《RFID設(shè)計(jì)方案》PPT課件課件

1、RFID參數(shù)簡(jiǎn)介 標(biāo)籤技術(shù)參數(shù)可分為：標(biāo)籤 能量需求、標(biāo)籤的讀寫速度、 標(biāo)籤的封裝形式、標(biāo)籤的記 憶容量、標(biāo)籤的容量、標(biāo)籤 的頻率、標(biāo)籤的傳輸速率、 標(biāo)籤的資料安全性等。 RFID參數(shù)簡(jiǎn)介 標(biāo)籤的能量需求：標(biāo)籤的能量需求：指啟動(dòng)標(biāo)籤晶片電路所需的能 量範(fàn)圍，能量太小無法啟動(dòng)。 標(biāo)籤的傳輸速率：標(biāo)籤的傳輸速率：指標(biāo)籤向閱讀器回饋資料的傳 輸速度，及接收閱讀器的寫入命令的速度率。 標(biāo)籤的讀寫速度：由閱讀器識(shí)別與寫入的時(shí)間決 定，一般為毫秒級(jí)，因此標(biāo)籤的識(shí)別速度 可達(dá)到1100公尺/秒，即最高每小時(shí)360公里。 RFID參數(shù)簡(jiǎn)介 標(biāo)籤的頻率：標(biāo)籤的頻率：指標(biāo)籤所採(cǎi)用的頻率， 即低頻、中頻、高頻、超高

2、頻、微波。 標(biāo)籤的記憶體：標(biāo)籤的記憶體：指電子標(biāo)籤可供寫入 資料的記憶體大小，一般可達(dá)1k。 標(biāo)籤的封裝形式：標(biāo)籤的封裝形式：取決於標(biāo)籤天線的 形狀，不同的天線，可封裝成不同的 標(biāo)籤形式，運(yùn)用在不同的場(chǎng)合，具有 不同的識(shí)別性能。 RFID參數(shù)簡(jiǎn)介 閱讀器的技術(shù)參數(shù)可分為： 閱讀器的頻率及是否可調(diào)、 閱讀器的輸出功率、閱讀器 的傳輸速率、閱讀器的輸出 埠形式等 典型參數(shù)工作頻率 RFID屬於無線的的應(yīng)用範(fàn)疇，因此其 使用不能干擾到其他系統(tǒng)，工業(yè)、科 學(xué)與醫(yī)療所使用的頻率範(fàn)圍 （Industrial,Science,Medical， ISM）通常是局部無線電通訊頻段， 因此一般RFID使用的頻段，

3、也是ISM 頻段。 典型參數(shù)有效距離 RFID的有效距離，指系統(tǒng)的有效識(shí)別 距離。閱讀器識(shí)別距離的影響因素很 多，包括閱讀器的發(fā)射功率、系統(tǒng)的 頻率、標(biāo)籤的封裝形式等。 典型參數(shù)有效距離 頻率：頻率：頻率越低距離越短，標(biāo)籤晶片 可設(shè)計(jì)成全頻段，只要閱讀器頻率發(fā) 生改變，系統(tǒng)頻率隨之改變。 功率：功率：RFID系統(tǒng)的有效識(shí)別距離，與 閱讀器發(fā)射功率成正比，但電磁波產(chǎn) 生的輻射超過範(fàn)圍，會(huì)對(duì)環(huán)境與人體 產(chǎn)生影響，稱為電磁污染。因此電磁 功率需遵循一定的功率標(biāo)準(zhǔn)。 典型參數(shù)有效距離 標(biāo)籤的封裝形式：標(biāo)籤的封裝形式：就電磁感應(yīng)系 統(tǒng)而言，標(biāo)籤天線越大，穿過識(shí) 讀區(qū)時(shí)獲取的磁通量越大，儲(chǔ)存 的能量越多，

4、對(duì)電磁場(chǎng)邊緣的天 空洞不敏感，即使在識(shí)讀區(qū)域邊 緣，也能有效識(shí)別場(chǎng)區(qū)內(nèi)的標(biāo)籤。 RFID的基本模形如圖 1-5所示。標(biāo)籤與閱讀 器透過耦合元件，進(jìn) 行訊號(hào)的無接觸空間 耦合。在耦合通道內(nèi)， 根據(jù)時(shí)序關(guān)係，進(jìn)行 能量傳遞、資料的交 換。 圖1-6為RFID系統(tǒng)前 端原理示意圖，主要 完成能量耦合，資料 調(diào)制等功能。 圖1-7表示唯讀被 動(dòng)標(biāo)籤與閱讀系 統(tǒng)。 圖1-8表示唯讀主 動(dòng)標(biāo)籤與閱讀器 系統(tǒng)。 圖1-9表示可讀寫被 動(dòng)標(biāo)籤與閱讀器系統(tǒng)。 圖1-10表示可讀寫的 主動(dòng)標(biāo)籤與閱讀系統(tǒng) RFID基本工作原理基本工作原理 標(biāo)籤與閱讀器的資料通信方式包括： （1）標(biāo)籤收到閱讀器的射頻能量時(shí)， 即同時(shí)

5、被啟動(dòng)，並向閱讀器反射標(biāo)籤 內(nèi)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)資訊。 （2）標(biāo)籤被啟動(dòng)後，根據(jù)閱讀器的 指令，轉(zhuǎn)入資料發(fā)送狀態(tài)或呈現(xiàn)休眠 狀態(tài)。 在這兩種工作方式中，前者屬於單向 通信，後者屬於半雙工雙向通信。 RFID基本工作原理基本工作原理 閱讀器與應(yīng)用系統(tǒng)之間介面 API（Application Programming Interface）， 通常用開發(fā)工具（如VC+， VB，PB等）的標(biāo)準(zhǔn)介面函數(shù) 來表示。 RFID基本工作原理基本工作原理 標(biāo)準(zhǔn)介面函數(shù)的功能，大致包括四個(gè)方面 （1）應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)需要，向可能收訊的閱 讀器，發(fā)出閱讀器配置命令。 （2）閱讀器向應(yīng)用系統(tǒng)，返回可能收訊的 閱讀器，目前的配置狀態(tài)

6、。 （3）應(yīng)用系統(tǒng)向閱讀器發(fā)送各種命令，如 讀取ID，讀寫資料等。 （4）閱讀器向應(yīng)用系統(tǒng)，返回所有可能的 命令，帶回執(zhí)行結(jié)果。 能量耦合與資料傳輸能量耦合與資料傳輸 電子標(biāo)籤與閱讀器透過各自的天線， 建構(gòu)二者之間非接觸傳輸通道。這種 空間資訊傳輸通道的性能，完全由天 線周圍的場(chǎng)區(qū)特性決定，是電磁傳播 的基本規(guī)律。射頻信號(hào)載入到天線之 後，在緊鄰天線的空間，除了輻射場(chǎng) 之外，還有一個(gè)非輻射場(chǎng)，該場(chǎng)與距 離的高次冪成反比，隨著離開天線的 距離迅速減小。 能量耦合與資料傳輸能量耦合與資料傳輸 在這個(gè)區(qū)域，由於電抗場(chǎng)佔(zhàn)優(yōu)勢(shì)，所 以把此區(qū)叫電抗近場(chǎng)區(qū)，它的外圍約 為一個(gè)波長(zhǎng)。超過電抗近場(chǎng)區(qū)，就到 了輻

7、射場(chǎng)區(qū)輻射場(chǎng)區(qū)，依離開天線的遠(yuǎn)近，又 把輻射場(chǎng)區(qū)分為輻射近場(chǎng)區(qū)輻射近場(chǎng)區(qū)與輻射遠(yuǎn)輻射遠(yuǎn) 場(chǎng)區(qū)場(chǎng)區(qū)。通?？筛鶕?jù)觀測(cè)點(diǎn)距天線的距 離，將天線周圍的場(chǎng)區(qū)劃分為無功近無功近 場(chǎng)區(qū)場(chǎng)區(qū)、輻射近場(chǎng)區(qū)輻射近場(chǎng)區(qū)和輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)輻射遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。 能量耦合與資料傳輸能量耦合與資料傳輸 RFID標(biāo)籤可被正確識(shí)別與交換的距離， 是標(biāo)籤與閱讀器之間的有效距離。根 據(jù)RFID有效距離，標(biāo)籤天線與閱讀器 天線之間的耦合可分為密耦合系統(tǒng)密耦合系統(tǒng)、 遙耦合系統(tǒng)遙耦合系統(tǒng)與遠(yuǎn)距離系統(tǒng)。遠(yuǎn)距離系統(tǒng)。 閱讀器與標(biāo)籤之間的通信，是藉由電 磁波。閱讀器與標(biāo)籤之間資料交換方 式，也稱為負(fù)載調(diào)制負(fù)載調(diào)制與反向散射調(diào)制反向散射調(diào)制。 能量耦合與資

8、料傳輸能量耦合與資料傳輸 負(fù)載調(diào)制：負(fù)載調(diào)制：近距離低頻RFID，藉由靜 態(tài)場(chǎng)域的耦合來完成，在這種情況下， 閱讀器與標(biāo)籤之間的天線能量交換方 式，類似於變壓器結(jié)構(gòu)。這種調(diào)制方 式在125KHZ與13.56MHz RFID中 廣泛應(yīng)用。 能量耦合與資料傳輸能量耦合與資料傳輸 反向散射調(diào)制：反向散射調(diào)制：指無源RFID電子標(biāo)籤， 將資料發(fā)送回閱讀器所採(cǎi)用的通信方 式。電子標(biāo)籤返回資料的方式，是控 制天線的阻抗，控制電子標(biāo)籤天線阻 抗的方法有多種，都是基於稱為“阻 抗開關(guān)”的方法。實(shí)際採(cǎi)用的幾種阻 抗開關(guān)有：變?nèi)荻O體、邏輯門與高 速開關(guān)等。此種調(diào)制方式用在典型的 遠(yuǎn)場(chǎng)，如915MHz與2.4G中

9、 能量耦合與資料傳輸能量耦合與資料傳輸 常用的資料調(diào)制解調(diào)方式有幅度調(diào)制 鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、 與相移鍵控（PSK）等方式。為了簡(jiǎn) 化電子標(biāo)籤的設(shè)計(jì)複雜性與成本，多 數(shù)RFID採(cǎi)用ASK調(diào)制方式。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn)資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn) 非接觸技術(shù)傳輸資料時(shí)，容易遇上干 擾，使傳輸資料發(fā)生改變，導(dǎo)致傳輸 錯(cuò)誤，可用資料檢錯(cuò)與糾錯(cuò)演算法來 解決。 最常用的方法有奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)、縱向冗餘縱向冗餘 校驗(yàn)校驗(yàn)、迴圈冗餘校驗(yàn)迴圈冗餘校驗(yàn)等。用於識(shí)別傳 輸錯(cuò)誤，並啟動(dòng)校正措施，或捨棄錯(cuò) 誤傳輸?shù)馁Y料，或要求重新傳輸有錯(cuò) 誤的資料。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn)資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn) 奇偶

10、校驗(yàn)：奇偶校驗(yàn)：是簡(jiǎn)單而廣泛的校驗(yàn)和法。 用一個(gè)奇偶校驗(yàn)位元組合到每一個(gè)位 元組中，並被傳輸，即每個(gè)字發(fā)送9 位。可採(cǎi)用奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)，在接收 端對(duì)接到到的資料，進(jìn)行與發(fā)送端相 同的校驗(yàn)方法，如果校驗(yàn)不符，則可 識(shí)別傳輸錯(cuò)誤。缺點(diǎn)是識(shí)別錯(cuò)誤的能 力低，如果錯(cuò)誤改變的位元數(shù)為奇數(shù)， 那麼錯(cuò)誤可被識(shí)別，但卻無法識(shí)別偶 數(shù)次的改變。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn)資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn) 縱向冗餘校驗(yàn)：縱向冗餘校驗(yàn)：其XOR校驗(yàn)和可簡(jiǎn)單、 快速的計(jì)算出來，把資料塊的所有資 料位元組，遞迴經(jīng)過XOR選通後，即 可產(chǎn)生XOR核對(duì)總和。在資料傳輸時(shí)， 把校驗(yàn)和LRC附在資料塊後面一起傳 輸，對(duì)收資料與校驗(yàn)位元組進(jìn)行

11、校驗(yàn) 時(shí)，其結(jié)果總和應(yīng)該為零，其他結(jié)果 都表示出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤。由於標(biāo)籤的容 量較小，交換的資料也不大，所以比 較適合這種演算法。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn)資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn) 迴圈冗餘校驗(yàn)法：迴圈冗餘校驗(yàn)法：與其他兩種相比， 能可靠的識(shí)別傳輸錯(cuò)誤，但不能校正 錯(cuò)誤。 CRC校驗(yàn)：校驗(yàn)：是對(duì)傳送的資料塊，附加 一些校驗(yàn)位元，這些校驗(yàn)位元由該資 料塊算出，並隨同資料塊一併傳送。 在接收端，對(duì)資料塊重新按規(guī)定的演 算法計(jì)算CRC校驗(yàn)和，因此可判別傳 輸過程是否有錯(cuò)。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn)資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn) 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn)資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn) 當(dāng)資料被傳輸時(shí)，資料的CRC校驗(yàn)和 附到資料

12、塊後面一起傳輸。如圖1-11 所示，在接收端，計(jì)算所有接收資料 的CRC校驗(yàn)和，結(jié)果應(yīng)該為零，如果不 為零，則表示傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤。 用零校驗(yàn)可以容易分析CRC校驗(yàn)和，並 避免代價(jià)很高的校驗(yàn)和比較過程。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn)資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn) CRC在資料通信中得到了廣泛應(yīng)用， 表1-2中列出了已經(jīng)稱為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的 四種CRC碼，其中CRC-12用於字元 長(zhǎng)度為6 bit的情形，其餘三種用於8 bit字元。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn)資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn) 標(biāo)籤在接收閱讀器發(fā)出的命令與數(shù)據(jù) 資訊時(shí)，可能導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果： （1）標(biāo)籤錯(cuò)誤的回應(yīng)閱讀器的命令。 （2）造成標(biāo)籤工作狀態(tài)混亂。 （3）造

13、成寫入標(biāo)籤錯(cuò)誤的進(jìn)入休眠 狀態(tài)。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn)資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn) 閱讀器在接收標(biāo)籤發(fā)送的資料資訊時(shí) 出錯(cuò)，可能導(dǎo)致的結(jié)果： （1）不能識(shí)別正常工作的標(biāo)籤，誤 判標(biāo)籤故障。 （2）將標(biāo)籤判讀為另一個(gè)標(biāo)籤，造 成識(shí)別錯(cuò)誤。 可能抗干擾措施包括： （1）經(jīng)由通信約定的資料完整性方 法，校驗(yàn)出收到干擾出錯(cuò)的資料。 （2）經(jīng)由資料編碼提高資料傳輸過 程中的抗干擾能力，使資料傳輸過程 中，不容易受到干擾。 （3）經(jīng)由資料編碼與資料完整性校 驗(yàn)，糾正資料傳輸過程中的某些差錯(cuò)。 （4）經(jīng)由多次重發(fā)、比較、剔除出 錯(cuò)的資料，並保留判斷為正確的資料。 多標(biāo)籤同時(shí)識(shí)別與系統(tǒng)防衝撞多標(biāo)籤同時(shí)識(shí)別與系統(tǒng)防

14、衝撞 從閱讀器到標(biāo)籤的通信，類似於無線 電廣播方式，多個(gè)接收機(jī)（閱讀器） 接收同一個(gè)發(fā)射機(jī)（標(biāo)籤）發(fā)出的資 訊。這種通訊方式也被稱為無線電廣無線電廣 播播。 從標(biāo)籤到閱讀器的通信方式稱為多路 存取，在閱讀器的有效範(fàn)圍內(nèi)，有多 個(gè)標(biāo)籤的資料同時(shí)傳送給閱讀器。 資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn)資料的完整性與數(shù)據(jù)校驗(yàn) 無線電通信系統(tǒng)中多路存取方式，一 般具有以下幾種形式，空分多路法 （SDMA）、頻分多路法（FDMA）、 時(shí)分多路法（TDMA）、碼分多路法 （CDMA）。 空分多路法空分多路法 空分多路法是在分離的空間範(fàn)圍內(nèi)， 進(jìn)行多個(gè)目標(biāo)是別的技術(shù)。將閱讀器 與天線的有效據(jù)哩，依空間區(qū)域進(jìn)行 劃分，把多個(gè)閱

15、讀器與天線放置在這 個(gè)陣列中。這樣，當(dāng)標(biāo)籤進(jìn)入不同閱 讀器範(fàn)圍時(shí)，就可從空間上，將電子 標(biāo)籤區(qū)別開來。 空分多路法空分多路法 另一種方式，可在閱讀器上利用一個(gè) 相控陣天線，並使天線的方向性圖， 對(duì)準(zhǔn)某個(gè)應(yīng)答器，所以不同的應(yīng)答器， 可根據(jù)其在閱讀器有效範(fàn)圍內(nèi)，因角 度與位置的不同相互區(qū)別開來?？辗?多路法缺點(diǎn)，是複雜的天線系統(tǒng)，與 相當(dāng)高的實(shí)施費(fèi)用，採(cǎi)用這種技術(shù)的 系統(tǒng)，一般在特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如大 型的馬拉松活動(dòng)就獲得了成功。 頻分多路法頻分多路法 頻分多路法使把不同頻率的傳輸通路， 同時(shí)供通信用戶使用的技術(shù)。一般情 況下，RFID用的下行鏈路（從閱讀器 到標(biāo)籤），頻率是固定的，能用於能 量供應(yīng)

16、與命令資料的傳輸，而上行鏈 路，可採(cǎi)用不同的副載波頻率，進(jìn)行 資料傳輸。FDMA缺點(diǎn)是閱讀器成本 高，因每個(gè)接收通路需使用單獨(dú)接收 器，射頻標(biāo)籤的差異更為麻煩。 時(shí)分多路法時(shí)分多路法 時(shí)分多路法是把可使用的通路，依時(shí)間分配給多 用戶的技術(shù)，TDMA構(gòu)成防碰撞演算法最大的一 族?？煞謽?biāo)籤控制與閱讀器控制法。 標(biāo)籤控制法：標(biāo)籤控制法：非同步，因?yàn)闆]有閱讀器的資料傳 輸控制，例如ALOHA法。依照射頻標(biāo)籤完成資料 讀取後，閱讀器是否發(fā)出命令進(jìn)入“靜止”狀態(tài) （即不再發(fā)送自己的ID號(hào)碼及資料），又可分為 “開關(guān)斷開法”與“非開關(guān)”法。 時(shí)分多路法時(shí)分多路法 閱讀器控制法：閱讀器控制法：所有標(biāo)籤同時(shí)由閱讀 器進(jìn)行觀察控制，藉規(guī)定的演算法， 在閱讀器有效範(fàn)圍內(nèi)，首先選擇標(biāo)籤 組中一個(gè)標(biāo)籤，在完成閱讀器與標(biāo)籤 的通信。在同一個(gè)時(shí)間只能建立一個(gè) 通信關(guān)係，如果要選擇另一個(gè)標(biāo)籤， 應(yīng)該解除與原來標(biāo)籤的