽命的角度，有源RFID標(biāo)簽可以不主動發(fā)送信息當(dāng)有源標(biāo)簽接收到讀寫器發(fā)送的讀寫指令時，標(biāo)簽才向讀寫器發(fā)送存儲的標(biāo)識信息有源標(biāo)簽工作過程就是讀寫器向標(biāo)簽發(fā)送讀寫指令，標(biāo)簽向讀寫器發(fā)送標(biāo)識信息的過程15第15頁，共47頁。（3）半主動RFID標(biāo)簽半主動式

6、RFID標(biāo)簽繼承了無源標(biāo)簽體積小、重量輕、價格低、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)置的電池在沒有讀寫器訪問的時候，只為芯片內(nèi)很少的電路提供電源只有在讀寫器訪問時，內(nèi)置電池向RFID芯片供電，以增加標(biāo)簽的讀寫距離較遠(yuǎn)，提高通信的可靠性半主動式RFID標(biāo)簽一般用在可重復(fù)使用的集裝箱和物品的跟蹤上16第16頁，共47頁。2.4.3 RFID標(biāo)簽的分類17第17頁，共47頁。1. 按標(biāo)簽供電方式進(jìn)行分類RFID標(biāo)簽可以分為：無源RFID標(biāo)簽和有源RFID標(biāo)簽18第18頁，共47頁。2. 按標(biāo)簽工作模式進(jìn)行分類主動式RFID標(biāo)簽 依靠自身能量主動向RFID讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)被動式RFID標(biāo)簽 從RFID讀寫器發(fā)送的電磁

7、波中獲取能量，激活后才能夠向RFID讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)半主動式RFID標(biāo)簽 自身的能量只提供給RFID標(biāo)簽中的電路使用，并不主動向RFID讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)它接收到RFID讀寫器發(fā)送的電磁波激活之后，才向RFID讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)19第19頁，共47頁。3. 按標(biāo)簽讀寫方式進(jìn)行分類只讀式RFID標(biāo)簽 只讀標(biāo)簽 一次性編程只讀標(biāo)簽 可重復(fù)編程只讀標(biāo)簽讀寫式RFID標(biāo)簽20第20頁，共47頁。4. 按標(biāo)簽工作頻率進(jìn)行分類低頻RFID標(biāo)簽中高頻RFID標(biāo)簽超高頻與微波段RFID標(biāo)簽ETC應(yīng)用場景21第21頁，共47頁。5. 按封裝材料進(jìn)行分類紙質(zhì)封裝RFID標(biāo)簽塑料封裝RFID標(biāo)簽玻璃封裝RFID標(biāo)簽22第

8、22頁，共47頁。6. 按標(biāo)簽封裝的形狀進(jìn)行分類粘貼在標(biāo)識物上的薄膜型的自粘貼式標(biāo)簽用戶攜帶、類似于信用卡的卡式標(biāo)簽封裝成能夠固定在車輛或集裝箱上的柱型標(biāo)簽封裝在塑料扣中，用于動物耳標(biāo)的扣式標(biāo)簽封裝成鑰匙扣中，用于隨身攜帶的身份標(biāo)識標(biāo)簽封裝在玻璃管中，用于人或動物的植入式標(biāo)簽23第23頁，共47頁。2.5 RFID應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成2.5.1 RFID應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)24第24頁，共47頁。2.5.2 RFID標(biāo)簽封裝與編碼/打印設(shè)備1. RFID標(biāo)簽封裝與編碼/打印設(shè)備的基本功能25第25頁，共47頁。2. 大型的倉庫RFID標(biāo)簽編碼/打印設(shè)備的應(yīng)用 手工粘貼RFID標(biāo)簽工作流程26第26頁，共

9、47頁。自動編碼、打印、張貼RFID標(biāo)簽工作流程27第27頁，共47頁。2.5.3 RFID標(biāo)簽讀寫器1. RFID標(biāo)簽讀寫器的基本功能各種類型的RFID標(biāo)簽讀寫器28第28頁，共47頁。讀寫器的主要功能：讀寫器與RFID標(biāo)簽之間的通信讀寫器與計(jì)算機(jī)之間的通信能夠?qū)崿F(xiàn)在有效讀寫區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對多個RFID標(biāo)簽同時讀寫的能力能夠?qū)潭ɑ蛞苿覴FID標(biāo)簽進(jìn)行識別與讀寫能夠校驗(yàn)讀寫過程中錯誤信息能夠識別有源RFID標(biāo)簽與電池相關(guān)的電量信息29第29頁，共47頁。2. 讀寫器的分類（1）移動式讀寫器移動式讀寫器適用于倉庫盤點(diǎn)、現(xiàn)場貨物清查、圖書館書架清點(diǎn)、動物識別、超市購貨付款、醫(yī)療保健等應(yīng)用場合手持便攜

10、式讀寫器一般帶有液晶顯示屏，配置有鍵盤來進(jìn)行操作和數(shù)據(jù)輸入，可以通過各種有線或無線接口，與高層計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信移動式讀寫器是一種嵌入式系統(tǒng)，它將天線與讀寫模塊集成在一個手持設(shè)備中移動式讀寫器一般使用在低頻、中高頻、超高頻段是否是只讀式或讀/ 寫式，以及內(nèi)存的大小需要根據(jù)應(yīng)用的需求確定30第30頁，共47頁。（2）固定式讀寫器固定式讀寫器一般采取將天線與讀寫器模塊分開設(shè)計(jì)的方法天線通過電纜與讀寫器模塊連接。天線可以方便地安裝在固定的閘門式門柱上、門禁的門框上、不停車收費(fèi)通道的頂端、倉庫進(jìn)出口、生產(chǎn)線傳送帶旁固定式讀寫器一般使用超高頻與微波段，作用距離相對比較遠(yuǎn)31第31頁，共47頁。3. 讀寫器設(shè)

11、計(jì)中需要注意的幾個問題標(biāo)簽身份識別與標(biāo)簽數(shù)據(jù)傳輸解密/解密問題標(biāo)簽數(shù)據(jù)傳輸錯誤問題多標(biāo)簽讀取過程中的“碰撞”問題有源標(biāo)簽電源狀態(tài)管理問題標(biāo)簽與天線位置對讀寫效果的影響32第32頁，共47頁。RFID應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)33第33頁，共47頁。RFID與其他系統(tǒng)的比較類別信息載體信息量讀寫性讀取方式保密性智能化抗干擾壽命成本條碼紙、塑料薄膜、金屬表面小只讀CCD或光束掃描差無差較短最低磁卡磁性物質(zhì)一般讀/寫電磁轉(zhuǎn)換一般無較差短低IC卡EEPROM大讀/寫電擦除、寫入好有好長較高RFID卡EEPROM大讀/寫無線通信好有很好最長較低第34頁，共47頁。RFID的工作頻率 頻段低頻135KHZ高頻13.5M

12、HZ超高頻860960MHZ讀寫距離1m以下3m以下10m以下技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)ISO1800-2ISO11784/11785ISO1800-3ISO15693ISO14443ISO18000-6ISO18000-7通訊方式電感耦合電感耦合電磁傳播應(yīng)用場合1動物識別與監(jiān)控2貨物、防盜管理1門禁系統(tǒng)2廢棄物管理3智能卡系統(tǒng)1全球供應(yīng)鏈管理2集裝箱追蹤 微波2.45或5.8GHZ大于10m電磁傳播1車輛識別2區(qū)域定位ISO1800-4第35頁，共47頁。2.6 RFID標(biāo)簽編碼標(biāo)準(zhǔn)*2.6.1 RFID編碼標(biāo)準(zhǔn)研究的必要性在RFID應(yīng)用系統(tǒng)中，要使每一件物體的信息在生產(chǎn)加工、市場流通、客戶購買與售后服務(wù)過程

13、中，都能夠被準(zhǔn)確地記錄下來，就必須形成全球統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的、唯一能夠準(zhǔn)確標(biāo)識各國、各個企業(yè)生產(chǎn)的各個產(chǎn)品的電子編碼標(biāo)準(zhǔn)RFID技術(shù)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)是：RFID標(biāo)簽編碼的標(biāo)準(zhǔn)化與RFID標(biāo)簽體系的建立目前最有影響的標(biāo)準(zhǔn)主要有： EPC Global RFID標(biāo)準(zhǔn) UID RFID標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC RFID標(biāo)準(zhǔn)36第36頁，共47頁。2.6.2 EPC Global RFID標(biāo)準(zhǔn)美國MIT Auto-ID 實(shí)驗(yàn)室EPC研究的核心思想是：為每一個產(chǎn)品分配一個唯一的電子標(biāo)識符EPC碼EPC碼存儲在RFID標(biāo)簽的芯片中通過無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RFID讀寫器可以通過非接觸的方式自動采集到EPC碼連接在互聯(lián)網(wǎng)

14、中的服務(wù)器可以完成對EPC碼所涵蓋內(nèi)容的解析37第37頁，共47頁。EPC研究的內(nèi)容與體系38第38頁，共47頁。EPC編碼體系：EPC編碼體系研究的是產(chǎn)品電子代碼的全球標(biāo)準(zhǔn)2004年6月EPCglobal公布了第一個EPC標(biāo)準(zhǔn)目前正在研究和推廣第二代（GEN2）EPC標(biāo)準(zhǔn)EPC射頻識別系統(tǒng)：EPC射頻識別系統(tǒng)研究包括EPC標(biāo)簽與EPC讀寫器EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由互聯(lián)網(wǎng)連接的多個支持EPC應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與EPC基礎(chǔ)設(shè)施組成通過EPC中間件軟件、對象名字服務(wù)（ONS）與EPC信息服務(wù)（EPCIS），實(shí)現(xiàn)全球的“物與物”互聯(lián)對象名字服務(wù)（ONS）也稱作“對象名字解析服務(wù)”39第39頁，共47頁。2.6.3 EPC編碼體系EPC編碼體系特點(diǎn)：兼容性/全面性/科學(xué)性EPC碼由四個數(shù)字字段組成：版本號：表示產(chǎn)品編碼所采用的EPC版本域名管理：標(biāo)識生產(chǎn)廠商對象分類：標(biāo)識產(chǎn)品類型序列號：標(biāo)識每一件產(chǎn)品EPC編碼長度分為三種：64位、96位與256位EPC-96 I型編碼標(biāo)準(zhǔn)字段結(jié)構(gòu)與意義40第40頁，共47頁。2.6.4 基于EPC的物聯(lián)