基于RFID智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 JI JIANGSU UNIVERSITY 本 科 生 畢 業(yè) 論 文基于 RFID 的智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)Design of Intelligent Warehouse Management SystemBased on RFID學(xué)院名稱： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 06 通信工程 1 班 學(xué)生姓名： 邱廷君 指導(dǎo)教師姓名： 宋雪樺 指導(dǎo)教師職稱： 副教授 2010 年 6 月江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文i基于 RFID 的智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：06 通信工程 1 班 學(xué)生姓名：邱廷君指導(dǎo)教師： 宋雪樺 職 稱：副教授摘要 射頻識(shí)別技術(shù)在軍事監(jiān)控、環(huán)境科學(xué)、空間探索和日常生活等

2、許多方面都具有廣泛的應(yīng)用前景?？梢哉f(shuō)射頻技術(shù)是信息感知和采集的一場(chǎng)革命，是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。目前國(guó)外已有很多文獻(xiàn)報(bào)道，射頻識(shí)別技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，并表現(xiàn)出良好的性能。因此在國(guó)內(nèi)，有著廣闊的應(yīng)用前景和價(jià)值，反映了當(dāng)今通信研究領(lǐng)域的前沿。 近年來(lái)，物流業(yè)得到了快速的發(fā)展，處于物流中心環(huán)節(jié)的倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，也隨之加快了發(fā)展步伐。隨著計(jì)算技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的快速進(jìn)步，倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。射頻識(shí)別技術(shù)作為新一代自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其具有顯著的優(yōu)勢(shì)，在倉(cāng)儲(chǔ)管理中的應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注。本文詳細(xì)分析了 RFID 技術(shù)，以 RFID 技術(shù)為核心,在分析倉(cāng)儲(chǔ)管理流程的基礎(chǔ)上,提出了倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的

3、總體設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì),并論述了 RFID 定位計(jì)算方法，解決約束 RFID系統(tǒng)快速讀取的瓶頸，提高商品實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，使商品的采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、配送過(guò)程更加便捷。本文以物流倉(cāng)庫(kù)為例設(shè)計(jì)了倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)中 RFID 系統(tǒng)的總體框架、系統(tǒng)組成和工作流程，對(duì)商業(yè)應(yīng)用中大批量物品的識(shí)別和管理具有重要意義。關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別；倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)；物流；RFID定位算法江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文iiDesign of Intelligent Warehouse Management System Based on RFID Abstract The RFID technology has a broad application

4、in many fields such as martial monitor, environmental science and so on. It can be considered as an innovation in information sense and collection, and one of the most important technologies in 21st century. The RFID technology have been used for experimental study and all of them have good performa

5、nce abroad. Hence, to carry on studying about correlative topics in our country will have good applied possibilities and value, which reflects the studying lead in the field of communication research.Recent years, as the logistics industry has been developing rapidly, the storage system being the ke

6、y link of the logistics industry also expedite the pace of development. With the rapid progress of technology and automation technology, the system has made a develop direction of automation and intellectualized. RFID(Radio Frequency Identification) technologies as a new generation of the automatic

7、recognition technology, it has a distinct advantage, and received widespread concern on applications of the warehousing management.The detailed analysis RFID technology, on the basis of analysis warehouse management processes, make the overall design and functions of the warehousing management syste

8、m. And it treats the RFID positioning computation, solve the bottleneck of the RFID system on quickly reading to make the Real-time data collection speed faster so that the goods purchase, storage and distribution could be more convenient. This article to its flow takes logistics warehouse as a exam

9、ple make the design the overall framework , systems and working processes of RFID system, has a great significance on the mass of the identification and management.Key words RFID(Radio Frequency Identification); wms (warehouse management system); logistics；RFID positioning computation江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文iii目目

10、 錄錄第一章第一章 緒論緒論 .5 51.1 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介 .51.2 RFID 技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展 .61.2.1 RFID 技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 .61.2.2 RFID 技術(shù)的發(fā)展方向 .7第二章第二章 RFIDRFID 技術(shù)概述技術(shù)概述 .9 92.1 RFID 技術(shù)簡(jiǎn)介.92.1.1 什么是射頻識(shí)別技術(shù).92.1.2 射頻識(shí)別技術(shù)發(fā)展歷史 .102.1.3 射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展 .102.2 RFID 系統(tǒng)的分類.112.2.1 根據(jù)標(biāo)簽的供電形式分類.112.2.2 根據(jù)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信方式分類.112.2.3 根據(jù)工作頻率分類.112.2.4 根據(jù)標(biāo)簽的可讀性分類.112.2.5 根據(jù)

11、RFID 系統(tǒng)標(biāo)簽和讀頭之間的通信工作時(shí)序分類.112.3 RFID 技術(shù)的優(yōu)勢(shì) .122.4 RFID 技術(shù)的應(yīng)用.122.4.1 無(wú)源 RFID 技術(shù).123.1 RFID 系統(tǒng)組成.163.1.1 閱讀器.163.1.2 天線.163.1.3 電子標(biāo)簽.163.1.4 RFID 中間件.173.1.5 RFID 應(yīng)用系統(tǒng)軟件.173.2 RFID 系統(tǒng)工作原理.17第四章第四章 RFIDRFID 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)編碼與防沖突技術(shù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)編碼與防沖突技術(shù) .18184.1 編碼與校驗(yàn) .184.1.1 RFID 系統(tǒng)通信模型.184.1.2 RFID 數(shù)據(jù)傳輸常用編碼格式 .184.1.3

12、 RFID 傳輸數(shù)據(jù)校驗(yàn) .214.2 防沖突技術(shù) .214.2.1RFID 系統(tǒng)的沖撞問(wèn)題 .214.2.2 防沖突算法研究.214.2.3 動(dòng)態(tài)調(diào)整二進(jìn)制樹形搜索法.224.2.4 算法的復(fù)雜度分析 .25第五章第五章 基于基于 RFIDRFID 技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā).27275.1 倉(cāng)儲(chǔ)管理現(xiàn)狀 .275.2 倉(cāng)儲(chǔ)管理的發(fā)展方向.27江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文iv5.3 基于 RFID 技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 .285.3.1 RFID 技術(shù)的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) .285.3.2 RFID 技術(shù)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) .295.1 本論文的主要工作 .335.2 未來(lái)

13、工作展望 .33參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .3535致致 謝謝 .3636江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文5第一章第一章 緒論緒論1.1 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介在我們的現(xiàn)實(shí)生活中，各種各樣的活動(dòng)或者事件都會(huì)產(chǎn)生這樣或者那樣的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括人的、物質(zhì)的、財(cái)務(wù)的，也包括采購(gòu)的、生產(chǎn)的和銷售的，這些數(shù)據(jù)的采集與分析對(duì)于我們的生產(chǎn)或者生活決策來(lái)講是十分重要的。如果沒(méi)有這些實(shí)際工況的數(shù)據(jù)支援，生產(chǎn)和決策就將成為一句空話，將缺乏現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。 在計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集是信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，這些數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的分析和過(guò)濾，最終成為影響我們決策的信息。 在信息系統(tǒng)早期，相當(dāng)部分?jǐn)?shù)據(jù)的處理都是通過(guò)人工手工錄入，這樣，不僅數(shù)據(jù)量十

14、分龐大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且數(shù)據(jù)誤碼率較高，也失去了實(shí)時(shí)的意義。為了解決這些問(wèn)題，人們就研究和發(fā)展了各種各樣的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，將人們從繁沉的重復(fù)的但又十分不精確的手工勞動(dòng)中解放出來(lái)，提高了系統(tǒng)信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，從而為生產(chǎn)的實(shí)時(shí)調(diào)整，財(cái)務(wù)的及時(shí)總結(jié)以及決策的正確制定提供正確的參考依據(jù)。 在當(dāng)前比較流行的物流研究中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別與實(shí)時(shí)采集更是物流信息系統(tǒng)（LMIS，Logistics Management Information System）的存在基礎(chǔ)，因?yàn)?，物流過(guò)程比其他任何環(huán)節(jié)更接近于現(xiàn)實(shí)的 物，物流產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)比其他任何工況都要密集，數(shù)據(jù)量都要大。 那么，究竟什么是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)（ a

15、uto identification）呢？ 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)就是應(yīng)用一定的識(shí)別裝置，通過(guò)被識(shí)別物品和識(shí)別裝置之間的接近活動(dòng)，自動(dòng)地獲取被識(shí)別物品的相關(guān)信息，并提供給后臺(tái)的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)來(lái)完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)。舉例說(shuō)明。商場(chǎng)的條形碼掃描系統(tǒng)就是一種典型的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。售貨員通過(guò)掃描儀掃描商品的條碼，獲取商品的名稱、價(jià)格，輸入數(shù)量，后臺(tái)POS 系統(tǒng)即可計(jì)算出該批商品的價(jià)格，從而完成顧客的結(jié)算。當(dāng)然，顧客也可以采用銀行卡支付的形式進(jìn)行支付，銀行卡支付過(guò)程本身也是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種應(yīng)用形式。 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)的綜合性科學(xué)技術(shù)，它是信息數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)讀、自動(dòng)輸入計(jì)算機(jī)的重要

16、方法和手段，歸根到底，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是一種高度自動(dòng)化的信息或者數(shù)據(jù)采集技術(shù)。 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)近幾十年在全球范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展，初步形成了一個(gè)包括條碼技術(shù)、磁條磁卡技術(shù)、 IC 卡技術(shù)、光學(xué)字符識(shí)別、射頻技術(shù)、聲音識(shí)別及視覺(jué)識(shí)別等集計(jì)算機(jī)、光、磁、物理、機(jī)電、通信技術(shù)為一體的高新技術(shù)學(xué)科。 一般來(lái)講，在一個(gè)信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采集（識(shí)別）完成了系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)的采集工作，解決了人工數(shù)據(jù)輸入的速度慢、誤碼率高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作簡(jiǎn)單重復(fù)性高等問(wèn)題，為計(jì)算機(jī)信息處理提供了快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集輸入的有效手段，因此，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)作為一種革命性的高新技術(shù)，正迅速為人們所接受。自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)通江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文

17、6過(guò)中間件或者接口（包括軟件的和硬件的 ）將數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)處理計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或者加工，最 終形成對(duì)人們有用的信息。在有的場(chǎng)合，中間件本身就具有數(shù)據(jù)處理的功能。中間件 還可以支持單一系統(tǒng)不同的協(xié)議的產(chǎn)品的工作。 完整的自動(dòng)識(shí)別計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)包括自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Auto Identification System, 簡(jiǎn)稱 AIDS），應(yīng)用程序接口 (Application Interface, 簡(jiǎn)稱 API )或者中間件（Middleware）和應(yīng)用系統(tǒng)軟件（ Application Software）。 也就是說(shuō)，自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)完成系統(tǒng)的采集和存儲(chǔ)工作，應(yīng)用系統(tǒng)軟件對(duì)自動(dòng)識(shí)

18、別系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用處理，而應(yīng)用程序接口軟件則提供自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)軟件之間的通訊接口包括數(shù)據(jù)格式，將自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成應(yīng)用軟件系統(tǒng)可以識(shí)別和利用的信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。RFID 射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò) 射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。 RFID 是一種簡(jiǎn)單的無(wú)線系統(tǒng)，只有兩個(gè)基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測(cè)和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個(gè)詢問(wèn)器（或閱讀器）和很多應(yīng)答器（或標(biāo)簽）組成。1.2 RFID 技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展1.2.1 RFID 技術(shù)

19、的應(yīng)用現(xiàn)狀RFID 技術(shù)的應(yīng)用已趨成熟。在北美、歐洲、大洋洲、亞太地區(qū)及非洲南部都得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括： (1)鐵路車號(hào)自動(dòng)識(shí)別管理。如：北美鐵路、中國(guó)鐵路、瑞士鐵路等。 (2)車輛道路交通自動(dòng)收費(fèi)管理。如：北美部分收費(fèi)高速公路的自動(dòng)收費(fèi)中國(guó)部分高速公路自動(dòng)收費(fèi)管理、東南亞國(guó)家部分收費(fèi)公路的自動(dòng)收費(fèi)管理。 (3)旅客航空行包的自動(dòng)識(shí)別、分揀、轉(zhuǎn)運(yùn)管理。如：北美部分機(jī)場(chǎng)。 (4)車輛出入控制。如：停車場(chǎng)、垃圾場(chǎng)、水泥場(chǎng)車輛出入、稱重管理等。 (5)校園卡、飯卡、乘車卡、會(huì)員卡、駕照卡、健康卡 (醫(yī)療卡)等國(guó)內(nèi)、國(guó)外均有大應(yīng)用。 (6)生產(chǎn)線產(chǎn)品加工過(guò)程自動(dòng)控制。主要應(yīng)用在大型

20、工廠的自動(dòng)化流水作業(yè)線上。 (7)動(dòng)物識(shí)別(養(yǎng)牛、養(yǎng)羊、賽鴿等 )。大型養(yǎng)殖廠、家庭牧場(chǎng)、賽鴿比賽。 (8)物流、倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)管理。大型物流、倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)。 (9)貯氣容器的自動(dòng)識(shí)別管理。 (10)汽車遙控門鎖、電子門鎖等。目前國(guó)內(nèi) RFID 成功的行業(yè)應(yīng)用有中國(guó)鐵路的車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。其輻射作用已涉及到鐵路紅外軸溫探測(cè)系統(tǒng)的熱軸定位、軌道衡、超偏載檢測(cè)系統(tǒng)等。正在計(jì)劃推廣江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文7的應(yīng)用項(xiàng)目還有電子身份證、電子車牌、 鐵路行包自動(dòng)追蹤管理等。1.2.2 RFID 技術(shù)的發(fā)展方向RFID 技術(shù)的發(fā)展，一方面受到應(yīng)用需求的 驅(qū)動(dòng)，另一方面 RFID 的成功應(yīng)用反來(lái)又極大地促進(jìn)了應(yīng)用需求的擴(kuò)展

21、。從技術(shù)角度說(shuō)， RFID 技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在若干關(guān)鍵技術(shù)的突破。從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)， RFID 技術(shù)的發(fā)展目的在于不斷滿足日益增漲的應(yīng)用需求。一、RFID 技術(shù)未來(lái)的發(fā)展 RFID 技術(shù)的發(fā)展得益于多項(xiàng)技術(shù)的綜合發(fā)展。所涉及的關(guān)鍵技術(shù)大致包括：芯片技術(shù)、天線技術(shù)、無(wú)線收發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)變換與編碼技術(shù)、電磁傳播特性。 RFID 技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)走過(guò) 50 余年，在過(guò)去的 10 多年里得到了更快的發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步， RFID 產(chǎn)品的種類將越來(lái)越豐富，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛?？梢灶A(yù)計(jì)，在未來(lái)的幾年中， RFID 技術(shù)將持續(xù)保持高速發(fā)展的勢(shì)頭。 RFID 技術(shù)的發(fā)展將會(huì)在電子標(biāo)簽(射頻標(biāo)簽)、閱讀器、系統(tǒng)種類

22、、標(biāo)準(zhǔn)化等方面取得新的進(jìn)展。二、RFID 電子標(biāo)簽方面 電子標(biāo)簽芯片所需的功耗更低，無(wú)源標(biāo)簽、半無(wú)源標(biāo)簽技術(shù)更趨成熟。 1) 作用距離更遠(yuǎn)。 2) 無(wú)線可讀寫性能更加完善。 3) 適合高速移動(dòng)物品識(shí)別。 4) 快速多標(biāo)簽讀寫功能。 5) 一致性更好。 6) 強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)下的自保護(hù)功能更完善。 7) 智能性更強(qiáng)。 8) 成本更低。三、RFID 閱讀器方面 1) 多功能(與條碼識(shí)讀集成、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、脫機(jī)工作等 )。 2) 智能多天線端口。 3) 多種數(shù)據(jù)接口 (RS232，RS422485，USB，紅外，以太網(wǎng)口 )。 4) 多制式兼容(兼容讀寫多種標(biāo)簽類型 )。 5) 小型化、便攜式、嵌入式、模塊化

23、。 6) 多頻段兼容。 7) 成本更低。四、RFID 系統(tǒng)種類方面 1) 低頻近距離 RFID 系統(tǒng)具有更高的智能、 安全特性。 2) 高頻遠(yuǎn)距離 RFID 系統(tǒng)性能更加完善，系統(tǒng)更加完善。五、RFID 標(biāo)準(zhǔn)化方面 1) 標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)性研究更加深入、成熟。江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文8 2) 標(biāo)準(zhǔn)化為更多企業(yè)所接受。 3) 系統(tǒng)、模塊可替換性更好、更為普及。江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文9第二章 RFID 技術(shù)概述2.1 RFID 技術(shù)簡(jiǎn)介2.1.1 什么是射頻識(shí)別技術(shù) 射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。 射頻識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)

24、簽(射頻標(biāo)簽)和閱讀器組成。電子標(biāo)簽內(nèi)存有一定格式的電子數(shù)據(jù)，常以此作為待識(shí)別物品的標(biāo)識(shí)性信息。應(yīng)用中將電子標(biāo)簽附著在待識(shí)別物品上，作為待識(shí)別物品的電子標(biāo)記。閱讀器與電子標(biāo)簽可按約定的通信協(xié)議互傳信息，通常的情況是由閱讀器向電子標(biāo)簽發(fā)送命令，電子標(biāo)簽根據(jù)收到的閱讀器的命令，將內(nèi)存的標(biāo)識(shí)性數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。這種通信是在無(wú)接觸方式下，利用交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)的空間耦合及射頻信號(hào)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。 電子標(biāo)簽具有各種各樣的形狀，但不是任意形狀都能滿足閱讀距離及工作頻率的要求，必需根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，即磁場(chǎng)耦合(變壓器原理)還是電磁場(chǎng)耦合(雷達(dá)原理)，設(shè)計(jì)合適的天線外形及尺寸。電子標(biāo)簽通常由標(biāo)簽天線(或

25、線圈)及標(biāo)簽芯片組成。標(biāo)簽芯片即相當(dāng)于一個(gè)具有無(wú)線收發(fā)功能再加存貯功能的單片系統(tǒng)(SoC)。從純技術(shù)的角度來(lái)說(shuō)，射頻識(shí)別技術(shù)的核心在電子標(biāo)簽，閱讀器是根據(jù)電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)而設(shè)計(jì)的。雖然，在射頻識(shí)別系統(tǒng)中電子標(biāo)簽的價(jià)格遠(yuǎn)比閱讀器低，但通常情況下，在應(yīng)用中電子標(biāo)簽的數(shù)量是很大的，尤其是物流應(yīng)用中，電子標(biāo)簽由可能是海量并且是一次性使用的，而閱讀器的數(shù)量則相對(duì)要少的多。 實(shí)際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽除了具有數(shù)據(jù)存貯量、數(shù)據(jù)傳輸速率、工作頻率、多標(biāo)簽識(shí)讀特征等電學(xué)參數(shù)之外，還根據(jù)其內(nèi)部是否需要加裝電池及電池供電的作用而將電子標(biāo)簽分為無(wú)源標(biāo)簽(passive)、半無(wú)源標(biāo)簽(semi-passive)和有源標(biāo)簽(ac

26、tive)三種類型。無(wú)源標(biāo)簽沒(méi)有內(nèi)裝電池，在閱讀器的閱讀范圍之外時(shí)，標(biāo)簽處于無(wú)源狀態(tài)，在閱讀器的閱讀范圍之內(nèi)時(shí)標(biāo)簽從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取其工作所需的電能。半無(wú)源標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，但電池僅對(duì)標(biāo)簽內(nèi)要求供電維持?jǐn)?shù)據(jù)的電路或標(biāo)簽芯片工作所需的電壓作輔助支持，標(biāo)簽電路本身耗電很少。標(biāo)簽未進(jìn)入工作狀態(tài)前，一直處于休眠狀態(tài)，相當(dāng)于無(wú)源標(biāo)簽。標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的閱讀范圍時(shí)，受到閱讀器發(fā)出的射頻能量的激勵(lì)，進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，用于傳輸通信的射頻能量與無(wú)源標(biāo)簽一樣源自閱讀器。有源標(biāo)簽的工作電源完全由內(nèi)部電池供給，同時(shí)標(biāo)簽電池的能量供應(yīng)也部分地轉(zhuǎn)換為標(biāo)簽與閱讀器通信所需的射頻能量。 射頻識(shí)別系統(tǒng)的另一主要性能指標(biāo)是閱

27、讀距離，也稱為作用距離，它表示在最遠(yuǎn)為多遠(yuǎn)的距離上，閱讀器能夠可靠地與電子標(biāo)簽交換信息，即閱讀器能讀取標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。實(shí)際系統(tǒng)這一指標(biāo)相差很大，取決于標(biāo)簽及閱讀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、成本的要求、應(yīng)用的需求等，范圍從 0100m 左右。典型的情況是，在低頻 125kHz、13.56MHz 頻點(diǎn)上一般均采江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文10用無(wú)源標(biāo)簽，作用距離在 1030cm 左右，個(gè)別有到 1.5m 的系統(tǒng)。在高頻 UHF 頻段，無(wú)源標(biāo)簽的作用距離可達(dá)到 310m。更高頻段的系統(tǒng)一般均采用有源標(biāo)簽。采用有源標(biāo)簽的系統(tǒng)有達(dá)到作用距離至 100m 左右的報(bào)道。2.1.2 射頻識(shí)別技術(shù)發(fā)展歷史 從信息傳遞的基本原理來(lái)說(shuō)，射

28、頻識(shí)別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型(初級(jí)與次級(jí)之間的能量傳遞及信號(hào)傳遞)，在高頻段基于雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的空間耦合模型(雷達(dá)發(fā)射電磁波信號(hào)碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī))。1948 年哈里斯托克曼發(fā)表的“利用反射功率的通信”奠定了射頻識(shí)別射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展可按十年期劃分如下：1940-1950 年：雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了射頻識(shí)別技術(shù)，1948 年奠定了射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。1950-1960 年：早期射頻識(shí)別技術(shù)的探索階段，主要處于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究。 1960-1970 年：射頻識(shí)別技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開始了一些應(yīng)用嘗試。 1970-1980 年：射頻識(shí)別技術(shù)與產(chǎn)品

29、研發(fā)處于一個(gè)大發(fā)展時(shí)期，各種射頻識(shí)別技術(shù)測(cè)試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的射頻識(shí)別應(yīng)用。 1980-1990 年：射頻識(shí)別技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，各種規(guī)模應(yīng)用開始出現(xiàn)。 1990-2000 年：射頻識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題日趨得到重視，射頻識(shí)別產(chǎn)品得到廣泛采用，射頻識(shí)別產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。 2000 年后：標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題日趨為人們所重視，射頻識(shí)別產(chǎn)品種類更加豐富，有源電子標(biāo)簽、無(wú)源電子標(biāo)簽及半無(wú)源電子標(biāo)簽均得到發(fā)展，電子標(biāo)簽成本不斷降低，規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴(kuò)大。 至今，射頻識(shí)別技術(shù)的理論得到豐富和完善。單芯片電子標(biāo)簽、多電子標(biāo)簽識(shí)讀、無(wú)線可讀可寫、無(wú)源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識(shí)別、適應(yīng)高速移動(dòng)物體的射頻識(shí)

30、別技術(shù)與產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實(shí)并走向應(yīng)用。 特別值得一提的是在 1998 年美國(guó)麻省理工學(xué)院的 David Brock 博士和 Sanjay Sarma教授在喝咖啡聊天時(shí)，談及物品自動(dòng)識(shí)別技術(shù)手段問(wèn)題時(shí)產(chǎn)生的從系統(tǒng)的角度來(lái)解決物品自動(dòng)識(shí)別問(wèn)題的靈感，由此導(dǎo)致了供應(yīng)鏈中物品自動(dòng)識(shí)別概念的一次革命，并最終在1999 年 10 月 1 日正式創(chuàng)建 Auto-ID Center 非盈利性的開發(fā)組織。Auto-ID Center 誕生后，迅速提出了產(chǎn)品電子代碼 EPC(Electronic Product Code)的概念以及物聯(lián)網(wǎng)的概念與構(gòu)架，并積極推進(jìn)有關(guān)概念的基礎(chǔ)研究與實(shí)驗(yàn)工作?？梢哉f(shuō)，EPC 與物聯(lián)網(wǎng)

31、的概念將射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用推到了極致，對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用的推廣起到了極大的推動(dòng)作用。2.1.3 射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，一方面受到應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)，另一方面射頻識(shí)別技術(shù)的成功應(yīng)用反過(guò)來(lái)又將極大地促進(jìn)應(yīng)用需求的擴(kuò)展。從技術(shù)角度說(shuō)，射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在若干關(guān)鍵技術(shù)的突破。從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展目的在于不斷滿足日益江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文11增漲的應(yīng)用需求。射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展得益于多項(xiàng)技術(shù)的綜合發(fā)展。所涉及的關(guān)鍵技術(shù)大致包括：芯片技術(shù)、天線技術(shù)、無(wú)線收發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)變換與編碼技術(shù)、電磁傳播特性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，射頻識(shí)別產(chǎn)品的種類將越來(lái)越豐富，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛?？梢灶A(yù)

32、計(jì)，在未來(lái)的幾年中，射頻識(shí)別技術(shù)將持續(xù)保持高速發(fā)展的勢(shì)頭。射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展將會(huì)在電子標(biāo)簽(射頻標(biāo)簽)、閱讀器、系統(tǒng)種類等方面取得新進(jìn)展。在電子標(biāo)簽方面，電子標(biāo)簽芯片所需的功耗更低，無(wú)源標(biāo)簽、半無(wú)源標(biāo)簽技術(shù)更趨成熟。其作用距離將更遠(yuǎn)，無(wú)線可讀寫性能也將更加完善，并且能夠適合高速移動(dòng)物品識(shí)別，識(shí)別速度也將更加快，具有快速多標(biāo)簽讀寫功能。與此同時(shí)，在強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)下的自保護(hù)功能也會(huì)更加完善、智能性更強(qiáng)，成本更低。在讀寫器方面，多功能讀寫器，包括與條碼識(shí)別集成、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、脫機(jī)工作等功能將被更多的應(yīng)用。同時(shí)，多種數(shù)據(jù)接口包括 RS232，RS422485，USB，紅外，以太網(wǎng)口也將得到應(yīng)用。而讀寫器將實(shí)現(xiàn)

33、多制式多頻段兼容，能夠兼容讀寫多種標(biāo)簽類型和多個(gè)頻段標(biāo)簽。讀寫器會(huì)朝著小型化、便攜式、嵌入式、模塊化方向發(fā)展，成本將更加低廉，應(yīng)用范圍更加廣泛。在系統(tǒng)方面，低頻近距離系統(tǒng)將具有更高的智能、安全特性；高頻遠(yuǎn)距離系統(tǒng)性能將更加完善，成本更低。而 2.45GHz 和 5.8GHz 系統(tǒng)將更加完善。同時(shí)，無(wú)芯片系統(tǒng)將逐漸得到應(yīng)用?？偠灾?，射頻識(shí)別技術(shù)未來(lái)的發(fā)展中，在結(jié)合其它高新技術(shù)，比如 GPS、生物識(shí)別等技術(shù)，由單一識(shí)別向多功能識(shí)別方向發(fā)展的同時(shí)，將結(jié)合現(xiàn)代通信及計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨行業(yè)應(yīng)用。2.2 RFID 系統(tǒng)的分類2.2.1 根據(jù)標(biāo)簽的供電形式分類依據(jù)射頻標(biāo)簽工作所需能量的供給方式，可

34、以將 RFID 系統(tǒng)分為：有源、無(wú)源和半有源系統(tǒng)。2.2.2 根據(jù)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信方式分類標(biāo)簽的數(shù)據(jù)調(diào)制方式即標(biāo)簽是通過(guò)何種形式方法與讀頭之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，據(jù)此RFID 可分為主動(dòng)式、被動(dòng)式和半主動(dòng)式。2.2.3 根據(jù)工作頻率分類RFID 系統(tǒng)的工作頻率即為讀頭發(fā)送無(wú)線信號(hào)時(shí)所用的頻率，一般可以分為低頻、高頻、超高頻和微波。低頻 135KHz 以下、高頻 13.56MHz、超高頻 860M960MHz、微波 2.4G，5.8G。2.2.4 根據(jù)標(biāo)簽的可讀性分類 射頻標(biāo)簽內(nèi)部使用的存儲(chǔ)器類型不一樣，可以分為可讀寫卡(RW)，一次寫入多次讀出卡(WORM)和只讀卡(RO)，只讀卡標(biāo)簽內(nèi)一般只有只讀存

35、儲(chǔ)器（ROM）和隨即存儲(chǔ)器（RAM）和緩沖存儲(chǔ)器，而可讀寫卡一般還有非活動(dòng)可編程記憶存儲(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器除了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)功能外，還具有在適當(dāng)條件下允許多次寫入數(shù)據(jù)的功能。江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文122.2.5 根據(jù) RFID 系統(tǒng)標(biāo)簽和讀頭之間的通信工作時(shí)序分類時(shí)序指的是讀頭和標(biāo)簽的工作次序問(wèn)題，即是讀頭主動(dòng)喚醒標(biāo)簽（RTF,Reader Talk First）還是標(biāo)簽首先自報(bào)家門（TTF，Tag Talk First）的方式。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)源標(biāo)簽一般是 TTF 方式，TTF 系統(tǒng)通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單，防沖撞能力更強(qiáng)，速度更快。2.3 RFID 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)作為一項(xiàng)新技術(shù)，和傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)相比較，其具有非常明

36、顯的技術(shù)和應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在：1.讀取方便快捷：數(shù)據(jù)的讀取無(wú)需光源，甚至可以透過(guò)外包裝來(lái)進(jìn)行，有效識(shí)別距離更長(zhǎng)；自帶電池的主動(dòng)標(biāo)簽，有效識(shí)別距離可達(dá)到 30 米以上。2.識(shí)別速度快：標(biāo)簽一進(jìn)入磁場(chǎng)，閱讀器就可以即時(shí)讀取其中的信息，而且能夠同時(shí)處理多個(gè)標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)批量識(shí)別。3.數(shù)據(jù)容量大：一維條形碼的容量是 50 字節(jié)，二維條形碼最大的容量可儲(chǔ)存23000 字符，RFID 最大的容量則有數(shù)百萬(wàn)字節(jié)。4.使用壽命長(zhǎng)，應(yīng)用范圍廣：其無(wú)線電通信方式，使其可以應(yīng)用于粉塵、油污等高污染環(huán)境和放射性環(huán)境，而且其封閉式包裝使得其壽命大大超過(guò)印刷的條形碼。5.標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動(dòng)態(tài)更改：利用編程器可以向電子標(biāo)簽里寫

37、入數(shù)據(jù)，從而賦予 RFID 標(biāo)簽交互式便攜數(shù)據(jù)文件的功能，而且寫入時(shí)間比打印條形碼更短。6.更好的安全性：RFID 電子標(biāo)簽不僅可以嵌入或附著在不同形狀、類型的產(chǎn)品上，而且可以為標(biāo)簽數(shù)據(jù)的讀寫設(shè)置密碼保護(hù)，從而具有更高的安全性。 7.動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)通信：標(biāo)簽以每秒 50100 次的頻率與閱讀器進(jìn)行通信，所以只要 RFID標(biāo)簽所附著的物體出現(xiàn)在閱讀器的有效識(shí)別范圍內(nèi)，就可以對(duì)其位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)的追蹤和監(jiān)控。 2.4 RFID 技術(shù)的應(yīng)用目前定義 RFID 產(chǎn)品的工作頻率有低頻、高頻和超高頻的頻率范圍內(nèi)的符合不同標(biāo)準(zhǔn)的不同的產(chǎn)品,而且不同頻段的 RFID 產(chǎn)品會(huì)有不同的特性。其中感應(yīng)器有無(wú)源和有源兩種方式。

38、2.4.1 無(wú)源 RFID 技術(shù)一、低頻(從 125KHz 到 134KHz) 其實(shí) RFID 技術(shù)首先在低頻得到廣泛的應(yīng)用和推廣。該頻率主要是通過(guò)電感耦合的方式進(jìn)行工作, 也就是在讀寫器線圈和感應(yīng)器線圈間存在著變壓器耦合作用.通過(guò)讀寫器交變場(chǎng)的作用在感應(yīng)器天線中感應(yīng)的電壓被整流,可作供電電壓使用. 磁場(chǎng)區(qū)域能夠很好的被定義，但是場(chǎng)強(qiáng)下降的太快。 特性： 1. 工作在低頻的感應(yīng)器的一般工作頻率從 120KHz 到 134KHz, TI 的工作頻率為江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文13134.2KHz。該頻段的波長(zhǎng)大約為 2500m。2. 除了金屬材料影響外，一般低頻能夠穿過(guò)任意材料的物品而不降低它的讀取距

39、離。 3. 工作在低頻的讀寫器在全球沒(méi)有任何特殊的許可限制。 4低頻產(chǎn)品有不同的封裝形式。好的封裝形式就是價(jià)格太貴，但是有 10 年以上的使用壽命。 5雖然該頻率的磁場(chǎng)區(qū)域下降很快，但是能夠產(chǎn)生相對(duì)均勻的讀寫區(qū)域。 6相對(duì)于其他頻段的 RFID 產(chǎn)品，該頻段數(shù)據(jù)傳輸速率比較慢。 7感應(yīng)器的價(jià)格相對(duì)與其他頻段來(lái)說(shuō)要貴。 主要應(yīng)用： 1 畜牧業(yè)的管理系統(tǒng) 2 汽車防盜和無(wú)鑰匙開門系統(tǒng)的應(yīng)用 3 馬拉松賽跑系統(tǒng)的應(yīng)用 4 自動(dòng)停車場(chǎng)收費(fèi)和車輛管理系統(tǒng) 5 自動(dòng)加油系統(tǒng)的應(yīng)用 6 酒店門鎖系統(tǒng)的應(yīng)用 7 門禁和安全管理系統(tǒng) 符合的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)： a) ISO 11784 RFID 畜牧業(yè)的應(yīng)用編碼結(jié)構(gòu) b

40、) ISO 11785 RFID 畜牧業(yè)的應(yīng)用技術(shù)理論 c) ISO 14223-1 RFID 畜牧業(yè)的應(yīng)用空氣接口 d) ISO 14223-2 RFID 畜牧業(yè)的應(yīng)用協(xié)議定義 e) ISO 18000-2 定義低頻的物理層、防沖撞和通訊協(xié)議 f) DIN 30745 主要是歐洲對(duì)垃圾管理應(yīng)用定義的標(biāo)準(zhǔn) 二、高頻(工作頻率為 13.56MHz) 在該頻率的感應(yīng)器不再需要線圈進(jìn)行繞制，可以通過(guò)腐蝕活著印刷的方式制作天線。感應(yīng)器一般通過(guò)負(fù)載調(diào)制的方式進(jìn)行工作。也就是通過(guò)感應(yīng)器上的負(fù)載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)用遠(yuǎn)距離感應(yīng)器對(duì)天線電壓進(jìn)行振幅調(diào)制。如果人們通過(guò)數(shù)據(jù)控制負(fù)載

41、電壓的接通和斷開，那么這些數(shù)據(jù)就能夠從感應(yīng)器傳輸?shù)阶x寫器。 特性： 1. 工作頻率為 13.56MHz，該頻率的波長(zhǎng)大概為 22m。 2. 除了金屬材料外，該頻率的波長(zhǎng)可以穿過(guò)大多數(shù)的材料，但是往往會(huì)降低讀取距離。感應(yīng)器需要離開金屬一段距離。 3. 該頻段在全球都得到認(rèn)可并沒(méi)有特殊的限制。 4. 感應(yīng)器一般以電子標(biāo)簽的形式。 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文145. 雖然該頻率的磁場(chǎng)區(qū)域下降很快，但是能夠產(chǎn)生相對(duì)均勻的讀寫區(qū)域。 6. 該系統(tǒng)具有防沖撞特性，可以同時(shí)讀取多個(gè)電子標(biāo)簽。 7. 可以把某些數(shù)據(jù)信息寫入標(biāo)簽中。 8. 數(shù)據(jù)傳輸速率比低頻要快，價(jià)格不是很貴。 主要應(yīng)用： 1 圖書管理系統(tǒng)的應(yīng)用 2

42、 瓦斯鋼瓶的管理應(yīng)用 3 服裝生產(chǎn)線和物流系統(tǒng)的管理和應(yīng)用 4 三表預(yù)收費(fèi)系統(tǒng) 5 酒店門鎖的管理和應(yīng)用 6 大型會(huì)議人員通道系統(tǒng) 7 固定資產(chǎn)的管理系統(tǒng) 8 醫(yī)藥物流系統(tǒng)的管理和應(yīng)用 9 智能貨架的管理 符合的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)： a) ISO/IEC 14443 近耦合 IC 卡，最大的讀取距離為 10cm。 b) ISO/IEC 15693 疏耦合 IC 卡，最大的讀取距離為 1m。 c) ISO/IEC 18000-3 該標(biāo)準(zhǔn)定義了 13.56MHz 系統(tǒng)的物理層，防沖撞算法和通訊協(xié)議。 d) 13.56MHz ISM Band Class 1 定義 13.56MHz 符合 EPC 的接口定義。

43、 三、超高頻(工作頻率為 860MHz 到 960MHz 之間) 超高頻系統(tǒng)通過(guò)電場(chǎng)來(lái)傳輸能量。電場(chǎng)的能量下降的不是很快，但是讀取的區(qū)域不是很好進(jìn)行定義。該頻段讀取距離比較遠(yuǎn)，無(wú)源可達(dá) 10m 左右。主要是通過(guò)電容耦合的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。 特性： 1 在該頻段，全球的定義不是很相同歐洲和部分亞洲定義的頻率為 868MHz，北美定義的頻段為 902 到 905MHz 之間，在日本建議的頻段為 950 到 956 之間。該頻段的波長(zhǎng)大概為 30cm 左右。 2 目前，該頻段功率輸出目前統(tǒng)一的定義(美國(guó)定義為 4W，歐洲定義為 500mW)。 可能歐洲限制會(huì)上升到 2W EIRP。 3 超高頻頻段的電波

44、不能通過(guò)許多材料，特別是水，灰塵，霧等懸浮顆粒物資。相對(duì)于高頻的電子標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，該頻段的電子標(biāo)簽不需要和金屬分開來(lái)。 4 電子標(biāo)簽的天線一般是長(zhǎng)條和標(biāo)簽狀。天線有線性和圓極化兩種設(shè)計(jì)，滿足不同應(yīng)用的需求。 5 該頻段有好的讀取距離，但是對(duì)讀取區(qū)域很難進(jìn)行定義。 6 有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，在很短的時(shí)間可以讀取大量的電子標(biāo)簽。 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文15主要應(yīng)用： 1 供應(yīng)鏈上的管理和應(yīng)用 2 生產(chǎn)線自動(dòng)化的管理和應(yīng)用 3 航空包裹的管理和應(yīng)用 4 集裝箱的管理和應(yīng)用 5 鐵路包裹的管理和應(yīng)用 6 后勤管理系統(tǒng)的應(yīng)用 符合的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)： a) ISO/IEC 18000-6 定義了超高頻的物理層和通訊協(xié)

45、議；空氣接口定義了 Type A和 Type B 兩部分；支持可讀和可寫操作。 b) EPCglobal 定義了電子物品編碼的結(jié)構(gòu)和甚高頻的空氣接口以及通訊的協(xié)議。例如：Class 0, Class 1, UHF Gen2。 c) Ubiquitous ID 日本的組織，定義了 UID 編碼結(jié)構(gòu)和通信管理協(xié)議。 在將來(lái)，超高頻的產(chǎn)品會(huì)得到大量的應(yīng)用。例如 WalMart、 Tesco、 美國(guó)國(guó)防部和麥德龍超市都會(huì)在它們的供應(yīng)鏈上應(yīng)用 RFID 技術(shù)。 2.4.2 有源 RFID 技術(shù)（2.45GHz、5.8G） 有源 RFID 具備低發(fā)射功率、通信距離長(zhǎng)、傳輸數(shù)據(jù)量大,可靠性高和兼容性好等特點(diǎn)

46、,與無(wú)源 RFID 相比,在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)非常明顯，被廣泛地應(yīng)用到公路收費(fèi)、港口貨運(yùn)管理等應(yīng)用中。 總之，射頻識(shí)別技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，逐漸的被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化和交通運(yùn)輸控制管理等領(lǐng)域。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步以及生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，射頻識(shí)別產(chǎn)品的成本將不斷的降低，其應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文16第三章 RFID 系統(tǒng)組成及工作原理3.1 RFID 系統(tǒng)組成3.1.1 閱讀器讀寫器也稱閱讀器、詢問(wèn)器（reader, interrogator） ，是對(duì) RFID 標(biāo)簽進(jìn)行讀/寫操作的設(shè)備，主要包括射頻模塊和數(shù)字信號(hào)處理單元兩部分。讀寫器是 RFID 系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)

47、設(shè)施，一方面，RFID 標(biāo)簽返回的微弱電磁信號(hào)通過(guò)天線進(jìn)入讀寫器的射頻模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)讀寫器的數(shù)字信號(hào)處理單元對(duì)其進(jìn)行必要的加工整形，最后從中解調(diào)出返回的信息，完成對(duì) RFID 標(biāo)簽的識(shí)別或讀/寫操作；另一方面，上層中間件及應(yīng)用軟件與讀寫器進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)操作指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)匯總上傳。在上傳數(shù)據(jù)時(shí)，讀寫器會(huì)對(duì) RFID 標(biāo)簽原子事件進(jìn)行去重過(guò)濾或簡(jiǎn)單的條件過(guò)濾，將其加工為讀寫器事件后再上傳，以減少與中間件及應(yīng)用軟件之間數(shù)據(jù)交換的流量，因此在很多讀寫器中還集成了微處理器和嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一部分中間件的功能，如信號(hào)狀態(tài)控制、奇偶位錯(cuò)誤校驗(yàn)與修正等。未來(lái)的讀寫器呈現(xiàn)出智能化、小型化和集成化

48、趨勢(shì)，還將具備更加強(qiáng)大的前端控制功能，例如直接與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的其它設(shè)備進(jìn)行交互甚至是作為控制器進(jìn)行在線調(diào)度。在物聯(lián)網(wǎng)中，讀寫器將成為同時(shí)具有通訊、控制和計(jì)算（communication, control, computing）功能的 C3 核心設(shè)備。 3.1.2 天線天線（antenna）是 RFID 標(biāo)簽和讀寫器之間實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)空間傳播和建立無(wú)線通訊連接的設(shè)備。RFID 系統(tǒng)中包括兩類天線，一類是 RFID 標(biāo)簽上的天線，由于它已經(jīng)和 RFID標(biāo)簽集成為一體，因此不再單獨(dú)討論，另一類是讀寫器天線，既可以內(nèi)置于讀寫器中，也可以通過(guò)同軸電纜與讀寫器的射頻輸出端口相連。目前的天線產(chǎn)品多采用收發(fā)分離技術(shù)

49、來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收功能的集成。天線在 RFID 系統(tǒng)中的重要性往往被人們所忽視，在實(shí)際應(yīng)用中，天線設(shè)計(jì)參數(shù)是影響 RFID 系統(tǒng)識(shí)別范圍的主要因素。高性能的天線不僅要求具有良好的阻抗匹配特性，還需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的特點(diǎn)對(duì)方向特性、極化特性和頻率特性等進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。 3.1.3 電子標(biāo)簽RFID 標(biāo)簽俗稱電子標(biāo)簽，也稱應(yīng)答器（tag, transponder, responder） ，根據(jù)工作方式可分為主動(dòng)式（有源）和被動(dòng)式（無(wú)源）兩大類，本文主要研究被動(dòng)式 RFID 標(biāo)簽及系統(tǒng)。被動(dòng)式 RFID 標(biāo)簽由標(biāo)簽芯片和標(biāo)簽天線或線圈組成，利用電感耦合或電磁反向散射耦合原理實(shí)現(xiàn)與讀寫器之間的通訊。RFID

50、 標(biāo)簽中存儲(chǔ)一個(gè)唯一編碼，通常為 64bits、96bits 甚至更高，其地址空間大大高于條碼所能提供的空間，因此可以實(shí)現(xiàn)單品級(jí)的物品編碼。當(dāng) RFID 標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的作用區(qū)域，就可以根據(jù)電感耦合原理（近場(chǎng)作用范圍內(nèi)）或電磁反向散射耦合原理（遠(yuǎn)場(chǎng)作用范圍內(nèi)）在標(biāo)簽天線兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)差，并在標(biāo)簽芯片通路中形成微弱電流，如果這個(gè)電流強(qiáng)度超過(guò)一個(gè)閾值，就將激活 RFID 標(biāo)簽江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文17芯片電路工作，從而對(duì)標(biāo)簽芯片中的存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫操作，微控制器還可以進(jìn)一步加入諸如密碼或防碰撞算法等復(fù)雜功能。RFID 標(biāo)簽芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶處理單元和 EEPROM

51、存儲(chǔ)單元四部分。3.1.4 RFID 中間件中間件（middleware）是一種面向消息的、可以接受應(yīng)用軟件端發(fā)出的請(qǐng)求、對(duì)指定的一個(gè)或者多個(gè)讀寫器發(fā)起操作并接收、處理后向應(yīng)用軟件返回結(jié)果數(shù)據(jù)的特殊化軟件。中間件在 RFID 應(yīng)用中除了可以屏蔽底層硬件帶來(lái)的多種業(yè)務(wù)場(chǎng)景、硬件接口、適用標(biāo)準(zhǔn)造成的可靠性和穩(wěn)定性問(wèn)題，還可以為上層應(yīng)用軟件提供多層、分布式、異構(gòu)的信息環(huán)境下業(yè)務(wù)信息和管理信息的協(xié)同。中間件的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)還可以根據(jù)一個(gè)或多個(gè)讀寫器的讀寫器事件進(jìn)行過(guò)濾、聚合和計(jì)算，抽象出對(duì)應(yīng)用軟件有意義的業(yè)務(wù)邏輯信息構(gòu)成業(yè)務(wù)事件，以滿足來(lái)自多個(gè)客戶端的檢索、發(fā)布/訂閱和控制請(qǐng)求。3.1.5 RFID 應(yīng)用

52、系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件（application software）是直接面向 RFID 應(yīng)用最終用戶的人機(jī)交互界面，協(xié)助使用者完成對(duì)讀寫器的指令操作以及對(duì)中間件的邏輯設(shè)置，逐級(jí)將 RFID 原子事件轉(zhuǎn)化為使用者可以理解的業(yè)務(wù)事件，并使用可視化界面進(jìn)行展示。由于應(yīng)用軟件需要根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的不同企業(yè)進(jìn)行專門制定，因此很難具有通用性。從應(yīng)用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，使用者在應(yīng)用軟件端的用戶體驗(yàn)是判斷一個(gè) RFID 應(yīng)用案例成功與否的決定性因素之一。3.2 RFID 系統(tǒng)工作原理RFID 技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（Pas

53、sive Tag，無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽） ，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽） ；解讀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。 一套完整的 RFID 系統(tǒng), 是由閱讀器(Reader)與電子標(biāo)簽(TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部份所組成, 其工作原理是 Reader 發(fā)射一特定頻率的無(wú)線電波能量給 Transponder, 用以驅(qū)動(dòng) Transponder 電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí) Reader 便依序接收解讀數(shù)據(jù), 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。 以 RFID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來(lái)

54、看大致上可以分成, 感應(yīng)偶合(Inductive Coupling) 及后向散射偶合(Backscatter Coupling)兩種, 一般低頻的 RFID 大都采用第一種式, 而較高頻大多采用第二種方式。 閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置，是 RFID 系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應(yīng)答器之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時(shí)閱讀器通過(guò)耦合給無(wú)源應(yīng)答器提供能量和時(shí)序。 在實(shí)際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過(guò) Ethernet 或 WLAN 等實(shí)現(xiàn)對(duì)物體識(shí)別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。應(yīng)答器是 RFID 系統(tǒng)的信息

55、載體，目前應(yīng)答器大多是由耦合原件（線圈、微帶天線等）和微芯片組成無(wú)源單元。 江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文18第四章 RFID 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)編碼與防沖突技術(shù)4.1 編碼與校驗(yàn)4.1.1 RFID 系統(tǒng)通信模型射頻識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與通信系統(tǒng)的基本模型相類似，滿足了通信功能的基本要求。讀寫器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸構(gòu)成了與基本通信模型相類似的結(jié)構(gòu)。讀寫器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸需要三個(gè)主要的功能塊，如圖 1 所示。按讀寫器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸方向，是讀寫器（發(fā)送器）中的信號(hào)編碼（信號(hào)處理）和調(diào)制器（載波電路） ，傳輸介質(zhì)（信道） ，以及電子標(biāo)簽（接收器）中的解調(diào)器（載波回路）和信號(hào)譯碼（信號(hào)處理）。圖 4.1

56、 射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本通信結(jié)構(gòu)框圖在圖中，信號(hào)編碼系統(tǒng)的作用是對(duì)要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行編碼，以便傳輸信號(hào)能夠盡可能最佳地與信道相匹配，這樣的處理包括了對(duì)信息提供某種程度的保護(hù)，以防止信息受干擾或相碰撞，以及對(duì)某些信號(hào)特性的蓄意改變。調(diào)制器用于改變高頻載波信號(hào)，即使載波信號(hào)的振幅、頻率或相位與調(diào)制的基帶信號(hào)相關(guān)。射頻識(shí)別系統(tǒng)信道的傳輸介質(zhì)為磁場(chǎng)（電感耦合）和電磁波（微波） 。解調(diào)器的作用是解調(diào)獲取信號(hào)，以便再生基帶信號(hào)。信號(hào)譯碼的作用則是對(duì)從解調(diào)器傳來(lái)的基帶信號(hào)進(jìn)行譯碼，恢復(fù)成原來(lái)的信息，并識(shí)別和糾正傳輸錯(cuò)誤。4.1.2 RFID 數(shù)據(jù)傳輸常用編碼格式可以用不同形式的代碼來(lái)表示二進(jìn)制的“1”和“0” 。

57、射頻識(shí)別系統(tǒng)通常使用下列編碼方法中的一種：反向不歸零（NRZ）編碼、曼徹斯特（Manchester）編碼、單極性歸零（UnipolarHZ）編碼、差動(dòng)雙相（DBP）編碼、米勒（Miller）編碼利差動(dòng)編碼。（1）反向不歸零（NRZ，Non Return Zero）編碼反向不歸零編碼用高電平表示二進(jìn)制“1” ，低電平表示二進(jìn)制“0” ，如圖 4.2 所示。江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文19圖 4.2 NRZ 編碼此碼型不宜傳輸，有以下原因：（a）有直流，一般信道難于傳輸零頻附近的頻率分量；（b）收端判決門限與信號(hào)功率有關(guān)，不方便使用；（c）不能直接用來(lái)提取位同步信號(hào)，因?yàn)樵?NRZ 中不含位同步信號(hào)頻率成

58、分；(d）要求傳輸線有一根接地。（2）曼徹斯特（Manchester）編碼曼徹斯特編碼也被稱為分相編碼（SplitPhase Coding） 。在曼徹斯特編碼中，某位的值是由該位長(zhǎng)度內(nèi)半個(gè)位周期時(shí)電平的變化（上升下降）來(lái)表示的，在半個(gè)位周期時(shí)的負(fù)跳變表示二進(jìn)制“1” ，半個(gè)位周期時(shí)的正跳變表示二進(jìn)制“0，如圖 4.3 所示。圖 4.3 曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼在采用負(fù)載波的負(fù)載調(diào)制或者反向散射調(diào)制時(shí)，通常用于從電子標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸，因?yàn)檫@有利于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤。這是因?yàn)樵谖婚L(zhǎng)度內(nèi)， “沒(méi)有變化”的狀態(tài)是不允許的。當(dāng)多個(gè)電子標(biāo)簽同時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)位有不同值時(shí)，接收的上升邊和下降邊互相抵消，導(dǎo)

59、致在整個(gè)位長(zhǎng)度內(nèi)是不間斷的副載波信號(hào)，由于該狀態(tài)不允許，所以讀寫器利用該錯(cuò)誤就可以判定碰撞發(fā)生的具體位置。（3）單極性歸零（Unipolar RZ）編碼單極性歸零編碼在第一個(gè)半個(gè)位周期中的高電平表示二進(jìn)制“1” ，而持續(xù)整個(gè)位周期內(nèi)的低電平信號(hào)表示二進(jìn)制“0” ，如圖 4.4 所示。單極性歸零編碼可用來(lái)提取位同步信號(hào)。江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文20圖 4.4 單極性歸零編碼（4）差動(dòng)雙相（DBP）編碼差動(dòng)雙相編碼在半個(gè)位周期中的任意的邊沿表示二進(jìn)制“0” ，而沒(méi)有邊沿就是二進(jìn)制“1” ，如圖 4.5 所示。此外，在每個(gè)位周期開始時(shí)，電平都要反相。因此，對(duì)接收器來(lái)說(shuō)，位節(jié)拍比較容易重建。圖 4.5 差

60、動(dòng)雙相編碼（5）米勒（Miller）編碼米勒編碼在半個(gè)位周期內(nèi)的任意邊沿表示二進(jìn)制“1” ，而經(jīng)過(guò)下一個(gè)位周期中不變的電平表示二進(jìn)制“0” 。位周期開始時(shí)產(chǎn)生電平交變，如圖 4.6 所示。因此，對(duì)接收器來(lái)說(shuō)，位節(jié)拍比較容易重建。圖 4.6 米勒編碼（6）差動(dòng)編碼差動(dòng)編碼中，每個(gè)要傳輸?shù)亩M(jìn)制“1”都會(huì)引起信號(hào)電平的變化，而對(duì)于二進(jìn)制“0” ，信號(hào)電平保持不變，如圖 4.7 所示。用 XOR 門的 D 觸發(fā)器就能很容易地從 NRZ 信號(hào)中產(chǎn)生差動(dòng)編碼，具體電路如圖 4.8 所示。圖 4.7 差動(dòng)編碼江蘇大學(xué)本科畢業(yè)論文21圖 4.8 從 NRZ 編碼產(chǎn)生差動(dòng)編碼4.1.3 RFID 傳輸數(shù)據(jù)校驗(yàn)