1、EPC和RFID技術(shù),第2章EPC和RFID技術(shù),EPC編碼協(xié)議,EPC系統(tǒng)結(jié)構(gòu),EPC條形碼標(biāo)簽,EPC、條形碼、RFID標(biāo)簽,4,1,2,3,目錄,RFID應(yīng)答器原理,RFID閱讀器原理,RFID天線部分,RFID中間件,8,5,6,7,目錄,EPC部分引言,ElectronicProductCode電子產(chǎn)品編碼,什么是EPC？,EPC最終目標(biāo)是為每一個(gè)商品建立全球的、開放的編碼標(biāo)準(zhǔn)。,我們身邊的EPC,EPC,EPC編碼協(xié)議,2.1,目前的EPC系統(tǒng)中應(yīng)用的編碼類型主要有三種：64位、96位和256位。EPC編碼由版本號(hào)、產(chǎn)品域名管理、產(chǎn)品分類部分和序列號(hào)四個(gè)字段組成。,64位,EPC-

2、64編碼類型，分為type、type和type三種類型,目前只有一種type型，版本號(hào)字段占8位，域名管理占28位，序列號(hào)為36位。,目前主要三種EPC應(yīng)用編碼,EPC-256編碼類型，分為type、type和type三種類型，它的域名管理分別占32位、64位和128位,96位,256位,型EPC-64編碼提供的占有兩個(gè)數(shù)字位的版本號(hào)編碼。,21位被分配給了具體的EPC域名管理編碼，17位被用于標(biāo)識(shí)產(chǎn)品具體的分類信息，最后的24位序列具體地標(biāo)識(shí)了具體的產(chǎn)品的個(gè)體。,當(dāng)型EPC-64無法滿足需要時(shí)可以采用型EPC-64來滿足大量產(chǎn)品和對(duì)價(jià)格反應(yīng)敏感的消費(fèi)品生產(chǎn)者的要求。,型EPC-64編碼采用3

3、4位的產(chǎn)品序列號(hào)，與13位對(duì)象分類區(qū)結(jié)合（允許多達(dá)8192庫存單元），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了世界上最大的消費(fèi)品生產(chǎn)商的生產(chǎn)能力。,型EPC-96的設(shè)計(jì)目的是成為一個(gè)公開的物品標(biāo)識(shí)代碼。它的應(yīng)用類似于目前的統(tǒng)一產(chǎn)品代碼，具體的字段含義如下,EPC的64位編碼和96位編碼版本已經(jīng)不足以長期使用。更長的EPC編碼規(guī)則一直以來就廣受期待并醞釀已久。EPC的256位編碼標(biāo)準(zhǔn)就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的。,EPC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),2.2,EPC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),全球電子產(chǎn)品編碼體系,EPC識(shí)別系統(tǒng),信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),EPC編碼讀寫器讀出商品中的EPC編碼信息，,由EPC產(chǎn)品管理中間件，傳輸?shù)絀nternet中，,經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳到ONS服務(wù)

4、器，找到該EPC對(duì)應(yīng)的IP地址，由IP地址找到PML服務(wù)器，從產(chǎn)品信息的數(shù)據(jù)庫中，獲取相關(guān)實(shí)物信息并作相應(yīng)處理。,2.3EPC條形碼標(biāo)簽,條形碼技術(shù)是集編碼、印刷、識(shí)別、數(shù)據(jù)采集和處理于一身。條形碼是將寬度不等的多個(gè)黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用來表達(dá)信息的圖形標(biāo)識(shí)符。,一維條形碼,二維條形碼,一維條碼是由一組寬度不同、反射率不同的平行相鄰的線條和空白，按照一定的編碼規(guī)則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)組合而成，用來表示某種數(shù)據(jù)信息的符號(hào)。,在EPC條形碼的編碼方式中在水平和垂直方向的二維空間存儲(chǔ)信息的條碼，稱為二維條碼（2dimensionalbarcode），可直接顯示英文、中文、數(shù)字、符號(hào)、圖型,條形

5、碼,一維條形碼,二維條形碼,2.4EPC、條形碼、RFID標(biāo)簽,EPC、RFID、條形碼的區(qū)別與聯(lián)系,EPC,條形碼,條形碼是應(yīng)用了不同寬度的黑白條碼反射光來編碼，具體成本低廉，使用方便，缺點(diǎn)是編碼容量不足。,RFID標(biāo)簽是存儲(chǔ)了具體的EPC標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品編碼信息的產(chǎn)品標(biāo)簽，它會(huì)因不同應(yīng)用場合的具體要求而表現(xiàn)出不同的封裝形式，如紐扣類、IC卡類以及條形碼形式等等。,EPC是編碼標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了對(duì)具體不同商品產(chǎn)品唯一的編碼格式，完成RFID產(chǎn)品信息編碼。,EPC、條形碼、RFID標(biāo)簽的區(qū)別,RFID標(biāo)簽與閱讀器的信息交互的媒介是通過射頻，即電磁場，同時(shí)它也具備微型存儲(chǔ)器、微處理器、天線等部件。,日?？吹?/p>

6、的條形碼只是利用不同寬度黑白條碼來完成信息編碼，物理上并不具備以上幾部分。,一維條形碼,一維條碼只是在一個(gè)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，其一定的高度通常是為了便于閱讀器的對(duì)準(zhǔn)。,在EPC條形碼的編碼方式中在水平和垂直方向的二維空間存儲(chǔ)信息的條碼。貯存數(shù)據(jù)量大，可存放1K字符，可用掃描儀直接讀取內(nèi)容，無需另接數(shù)據(jù)庫,二維條形碼,RFID部分引言,RFID閱讀器頻率分類和我們聽的收音機(jī)類似，射頻應(yīng)答器和閱讀器同樣要調(diào)制到相同的頻率點(diǎn)才能工作。LF、HF、UHF就分別對(duì)應(yīng)著不同頻率的射頻頻段。具體見下表,RFID主要頻段和特性,RFID系統(tǒng)組成,RFID應(yīng)答器,RFI

7、D高層軟件,典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元、振蕩電路以及閱讀器天線幾部分。,介于前端RFID讀寫器硬件模塊和后端數(shù)據(jù)庫,RFID系統(tǒng)組成,RFID閱讀器,應(yīng)答器是由天線、編/解碼器、電源、解調(diào)器、存儲(chǔ)器、控制器以及負(fù)載電路組成。,LF代表低頻射頻，在125KHz左右。HF代表高頻射頻，在13.54MHz左右。UHF代表超高頻射頻，在850910MHz范圍之內(nèi)。還有2.4G的微波頻段。,RFID產(chǎn)品種類更加豐富，成本不斷降低。,19411960,19611980,19812000,2000今,RFID發(fā)展歷史,RFID技術(shù)有了大的發(fā)展，有了早期的應(yīng)用,RFID進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用

8、標(biāo)準(zhǔn)化出現(xiàn)，RFID產(chǎn)品逐漸進(jìn)入生活。,雷達(dá)的改進(jìn)催生RFID技術(shù)，1948年奠定了RFID理論基礎(chǔ)處于實(shí)驗(yàn)室階段。,2.5RFID應(yīng)答器的原理,應(yīng)答器是由天線、編/解碼器、電源、解調(diào)器、存儲(chǔ)器、控制器以及負(fù)載電路組成。應(yīng)答器的基本組成示意圖如圖所示,RFID系統(tǒng)主要由應(yīng)答器、閱讀器和高層組成。其中應(yīng)答器是集成電路芯片形式，而集成芯片又根據(jù)它的封裝不同表現(xiàn)的形式也不太一樣。閱讀器用于產(chǎn)生射頻載波完成與應(yīng)答器之間的信息交互的功能。高層功能是信息的管理和決策系統(tǒng)。,在RFID系統(tǒng)中，識(shí)別信息存放于電子信息載體中，這個(gè)電子信息載體就是應(yīng)答器，應(yīng)答器在具體不同應(yīng)用領(lǐng)域有表現(xiàn)為多種不同的形式，,應(yīng)答器的

9、基本是由天線、編/解碼器、電源、解調(diào)器、存儲(chǔ)器，控制器以及負(fù)載電路組成。從應(yīng)答器傳送信息到閱讀器，狀態(tài)數(shù)據(jù)在CPU的控制下，從存儲(chǔ)器中取出經(jīng)過編碼器和負(fù)載調(diào)制單元發(fā)送到閱讀器。,應(yīng)答器可以分為只讀應(yīng)答器、讀/寫應(yīng)答器和具有識(shí)別功能的應(yīng)答器。,應(yīng)答器天線部分主要用于數(shù)據(jù)通信和獲取射頻能量，給應(yīng)答器的其他電路提供合格的直流電源。,應(yīng)答器能源不同可以分為：無源（被動(dòng)式）應(yīng)答器、半無源（半被動(dòng)式）應(yīng)答器和有源（主動(dòng)式）應(yīng)答器。,有源應(yīng)答器，這種應(yīng)答器工作所需的能量完全來自于自身的電源模塊，它會(huì)主動(dòng)地與閱讀器信息傳輸。由于這樣的就需要比較大能量供應(yīng)，所以有源應(yīng)答器的體積往往比較大，重量也較重。,控制器是

10、應(yīng)答器系統(tǒng)的核心部分，對(duì)于可讀可寫應(yīng)答器，需要內(nèi)部邏輯控制對(duì)讀寫的使能，讀寫的操作的支持，對(duì)于有密碼的答器，要求控制器能進(jìn)行數(shù)字驗(yàn)證操作。,圖中黑色區(qū)域就是該應(yīng)答器的CPU、存儲(chǔ)器、編解碼功能單元，外圍印制銅模線即為應(yīng)答器的天線單元。,RFID的應(yīng)答器的存儲(chǔ)容量一般在幾字節(jié)到幾千字節(jié)之間，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量一般為產(chǎn)品的序列號(hào)，如EPC編碼。,2.6RFID閱讀器的原理,RFID閱讀器（讀寫器）通過天線實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)答器識(shí)別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭氩僮?。典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元、振蕩電路以及閱讀器天線幾部分。,在實(shí)際應(yīng)用中，有4種波段的頻率，低頻（125kHz），高頻（1

11、3.54MHz），超高頻（850910MHz），微波（2.45GHz）。不同頻率用在不同的領(lǐng)域，下圖顯示了不同應(yīng)用場合的閱讀器。,在射頻讀寫器的應(yīng)用中遇到的一個(gè)問題就是閱讀器沖突，這是一個(gè)閱讀器接收到的信息和另外一個(gè)閱讀器接收到的信息發(fā)生沖突，產(chǎn)生重疊。解決這個(gè)問題的一種方法是使用TDMA技術(shù)，保證閱讀器不會(huì)互相干擾。,閱讀器的性能參數(shù),閱讀器的組成部分,RFID閱讀器是以一定的頻率、特定的通信協(xié)議完成對(duì)應(yīng)答器中信息的讀取,閱讀器基本組成模塊如圖所示。,閱讀器和應(yīng)答器耦合的方式有多種，應(yīng)用較為典型的是電感耦合，閱讀器和應(yīng)答器天線部分的電感線圈通過電磁場進(jìn)行信息傳輸。,例題：對(duì)于一個(gè)RFID標(biāo)簽

12、，內(nèi)部有50匝線圈繞制而成的天線線圈，讀寫器周圍磁通變化率為0.004Wb/s，試計(jì)算在電子標(biāo)簽的天線兩端能夠產(chǎn)生多大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？解：根據(jù)公式E=n（/t）可知，當(dāng)讀寫器周圍的磁通變化率為0.004Wb/s，線圈匝數(shù)為50匝，代入公式可得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E=n（/t）=500.004Wb/s=0.2V。,數(shù)據(jù)信息的編碼與調(diào)制,從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)分為三個(gè)階段：抽樣：每隔一個(gè)相等的時(shí)間間隙，采集連續(xù)信號(hào)的一個(gè)樣值。量化：將量值連續(xù)分布的樣值，歸并到有限個(gè)取值范圍內(nèi)。編碼：用二進(jìn)制數(shù)字代碼，表達(dá)這有限個(gè)值域（量化區(qū)）。,抽樣定理：一個(gè)頻帶限制在（0，）內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)X(t)，如果以不大于1/2

13、的間隔對(duì)它進(jìn)行等間隔抽樣，則X(t)將被所得到的值完全確定。也可以說，若對(duì)信號(hào)以fs2的抽樣速率進(jìn)行均勻抽樣，則X(t)可以被所得到的抽樣值完全確定。,非均勻量化：非均勻量化采用壓擴(kuò)技術(shù)按輸入信號(hào)的概率密度函數(shù)來分布量化電平。實(shí)現(xiàn)非均勻量化的方法之一是把輸入量化器的信號(hào)X先進(jìn)行壓縮處理，再把壓縮后的信號(hào)進(jìn)行均勻量化。,常用的RFID編碼方法為曼徹斯特編碼，曼徹斯特編碼，也叫做相位編碼，是一個(gè)同步時(shí)鐘編碼技術(shù)，被物理層使用來編碼一個(gè)同步位流的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)。,2.7RFID天線部分,天線是一種以電磁波形式把前端射頻信號(hào)功率接收或輻射出去的裝置，是電路與空間的界面器件，用來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)行波與自由空間波能量的

14、轉(zhuǎn)化。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標(biāo)簽天線和讀寫器天線兩大類，分別承擔(dān)接收能量和發(fā)射能量的作用。當(dāng)前的RFID系統(tǒng)主要集中在LF、HF(13.56MHz)、UHF（860960MHz）和微波頻段，,(1)天線方向性發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向輻射。,(2)天線增益增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。,(3)波瓣寬度方向圖通常都有兩個(gè)或多個(gè)瓣，其中輻射強(qiáng)度最大的瓣稱為主瓣，其余的瓣稱為副瓣或旁瓣。在主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低3dB的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣

15、寬度（又稱波束寬度或主瓣寬度或半功率角）。,(4)天線的極化天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化的。如圖所示為兩種基本的單極化方式：垂直極化是最常用的；水平極化也是要被用到的。,RFID天線,(1)近場天線對(duì)于LF和HF頻段，系統(tǒng)工作在天線的近場，標(biāo)簽所需的能量都是通過電感耦合方式由讀寫器的耦合線圈輻射近場獲得，工作方式為電感耦合。型號(hào)為HRRFD-NF09的近場天線,(2)遠(yuǎn)場天線對(duì)于超高頻和微波頻段，讀寫器天線要為標(biāo)簽提供能量或喚醒有源標(biāo)簽，工作距離較遠(yuǎn)，一般位于讀寫器天線的遠(yuǎn)場。如圖是型號(hào)為CS771的圓極化天線。,RFID電感耦合射頻天線RFID射頻前端是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和能量的交換傳輸?shù)年P(guān)鍵部分，RFID技術(shù)通過電感耦合方式進(jìn)行通信，電感耦合方式的理論基礎(chǔ)是LC諧振回路和電感線圈產(chǎn)生的交變磁場，也是RFID天線的基本原型。,電感耦合分為兩種方式：一種是串聯(lián)諧振回路的耦合；另一種是并聯(lián)諧振回路的耦合。所示是串聯(lián)諧振回路的基本形式，其中r是電感的損耗電阻。由圖可知并聯(lián)諧振回路的等效阻抗為,有時(shí)為獲得更好的選擇效果，可把兩個(gè)或更多個(gè)串、并聯(lián)諧振回路連接起來，構(gòu)成帶通濾波器。諧振放大器中，LC并聯(lián)諧