RFID讀寫(xiě)器和標(biāo)簽解析.ppt

RFID系統(tǒng)框圖,現(xiàn)有四種識(shí)別技術(shù),1.條形碼2.磁卡3.IC卡4.RFID卡,四種識(shí)別技術(shù)的比較,條碼和磁卡的成本較低，但是都容易磨損，且數(shù)據(jù)量很??；接觸式IC卡的價(jià)格稍高，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量較大，安全性好，但是也容易磨損，壽命短。與條碼、磁卡、接觸式IC卡相比，RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)了免接觸操作，具有應(yīng)用便利，無(wú)機(jī)械磨損，壽命長(zhǎng)，無(wú)需可見(jiàn)光源，穿透性好，抗污染能力和耐久性強(qiáng)等特點(diǎn)。并且，RFID標(biāo)簽可以在惡劣環(huán)境下工作，讀取距離遠(yuǎn)，支持寫(xiě)入數(shù)據(jù)，可重復(fù)使用，并使用了防沖撞技術(shù)，能夠識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體,并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)射頻卡。,射頻識(shí)別標(biāo)簽射頻標(biāo)簽（RFIDTAG）是安裝在被識(shí)別對(duì)象上，存儲(chǔ)被識(shí)別對(duì)象相關(guān)信息的電子裝置，常稱(chēng)為電子標(biāo)簽。它是射頻識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，是射頻識(shí)別系統(tǒng)的核心。一、射頻識(shí)別標(biāo)簽的分類(lèi)及其構(gòu)成1、分類(lèi)（1）按標(biāo)簽的工作方式分類(lèi)主動(dòng)式標(biāo)簽。用自身的射頻能量主動(dòng)地發(fā)射數(shù)據(jù)給讀寫(xiě)器的標(biāo)簽。主動(dòng)標(biāo)簽含有電源。被動(dòng)式標(biāo)簽。由讀寫(xiě)器發(fā)出查詢信號(hào)觸發(fā)后進(jìn)入通信狀態(tài)的標(biāo)簽。被動(dòng)標(biāo)簽可有源也可無(wú)源。,（2）按標(biāo)簽的讀寫(xiě)方式分類(lèi)只讀型標(biāo)簽。只能讀出不能寫(xiě)入的標(biāo)簽?？煞譃橐韵氯?lèi)：只讀標(biāo)簽：內(nèi)容出廠時(shí)已寫(xiě)入，識(shí)別時(shí)只可讀出，不可改寫(xiě)。一次性編程只讀標(biāo)簽：標(biāo)簽內(nèi)容只可在應(yīng)用前一次性編程寫(xiě)入，識(shí)別過(guò)程中內(nèi)容不可改寫(xiě)。可重復(fù)編程只讀標(biāo)簽：標(biāo)簽內(nèi)容經(jīng)擦除后可重新編程寫(xiě)入，識(shí)別過(guò)程中內(nèi)容不可改寫(xiě)。讀寫(xiě)型標(biāo)簽。標(biāo)簽內(nèi)容既可被讀寫(xiě)器讀出，又可由讀寫(xiě)器寫(xiě)入的標(biāo)簽。,（3）按標(biāo)簽有無(wú)能源分類(lèi)無(wú)源標(biāo)簽。標(biāo)簽中不含電池的標(biāo)簽。工作能量來(lái)自閱讀器射頻能量。有源標(biāo)簽。標(biāo)簽中含有電池的標(biāo)簽。不需利用閱讀器的射頻能量。半有源標(biāo)簽：閱讀器的射頻能量起到喚醒標(biāo)簽轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)的作用。,（4）按標(biāo)簽的工作頻率分類(lèi)低頻標(biāo)簽：500KHz以下中高頻標(biāo)簽：3M-30MHz特高頻標(biāo)簽：300M-3000MHz超高頻標(biāo)簽：3GHz以上（5）按標(biāo)簽的工作距離分類(lèi)遠(yuǎn)程標(biāo)簽：工作距離1m以上近程標(biāo)簽：10cm100cm超近程標(biāo)簽：0.2cm10cm,RFID標(biāo)簽,無(wú)源標(biāo)簽,有源標(biāo)簽,EPC目前定義了5種電子標(biāo)簽,2、射頻識(shí)別標(biāo)簽的構(gòu)成射頻識(shí)別標(biāo)簽一般由天線、調(diào)制器、編碼發(fā)生器、時(shí)鐘及存儲(chǔ)器構(gòu)成。,天線,調(diào)制器,控制器（CPU）,電源,編碼發(fā)生器,時(shí)鐘,存儲(chǔ)器,3、射頻識(shí)別標(biāo)簽的功能（1）具有一定容量的存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)被識(shí)別對(duì)象的信息。（2）在一定工作環(huán)境下及技術(shù)條件下標(biāo)簽數(shù)據(jù)能被讀出或?qū)懭?。?）維持對(duì)識(shí)別對(duì)象的識(shí)別及相關(guān)信息的完整。（4）數(shù)據(jù)信息編碼后，工作時(shí)可傳輸給讀寫(xiě)器。（5）可編程，且一旦編程后，永久性數(shù)據(jù)不能再修改。（6）具有確定的期限，使用期限內(nèi)無(wú)須維修。,二、射頻識(shí)別工作頻率1、電磁波波段的劃分,目前我國(guó)已規(guī)劃的用于RFID技術(shù)的頻率,2、射頻標(biāo)簽工作頻率分類(lèi)（1）低頻（LF）標(biāo)簽低頻標(biāo)簽工作頻率范圍30300KHZ，典型的工作頻率有：125KHZ，133KHZ，低頻標(biāo)簽一般為無(wú)源標(biāo)簽，工作能量通過(guò)電感耦合(近場(chǎng)）獲得，閱讀距離小于1米。典型應(yīng)用有：動(dòng)物識(shí)別、容器識(shí)別、工具識(shí)別、自動(dòng)化生產(chǎn)線、精密儀器、電子閉鎖防盜等。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有：ISO11784/11785（用于動(dòng)物識(shí)別）、ISO18000-2（125-135KHZ）,低頻標(biāo)簽的優(yōu)勢(shì)：具有省電、廉價(jià)的特點(diǎn)；工作頻率不受無(wú)線電頻率管制約束；可以穿透水、有機(jī)組織、木材等；非常適合近距離、低速度的、數(shù)據(jù)量要求較少的識(shí)別應(yīng)用。低頻標(biāo)簽的劣勢(shì)有：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量少，只能適合低速、近距離識(shí)別應(yīng)用；與高頻標(biāo)簽相比，天線匝數(shù)更多，成本更高一些。,（2）高頻（HF）標(biāo)簽高頻標(biāo)簽工作頻率范圍330MHZ，典型工作頻率為13.56MHZ，中高頻標(biāo)簽一般也采用無(wú)源設(shè)置，其工作能量和低頻標(biāo)簽一樣，也是通過(guò)電感耦合（近場(chǎng)）獲得，其基本特點(diǎn)與低頻標(biāo)簽相似，由于其工作頻率的提高，可以選用較高的傳輸速度，天線設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，標(biāo)簽一般制成卡片形狀。典型的應(yīng)用包括：無(wú)線IC卡、電子車(chē)票、電子身份證、電子閉鎖防盜、自動(dòng)化生產(chǎn)線等。相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有ISO14443、ISO15693、ISO18000-3（13.56MHZ)等.,（3）特高頻（UHF）與超高頻（SHF）標(biāo)簽超高頻與微波頻段的射頻標(biāo)簽，簡(jiǎn)稱(chēng)為微波射頻標(biāo)簽。閱讀距離一般大于1米，典型情況為46米，最大可達(dá)10米以上。各工作頻率的用途及特點(diǎn)：433MHZ左右：耦合方式為反向散射耦合（遠(yuǎn)場(chǎng)），主要用于貨物管理及特定場(chǎng)合。該頻段電磁波繞射能力強(qiáng)，工作距離較遠(yuǎn)，但天線尺寸較大，該頻段的無(wú)線電業(yè)務(wù)繁雜，容易引起干擾問(wèn)題。相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有ISO18000-7(433.92MHZ),800/900MHZ頻段：我國(guó)于近期規(guī)劃出840-845MHZ及920-925MHZ頻段用于RFID技術(shù)，空間耦合方式為反向散射耦合。主要用于商品貨物流通。該頻段電磁波繞射能力強(qiáng)，最大工作距離可達(dá)8米左右，背景電磁噪聲小，天線尺寸適中，射頻標(biāo)簽易于實(shí)現(xiàn)，是全球范圍內(nèi)貨物流通領(lǐng)域大規(guī)模使用RFID技術(shù)的最合適頻段。相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有ISO18000-6(860-930MHZ),2.45G/5.8GHZ頻段：空間偶合方式為反向散射耦合（遠(yuǎn)場(chǎng)）。主要用途為車(chē)輛識(shí)別和貨物流通。該頻段電磁波為視距傳播，繞射能力差，且相對(duì)來(lái)講空間損耗大，因此工作范圍小。由于頻率高，相對(duì)而言制造成本大，同時(shí)該頻段為ISM頻段，電磁環(huán)境復(fù)雜，干擾問(wèn)題在特定場(chǎng)合可能較為突出。相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有ISO18000-4（2.45GHZ)、ISO18000-5(5.8GHZ)、,三、射頻標(biāo)簽的制作與封裝射頻標(biāo)簽產(chǎn)品按形態(tài)和材質(zhì)的不同可分為三大類(lèi)：標(biāo)簽類(lèi)、注塑類(lèi)和卡片類(lèi)。封裝工藝封裝環(huán)節(jié)主要包括三個(gè)主要工藝：天線基板制作、一次封裝（Inlay的制作）和二次封裝（基板上涂覆絕緣膜、沖裁）,（1）天線基板的制作天線基板的制作目前主要包括兩種方式：一種是傳統(tǒng)的蝕刻工藝，另一種是絲網(wǎng)印刷工藝。（2）一次封裝（內(nèi)嵌片的制作）一次封裝是指帶有天線的基板和芯片通過(guò)點(diǎn)膠的方式制成內(nèi)嵌片的過(guò)程。,（3）二次封裝（基板上涂覆絕緣膜、沖裁）,Inlay,冷凝膠,涂敷有冷凝膠的Inlay,塑料（底紙）,不干膠,電路帶保護(hù)的標(biāo)簽,刷好不干膠的標(biāo)簽,離型紙,成卷的不干膠標(biāo)簽,射頻讀寫(xiě)器（ReaderandWriter)射頻讀寫(xiě)器根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)功能的特點(diǎn)有其他較為流行的別稱(chēng)：?jiǎn)渭儗?shí)現(xiàn)讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備成為閱讀器(Reader)、讀出裝置(ReadingDevice)、掃描器(Scanner)等。單純實(shí)現(xiàn)向標(biāo)簽內(nèi)存寫(xiě)入信息的設(shè)備成為編程器(Programmer)、寫(xiě)入器(Writer)等。綜合具有讀取與寫(xiě)入標(biāo)簽內(nèi)存信息的設(shè)備成為讀寫(xiě)器、通信器(Communicator)等。,RFID讀寫(xiě)器,一、射頻讀寫(xiě)器的工作原理模型,基帶模塊：基帶信號(hào)處理應(yīng)用程序接口控制與協(xié)議處理數(shù)據(jù)命令接口緩沖存儲(chǔ)區(qū),射頻模塊：調(diào)制解調(diào)處理數(shù)據(jù)命令接口發(fā)送通道接收通道收發(fā)分離,天線,天線接口,數(shù)據(jù)命令緩沖,應(yīng)用接口,一、射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作原理模型,二、射頻讀寫(xiě)器的構(gòu)成讀寫(xiě)器一般由天線、射頻模塊和控制處理模塊和I/O接口模塊組成。,1、天線天線是發(fā)射和接收射頻載波的設(shè)備。不管何種射頻讀寫(xiě)設(shè)備均少不了天線或耦合線圈。在確定的工作頻率和帶寬條件下，天線發(fā)射由射頻模塊產(chǎn)生的射頻載波，并接收從標(biāo)簽發(fā)射回來(lái)的射頻載波。對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)而言，天線是射頻標(biāo)簽和讀寫(xiě)器的空間接口。,2、射頻模塊射頻通道模塊是射頻讀寫(xiě)設(shè)備的前端，也是影響系統(tǒng)價(jià)格的關(guān)鍵。射頻模塊由射頻振蕩器、射頻處理器、射頻接收器及前置放大器組成。射頻模塊可分為發(fā)射通道和接收通道兩部分，分別用于發(fā)射和接收射頻載波。射頻模塊通常完成控制與處理模塊傳送來(lái)的發(fā)送控制命令的執(zhí)行，其主要功能有兩項(xiàng)，一是將讀寫(xiě)器欲發(fā)往射頻標(biāo)簽的命令調(diào)制（裝載）到射頻信號(hào)上，經(jīng)發(fā)射天線發(fā)送出去。二是對(duì)射頻標(biāo)簽反回到讀寫(xiě)器的回波信號(hào)的解調(diào)處理，并將處理后的回波基帶信號(hào)送控制處理模塊。射頻模塊的組成包括以下主要內(nèi)容：（1）頻率源電路。用于產(chǎn)生讀寫(xiě)設(shè)備載波調(diào)制的頻率信號(hào)。,（2）調(diào)制/解調(diào)電路。用于實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)載波發(fā)送與接收的調(diào)制（裝載）與解調(diào)（卸載）。（3）功率放大電路。用于實(shí)現(xiàn)將輸出到天線的射頻信號(hào)放大到足夠的功率電平。（4）單天線收發(fā)分離電路。用于實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)器發(fā)送與接收射頻信道的分離。（5）信號(hào)放大、濾波、整形處理電路。用于處理解調(diào)后的回波信號(hào)。（6）收發(fā)控制電路。用于控制射頻功率的輸出以及多天線系統(tǒng)的功率分配。,3、控制與處理模塊控制與處理模塊是射頻讀寫(xiě)設(shè)備的智能單元。其主要功能包括實(shí)現(xiàn)發(fā)送到射頻標(biāo)簽命令的編碼，回波信號(hào)的解碼。差錯(cuò)控制，讀寫(xiě)命令流程策略控制。發(fā)送命令緩存，接收數(shù)據(jù)緩存，與后端應(yīng)用程序之間的接口協(xié)議實(shí)現(xiàn)，I/O控制等。其組成包括以下主要內(nèi)容：（1）CPU或MPU（單片機(jī)）。智能處理單元，內(nèi)裝嵌入程序。（2）CPU或MPU外圍接口電路。為CPU或MPU提供必要的存儲(chǔ)區(qū)、中斷控制器、I/O信號(hào)與I/O接口控制信號(hào)等。,（3）信號(hào)加工、緩存等處理電路。對(duì)發(fā)送命令、接收回波信號(hào)進(jìn)行編碼、解碼、緩沖存儲(chǔ)等。（4）時(shí)鐘電路、看門(mén)狗電路。為CPU/MPU提供工作時(shí)鐘以及系統(tǒng)自恢復(fù)功能。（5）其他控制與接口電路。根據(jù)系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制與接口預(yù)處理。,4、I/O接口模塊I/O接口模塊用于實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)設(shè)備與外部傳感器、控制器以及應(yīng)用系統(tǒng)主機(jī)之間的輸入與輸出通信。常用的I/O接口類(lèi)別有：（1）RS232串行接口。計(jì)算機(jī)流行的標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口，可實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)接口、通用、流行。缺點(diǎn)是傳輸速度與傳輸距離受限。,（2）RS422/485串行接口。標(biāo)準(zhǔn)串行接口，支持遠(yuǎn)距離通信，標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離1200米。采用差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸模式，抗干擾能力較強(qiáng)。通信速度范圍與RS232相同。（3）標(biāo)準(zhǔn)并行打印接口。通常用于為讀寫(xiě)設(shè)備提供外接打印機(jī)，輸出讀寫(xiě)信息的功能。（4）以太網(wǎng)接口。提供讀寫(xiě)設(shè)備直接入網(wǎng)接入能力與接口，一般均支持TCP/IP協(xié)議。（5）紅外線IR接口。提供紅外線接口，近距離串行紅外無(wú)線傳輸，傳輸速度與標(biāo)準(zhǔn)串口高速相當(dāng)。（6）USB接口。標(biāo)準(zhǔn)串行接口，短距離、高速傳輸接口。,三、讀寫(xiě)器的分類(lèi)1、按通信方式分類(lèi)，可分為讀寫(xiě)器優(yōu)先和標(biāo)簽優(yōu)先兩類(lèi)。2、按傳送方向分類(lèi)，可分為全雙工（FDX）和半雙工（HDX）兩類(lèi)。3、按應(yīng)用模式分類(lèi)，可分為固定式、便攜式、一體式和模塊式,四、讀寫(xiě)器的選擇（1）根據(jù)功能多寡的選擇（2）根據(jù)頻率頻段的選擇（3）根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的選擇（4）根據(jù)電子標(biāo)簽協(xié)議選擇,五、射頻讀寫(xiě)設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在如下幾方面：1、讀寫(xiě)器射頻模塊與基帶模塊的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。2、更高的集成度（射頻與基帶模塊）。3、低成本的六端口射頻模塊技術(shù)更趨完善。4、多標(biāo)簽讀寫(xiě)更有效、更快捷。5、不同廠家的標(biāo)簽兼容讀寫(xiě)，不同工作頻段標(biāo)簽的兼容讀寫(xiě)。6、不斷降低成本。7、讀寫(xiě)設(shè)備設(shè)計(jì)方案與設(shè)計(jì)思想的創(chuàng)新。,通信協(xié)議通信協(xié)議相關(guān)的問(wèn)題包括：時(shí)序系統(tǒng)問(wèn)題、通信握手問(wèn)題、數(shù)據(jù)幀問(wèn)題、數(shù)據(jù)編碼問(wèn)題、數(shù)據(jù)的完整性問(wèn)題、多標(biāo)簽讀寫(xiě)防沖突問(wèn)題、干擾與抗干擾問(wèn)題、識(shí)讀率與誤碼率的問(wèn)題、數(shù)據(jù)的加密與安全性問(wèn)題、讀寫(xiě)器與應(yīng)用系統(tǒng)之間的接口問(wèn)題等。,1、時(shí)序系統(tǒng)如果從讀寫(xiě)器到射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸和能量傳輸與從射頻標(biāo)簽到讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)傳輸在時(shí)間上是交叉進(jìn)行的，這就是時(shí)序系統(tǒng)，也稱(chēng)為純粹的時(shí)序系統(tǒng)。,與時(shí)序系統(tǒng)概念關(guān)聯(lián)密切的通信系統(tǒng)概念：（1）全雙工（FullDuplex）系統(tǒng)：是指通信的雙方可以同時(shí)雙向工作，互相傳輸信息。（2）半雙工（HalfDuplex）系統(tǒng)：是指通信的雙方可以雙向工作傳輸信息，但在同一時(shí)間只能向一個(gè)方向傳輸信息。（3）單工系統(tǒng)：是指通信的雙方只能從一方將信息傳到另一方，即一方始終為發(fā)送方，另一方始終為接收方。,2、通信握手通信握手所要解決的基本問(wèn)題包括：（1）溝通通信雙方的工作狀態(tài)（是否準(zhǔn)備好？誰(shuí)收誰(shuí)發(fā)？）。（2）協(xié)調(diào)通信雙方的位速率（數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐絾?wèn)題）。（3）數(shù)據(jù)收發(fā)是否正確的確認(rèn)。,3、數(shù)據(jù)楨數(shù)據(jù)楨的定義：適合于傳送與接收雙方的具有完整意義的連續(xù)數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)串的規(guī)格。數(shù)據(jù)楨是一個(gè)完整數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚挝?。這是一個(gè)抽象的概念，將其具體化后可表示為多種數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的楨概念，如命令楨、地址楨、數(shù)據(jù)楨、信息楨、控制楨等,4、多標(biāo)簽讀寫(xiě)防沖突由讀寫(xiě)器到射頻標(biāo)簽的通信，發(fā)送的數(shù)據(jù)流同時(shí)被所有的射頻標(biāo)簽接收，這種通信形式被稱(chēng)作“無(wú)線電廣播”。由射頻標(biāo)簽到讀寫(xiě)器的通信，多個(gè)射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸給讀寫(xiě)器，這種通信形式稱(chēng)作多路存取。反碰撞法：在射頻識(shí)別系統(tǒng)中，使多路存取無(wú)故障地進(jìn)行存取記錄的技術(shù)方法被稱(chēng)作反碰撞法。,（1）空分多路法（SDMA）：在分離的空間范圍內(nèi)重新使用確定的資源（通路容量）的技術(shù)。（2）頻分多路法（FDMA）：把若干個(gè)使用不同載波頻率的傳輸通路同時(shí)提供給通信用戶使用的技術(shù)。（3）時(shí)分多路法（TDMA）：把整個(gè)可供使用的通路容量按時(shí)間分配給多個(gè)用戶的技術(shù)。,5、干擾與抗干擾空間傳輸信道的干擾帶來(lái)的直接影響是讀寫(xiě)器與射頻標(biāo)簽通信過(guò)程中數(shù)據(jù)接收出錯(cuò)。射頻標(biāo)簽接收數(shù)據(jù)時(shí)出錯(cuò)可能導(dǎo)致的結(jié)果：（1）射頻標(biāo)簽錯(cuò)誤地響應(yīng)讀寫(xiě)器的命令。（2）造成射頻標(biāo)簽工作狀態(tài)混亂。（3）造成寫(xiě)入射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)出錯(cuò)。（4）射頻標(biāo)簽錯(cuò)誤地進(jìn)入休眠狀態(tài)。,讀寫(xiě)器接收數(shù)據(jù)時(shí)出錯(cuò)可能導(dǎo)致的結(jié)果：（1）不能識(shí)別正常工作的射頻標(biāo)簽，判斷射頻標(biāo)簽故障。（2）將一個(gè)射頻標(biāo)簽判斷為另一個(gè)射頻標(biāo)簽，造成