第2章標(biāo)識技術(shù)

1、1Internet of things（IoT） 物聯(lián)網(wǎng)來了物聯(lián)網(wǎng)來了感知識別技術(shù)融合物理世界和信息世界，是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)最獨(dú)特的部分。感知識別技術(shù)融合物理世界和信息世界，是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)最獨(dú)特的部分。3第第2章章 標(biāo)識標(biāo)識技術(shù)技術(shù)標(biāo)識技術(shù)標(biāo)識技術(shù)概述概述2.1RFIDRFID的系統(tǒng)組成的系統(tǒng)組成2.2RFIDRFID的具體應(yīng)用實(shí)例的具體應(yīng)用實(shí)例2.3RFIDRFID技術(shù)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)技術(shù)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)2.42.1 標(biāo)識技術(shù)概述 數(shù)據(jù)采集方式的發(fā)展過程主要經(jīng)歷了數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集方式的發(fā)展過程主要經(jīng)歷了數(shù)據(jù)人工采集和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集二個(gè)階段人工采集和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集二個(gè)階段, 而數(shù)據(jù)自動(dòng)而數(shù)據(jù)自

2、動(dòng)采集在不同的歷史階段及針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域采集在不同的歷史階段及針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域可以使用不同的技術(shù)手段?？梢允褂貌煌募夹g(shù)手段。 目前數(shù)據(jù)自動(dòng)采集主要使用了條形碼技術(shù)、目前數(shù)據(jù)自動(dòng)采集主要使用了條形碼技術(shù)、IC卡技術(shù)、射頻識別技術(shù)卡技術(shù)、射頻識別技術(shù)(RFID)、光符號識別、光符號識別技術(shù)、語音識別技術(shù)、生物計(jì)量識別技術(shù)、遙技術(shù)、語音識別技術(shù)、生物計(jì)量識別技術(shù)、遙感遙測、機(jī)器人智能感知等技術(shù)。感遙測、機(jī)器人智能感知等技術(shù)。5RFID1、射頻識別、射頻識別 射頻識別是一項(xiàng)利用射頻信號的空間耦合（交變磁場射頻識別是一項(xiàng)利用射頻信號的空間耦合（交變磁場和磁場）來實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信

3、息和磁場）來實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。達(dá)到識別目的的技術(shù)。6RFID 無線射頻識別（無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）也稱為射頻識別，它是一種新興的自動(dòng)）也稱為射頻識別，它是一種新興的自動(dòng)識別技術(shù)。識別技術(shù)。 RFID是指利用電磁波的反射能量進(jìn)行通信的是指利用電磁波的反射能量進(jìn)行通信的一種技術(shù)。一種技術(shù)。 RFID可以歸入短距離無線通信技術(shù)，與其他短距離無線通信技術(shù)可以歸入短距離無線通信技術(shù)，與其他短距離無線通信技術(shù)如如WLAN、藍(lán)牙、藍(lán)牙和和紅外相比最大的區(qū)別在于紅外相比最大的區(qū)別在于RFID的被動(dòng)工作模式，

4、即的被動(dòng)工作模式，即利用反射能量進(jìn)行通信。利用反射能量進(jìn)行通信。（1）RFID的概念7RFID 射頻識別（射頻識別（RFID）技術(shù)采用大規(guī)模集成電路計(jì)算、電子識別、計(jì)算機(jī)）技術(shù)采用大規(guī)模集成電路計(jì)算、電子識別、計(jì)算機(jī)通信等技術(shù)，通過讀寫器和安裝于載體上的通信等技術(shù)，通過讀寫器和安裝于載體上的RFID標(biāo)簽，能夠?qū)崿F(xiàn)對載體的標(biāo)簽，能夠?qū)崿F(xiàn)對載體的非接觸的識別和數(shù)據(jù)信息交換。非接觸的識別和數(shù)據(jù)信息交換。條形碼與條形碼與RFID比較比較比較內(nèi)容比較內(nèi)容條條 碼碼RFID標(biāo)簽標(biāo)簽讀取方式讀取方式信息容量信息容量信息更改信息更改安全性能安全性能材料成本材料成本技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用情況應(yīng)用情況近距離、掃描光

5、源直接照射、近距離、掃描光源直接照射、逐條讀取逐條讀取一維碼約一維碼約50字節(jié)、二維碼約字節(jié)、二維碼約23000字節(jié)字節(jié)不能不能一維碼較低、容易偽造；二維一維碼較低、容易偽造；二維碼保密防偽性能較高碼保密防偽性能較高價(jià)格低廉、易損耗價(jià)格低廉、易損耗成熟、規(guī)范、統(tǒng)一成熟、規(guī)范、統(tǒng)一廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用一定范圍（大于一定范圍（大于10m）、無線電）、無線電波、批最讀取波、批最讀取數(shù)兆寧節(jié)，容每大數(shù)兆寧節(jié)，容每大多次改寫多次改寫密碼保護(hù)、不容易偽造：密碼保護(hù)、不容易偽造：LHF標(biāo)標(biāo)簽的形狀接近磁條、較隱蔽簽的形狀接近磁條、較隱蔽較貴、耐用較貴、耐用無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)近國內(nèi)近40家企業(yè)已經(jīng)應(yīng)用，國家

6、企業(yè)已經(jīng)應(yīng)用，國外較多外較多9RFID（2）RFID技術(shù)的發(fā)展歷史 RFID技術(shù)最早起源于雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，其歷史可追溯到技術(shù)最早起源于雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，其歷史可追溯到20世紀(jì)世紀(jì)初期。初期。 雷達(dá)發(fā)射無線電波并通過接收到的目標(biāo)反射信號來測定和定位目標(biāo)的位雷達(dá)發(fā)射無線電波并通過接收到的目標(biāo)反射信號來測定和定位目標(biāo)的位置及其速度，其物理機(jī)制是置及其速度，其物理機(jī)制是 RFID 技術(shù)的工作基礎(chǔ)。技術(shù)的工作基礎(chǔ)。 作為作為21世紀(jì)世紀(jì)10大重要技術(shù)之一，大重要技術(shù)之一，RFID在國外的應(yīng)用已經(jīng)越來越普及，在國外的應(yīng)用已經(jīng)越來越普及，新加坡、韓國等國家都明確指出要重點(diǎn)發(fā)展射頻識別技術(shù)及擴(kuò)大其應(yīng)

7、用。新加坡、韓國等國家都明確指出要重點(diǎn)發(fā)展射頻識別技術(shù)及擴(kuò)大其應(yīng)用。 中國是世界生產(chǎn)中心之一和最具潛力的消費(fèi)市場，對中國是世界生產(chǎn)中心之一和最具潛力的消費(fèi)市場，對RFID的應(yīng)用需求的應(yīng)用需求也將越來越強(qiáng)烈。也將越來越強(qiáng)烈。RFID 目前我國的射頻識別技術(shù)以低頻和高頻應(yīng)用為主，主要用于第目前我國的射頻識別技術(shù)以低頻和高頻應(yīng)用為主，主要用于第2代身代身份證和智能交通卡等項(xiàng)目。份證和智能交通卡等項(xiàng)目。 我國在超高頻芯片的研發(fā)上比較薄弱，不過，政府非常重視超高頻我國在超高頻芯片的研發(fā)上比較薄弱，不過，政府非常重視超高頻標(biāo)準(zhǔn)的制定和芯片的研發(fā)。標(biāo)準(zhǔn)的制定和芯片的研發(fā)。 中國國家無線電管理局正式頒布實(shí)施無

8、線電頻率方面的規(guī)定，為中國國家無線電管理局正式頒布實(shí)施無線電頻率方面的規(guī)定，為RFID 技術(shù)在我國的發(fā)展提供了法律保障。技術(shù)在我國的發(fā)展提供了法律保障。 目前目前RFID在我國的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國及歐洲，國內(nèi)企業(yè)的市場在我國的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國及歐洲，國內(nèi)企業(yè)的市場占有率很低，還有很大的提升空間。占有率很低，還有很大的提升空間。 我國己經(jīng)開始嘗試在一些領(lǐng)域應(yīng)用我國己經(jīng)開始嘗試在一些領(lǐng)域應(yīng)用RFID技術(shù)。技術(shù)。 比如佛山市政府安裝了比如佛山市政府安裝了RFID系統(tǒng)用于自動(dòng)收取路橋費(fèi)，明顯地提高了車系統(tǒng)用于自動(dòng)收取路橋費(fèi)，明顯地提高了車輛通過率，緩解了公路的擁堵瓶頸。輛通過率，緩解了公路的擁堵瓶頸

9、。 再比如郵政行業(yè)在進(jìn)行物品傳輸方面的安全及整體數(shù)據(jù)模型的應(yīng)用測試。再比如郵政行業(yè)在進(jìn)行物品傳輸方面的安全及整體數(shù)據(jù)模型的應(yīng)用測試。 在汽車行業(yè)、航空行業(yè)、石化、汽油、酒業(yè)、金融行業(yè)、零售行業(yè)、藥品管理在汽車行業(yè)、航空行業(yè)、石化、汽油、酒業(yè)、金融行業(yè)、零售行業(yè)、藥品管理、醫(yī)院管理等方面進(jìn)行應(yīng)用示范。、醫(yī)院管理等方面進(jìn)行應(yīng)用示范。12RFID（3）RFID技術(shù)的特點(diǎn)A、耐環(huán)境性、耐環(huán)境性B、可反復(fù)使用、可反復(fù)使用C、數(shù)據(jù)讀寫方便、數(shù)據(jù)讀寫方便D、安全性、安全性132.2 RFID的系統(tǒng)組成RFID系統(tǒng)由系統(tǒng)由RFID標(biāo)簽、閱讀器、天線、數(shù)據(jù)傳輸及處理系統(tǒng)組成。標(biāo)簽、閱讀器、天線、數(shù)據(jù)傳輸及處理系

10、統(tǒng)組成。2.2 RFID的系統(tǒng)組成RFID工作原理工作原理2.2 RFID的系統(tǒng)組成閱讀器閱讀器是是RFID系統(tǒng)最重要也是最復(fù)雜的一個(gè)組件。因其工作模式一般是主動(dòng)系統(tǒng)最重要也是最復(fù)雜的一個(gè)組件。因其工作模式一般是主動(dòng)向標(biāo)簽詢問標(biāo)識信息，所以有時(shí)又被稱為詢問器（向標(biāo)簽詢問標(biāo)識信息，所以有時(shí)又被稱為詢問器（Interrogator）。下圖顯示不）。下圖顯示不同類型的閱讀器。閱讀器可以通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口、同類型的閱讀器。閱讀器可以通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口、RS232串口或串口或USB接口同主機(jī)相連，接口同主機(jī)相連，通過天線同通過天線同RFID標(biāo)簽通信。有時(shí)為了方便，閱讀器和天線以及智能終端設(shè)備會(huì)標(biāo)簽通信。有時(shí)為了方便

11、，閱讀器和天線以及智能終端設(shè)備會(huì)集成在一起形成可移動(dòng)的手持式閱讀器。集成在一起形成可移動(dòng)的手持式閱讀器。2.2 RFID的系統(tǒng)組成天線天線同閱讀器相連，用于在標(biāo)簽和閱讀器之間傳遞射頻信號。閱讀器可同閱讀器相連，用于在標(biāo)簽和閱讀器之間傳遞射頻信號。閱讀器可以連接一個(gè)或多個(gè)天線，但每次使用時(shí)只能激活一個(gè)天線。以連接一個(gè)或多個(gè)天線，但每次使用時(shí)只能激活一個(gè)天線。RFID系統(tǒng)的工系統(tǒng)的工作頻率從低頻到微波，這使得天線與標(biāo)簽芯片之間的匹配問題變得很復(fù)雜。作頻率從低頻到微波，這使得天線與標(biāo)簽芯片之間的匹配問題變得很復(fù)雜。2.2 RFID的系統(tǒng)組成標(biāo)簽（標(biāo)簽（Tag）是由耦合元件、芯片及微型天線組成，每個(gè)標(biāo)

12、簽內(nèi)部存是由耦合元件、芯片及微型天線組成，每個(gè)標(biāo)簽內(nèi)部存有唯一的電子編碼，附著在物體上，用來標(biāo)識目標(biāo)對象。標(biāo)簽進(jìn)入有唯一的電子編碼，附著在物體上，用來標(biāo)識目標(biāo)對象。標(biāo)簽進(jìn)入RFID閱閱讀器掃描場以后，接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流獲得的能讀器掃描場以后，接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的電子編碼（被動(dòng)式標(biāo)簽），或者主動(dòng)發(fā)送某一頻量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的電子編碼（被動(dòng)式標(biāo)簽），或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號（主動(dòng)式標(biāo)簽）。率的信號（主動(dòng)式標(biāo)簽）。電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）：一般射頻識別系統(tǒng)主要采用EEPROM方式。這種方

13、式的缺點(diǎn)是寫入過程中的功耗消耗很大，使用壽命一般為100,000次鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（FRAM）: 與EEPROM相比，F(xiàn)RAM的寫入功耗消耗減小100倍，寫入時(shí)間甚至縮短1000倍。FRAM屬于非易失類存儲(chǔ)器。然而，F(xiàn)RAM由于生產(chǎn)方面的問題至今未獲得廣泛應(yīng)用。靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SRAM）: SRAM能快速寫入數(shù)據(jù)，適用于微波系統(tǒng)，但SRAM需要輔助電池不間斷供電，才能保存數(shù)據(jù)。標(biāo)簽：存儲(chǔ)方式被動(dòng)式標(biāo)簽（被動(dòng)式標(biāo)簽（Passive Tag）：因內(nèi)部沒有電源設(shè)備又被稱為無源標(biāo)簽。被動(dòng)式標(biāo)簽內(nèi)部的集成電路通過接收由閱讀器發(fā)出的電磁波進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，向閱讀器發(fā)送

14、數(shù)據(jù)。主動(dòng)標(biāo)簽（主動(dòng)標(biāo)簽（Active Tag）:因標(biāo)簽內(nèi)部攜帶電源又被稱為有源標(biāo)簽。電源設(shè)備和與其相關(guān)的電路決定了主動(dòng)式標(biāo)簽要比被動(dòng)式標(biāo)簽體積大、價(jià)格昂貴。但主動(dòng)標(biāo)簽通信距離更遠(yuǎn)，可達(dá)上百米遠(yuǎn)。半主動(dòng)標(biāo)簽半主動(dòng)標(biāo)簽（Semi-active Tag）:這種標(biāo)簽兼有被動(dòng)標(biāo)簽和主動(dòng)標(biāo)簽的所有優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部攜帶電池，能夠?yàn)闃?biāo)簽內(nèi)部計(jì)算提供電源。這種標(biāo)簽可以攜帶傳感器，可用于檢測環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、是否移動(dòng)等。然而和主動(dòng)式標(biāo)簽不同是它們的通信并不需要電池提供能量，而是像被動(dòng)式標(biāo)簽一樣通過閱讀器發(fā)射的電磁波獲取通信能量。標(biāo)簽分類RFID頻率RFID頻率頻率是RFID系統(tǒng)的一個(gè)很重要的參數(shù)指標(biāo)，它決定了工

15、作原理、通信距離、設(shè)備成本、天線形狀和應(yīng)用領(lǐng)域等因素。RFID典型的工作頻率有125KHz、133KHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、860-960MHz、2.45GHz、5.8GHz等。按照工作頻率的不同，RFID系統(tǒng)集中在低頻、高頻和超高頻三個(gè)區(qū)域RFID電路圖2.2 RFID的系統(tǒng)組成2.3 RFID的具體應(yīng)用實(shí)例2.3 RFID的具體應(yīng)用實(shí)例RFID食品追蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖食品追蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖具體應(yīng)用方法如下：具體應(yīng)用方法如下： （1）在種植、養(yǎng)殖源頭加入）在種植、養(yǎng)殖源頭加入RFID標(biāo)簽，寫入食品或原標(biāo)簽，寫入食品或原材料的基本信息，如產(chǎn)地、出產(chǎn)日期、儲(chǔ)存方法及

16、食用方材料的基本信息，如產(chǎn)地、出產(chǎn)日期、儲(chǔ)存方法及食用方法等；法等；（2）從原產(chǎn)地出來的原材料到達(dá)食品加工企業(yè)，由企）從原產(chǎn)地出來的原材料到達(dá)食品加工企業(yè)，由企業(yè)寫入加工、包裝信息等；業(yè)寫入加工、包裝信息等；（3）檢驗(yàn)、檢疫信息、倉儲(chǔ)入庫信息等寫入；）檢驗(yàn)、檢疫信息、倉儲(chǔ)入庫信息等寫入； （4）出庫分銷到地方代理機(jī)構(gòu)，直到超市、餐飲、快餐）出庫分銷到地方代理機(jī)構(gòu)，直到超市、餐飲、快餐以及飯店，寫入各層信息，以實(shí)現(xiàn)到跟蹤鏈的最后環(huán)節(jié)；以及飯店，寫入各層信息，以實(shí)現(xiàn)到跟蹤鏈的最后環(huán)節(jié)； （5）食品到達(dá)餐桌。）食品到達(dá)餐桌。RFID食品追蹤食品追蹤 通過以上流程，可實(shí)現(xiàn)在整個(gè)供應(yīng)鏈中對食品安全的全程

17、追蹤。通過以上流程，可實(shí)現(xiàn)在整個(gè)供應(yīng)鏈中對食品安全的全程追蹤。 具體實(shí)施過程中利用具體實(shí)施過程中利用RFID食品標(biāo)簽有以下兩種追蹤方法。食品標(biāo)簽有以下兩種追蹤方法。 一種是從上往下進(jìn)行跟蹤，即從農(nóng)場、食品原材料供應(yīng)一種是從上往下進(jìn)行跟蹤，即從農(nóng)場、食品原材料供應(yīng)食品生食品生產(chǎn)、加工產(chǎn)、加工運(yùn)輸運(yùn)輸銷售銷售POS銷售點(diǎn)，這種方法主要用于查找造成食銷售點(diǎn)，這種方法主要用于查找造成食品安全質(zhì)量問題的原因，確定產(chǎn)品的原產(chǎn)地和特征。品安全質(zhì)量問題的原因，確定產(chǎn)品的原產(chǎn)地和特征。 另一種是從下往上進(jìn)行追溯，也就是消費(fèi)者在另一種是從下往上進(jìn)行追溯，也就是消費(fèi)者在POS銷售點(diǎn)購買的食品發(fā)銷售點(diǎn)購買的食品發(fā)現(xiàn)了安全質(zhì)量問題，可以向上層層進(jìn)行追溯，最終確定問題所在，這種方法現(xiàn)了安全質(zhì)量問題，可以向上層層進(jìn)行追溯，最終確定問題所在，這種方法主要用于涉及食品安全的問題產(chǎn)品召回。主要用于涉及食