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

1、江彖大學(xué)JIANGSUUNIVERSITY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)DesignofIntelligentWarehouseManagementSystemBasedonRFID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：指導(dǎo)教師姓名：指導(dǎo)教師職稱：副教授2010年6月基于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班指導(dǎo)教師：宋雪樺學(xué)生姓名：邱廷君職稱：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)

2、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)、

3、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；RFIDS位算法DesignofIntelligentWarehouseManagementSystemBasedonRFIDAbstractTheRFIDtechnologyhasabroadapplicationinmanyfieldssuchasmartialmonitor,environmentalscienceandsoon.Itcanbeconsideredasaninnovationininfor

4、mationsenseandcollection,andoneofthemostimportanttechnologiesin21stcentury.TheRFIDtechnologyhavebeenusedforexperimentalstudyandallofthemhavegoodperformanceabroad.Hence,tocarryonstudyingaboutcorrelativetopicsinourcountrywillhavegoodappliedpossibilitiesandvalue,whichreflectsthestudyingleadinthefieldof

5、communicationresearch.Recentyears,asthelogisticsindustryhasbeendevelopingrapidly,thestoragesystembeingthekeylinkofthelogisticsindustryalsoexpeditethepaceofdevelopment.Withtherapidprogressoftechnologyandautomationtechnology,thesystemhasmadeadevelopdirectionofautomationandintellectualized.RFID(RadioFr

6、equencyIdentification)technologiesasanewgenerationoftheautomaticrecognitiontechnology,ithasadistinctadvantage,andreceivedwidespreadconcernonapplicationsofthewarehousingmanagement.ThedetailedanalysisRFIDtechnology,onthebasisofanalysiswarehousemanagementprocesses,maketheoveralldesignandfunctionsofthew

7、arehousingmanagementsystem.AndittreatstheRFIDpositioningcomputation,solvethebottleneckoftheRFIDsystemonquicklyreadingtomaketheReal-timedatacollectionspeedfastersothatthegoodspurchase,storageanddistributioncouldbemoreconvenient.Thisarticletoitsflowtakeslogisticswarehouseasaexamplemakethedesigntheover

8、allframework,systemsandworkingprocessesofRFIDsystem,hasagreatsignificanceonthemassoftheidentificationandmanagement.KeywordsRFID(RadioFrequencyIdentification);wms(warehousemanagementsystem);logistics；RFIDpositioningcomputation第一章緒論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

9、RFID技術(shù)概述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)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

10、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RFID系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)編碼與防沖突技術(shù)184.1 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 RFID傳輸數(shù)據(jù)校驗(yàn)214.2 防沖突技術(shù)214.2.1 RFID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(shù)形搜索法224.2.4 算法的復(fù)雜度分析25第五章基于RFID技術(shù)的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)275.1 倉(cāng)儲(chǔ)管理現(xiàn)狀275.2 倉(cāng)儲(chǔ)管理的發(fā)展方向275.3 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

11、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)工作展望33參考文獻(xiàn)35致謝36第一章緒論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

12、工錄入，這樣，不僅數(shù)據(jù)量十分龐大，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,LogisticsManagementInformationSystem)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

13、動(dòng)識(shí)別技術(shù)(autoidentification)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)

14、的重要方法和手段，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)通過(guò)中間件或者接口(包括

15、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)(AutoIdentificationSystem,簡(jiǎn)稱AIDS),應(yīng)用程序接口(ApplicationInterface,簡(jiǎn)稱API)或者中間件(Middleware)和應(yīng)用系統(tǒng)軟件(ApplicationSoftware)。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)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

16、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)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

17、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(chē)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(chē)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(chē)輛出入控制。如：停車(chē)場(chǎng)、垃圾場(chǎng)、水泥場(chǎng)車(chē)輛出入、稱重管理等。(5)校園卡、飯卡、乘車(chē)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)、

18、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(chē)遙控門(mén)鎖、電子門(mén)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(chē)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)劃推廣的應(yīng)用項(xiàng)目還有電子身份證、電子車(chē)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。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、

19、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、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(xiě)性能更加完善。3）適合高速

20、移動(dòng)物品識(shí)別。4）快速多標(biāo)簽讀/寫(xiě)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,RS422/485,USB,紅外，以太網(wǎng)口）。4）多制式兼容（兼容讀寫(xiě)多種標(biāo)簽類型）。5）小型化、便攜式、嵌入式、模塊化。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。2）標(biāo)準(zhǔn)化為

21、更多企業(yè)所接受。3）系統(tǒng)、模塊可替換性更好、更為普及第二章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)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

22、，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）o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，

23、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（active）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。

24、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)上一般均采用無(wú)源標(biāo)簽，作用距離在1030cm左右，個(gè)別有到1.

25、5m的系統(tǒng)。在高頻UHF®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)

26、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(kāi)始了一些應(yīng)用嘗試。1970-1980年：射頻識(shí)別技術(shù)與產(chǎn)品研發(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(kāi)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)

27、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(xiě)、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)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DavidBrock博士和SanjaySarma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-IDCenter非盈利性的開(kāi)發(fā)組織。Auto-IDCenter誕生后，迅速提出了產(chǎn)品電子代

28、碼EPC（ElectronicProductCode）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)，EPCf物聯(lián)網(wǎng)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)

29、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)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(xiě)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(xiě)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(xiě)器方面，多功能讀寫(xiě)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

30、能將被更多的應(yīng)用。同時(shí)，多種數(shù)據(jù)接口包括RS232RS42"485,USB紅外，以太網(wǎng)口也將得到應(yīng)用。而讀寫(xiě)器將實(shí)現(xiàn)多制式多頻段兼容，能夠兼容讀寫(xiě)多種標(biāo)簽類型和多個(gè)頻段標(biāo)簽。讀寫(xiě)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)

31、、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，可以將RFID系統(tǒng)分為：有源、無(wú)源和平有源系統(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、超圖頻和微波。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

32、以分為可讀寫(xiě)卡（RW）,一次寫(xiě)入多次讀出卡（WORM）只讀卡（RO）,只讀卡標(biāo)簽內(nèi)一般只有只讀存儲(chǔ)器（ROMW隨即存儲(chǔ)器（RAM和緩沖存儲(chǔ)器，而可讀寫(xiě)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(xiě)入數(shù)據(jù)的功能。2.2.5 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,ReaderTalkFirst）還是標(biāo)簽首先自報(bào)家門(mén)（TTF,TagTalkFirst）的方式。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)源標(biāo)簽一股是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

33、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)

34、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(xiě)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(xiě)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(xiě)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)

35、器有無(wú)源和有源兩種方式。2.4.1 無(wú)源RFID技術(shù)一、低頻（從125KHz至U134KHz）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(xiě)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(xiě)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至ij134KHz,TI的工作頻率為134.2KHz。該頻段的波長(zhǎng)大約為2500m2 .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離。3 .工作在低頻的讀寫(xiě)器在全

36、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05 .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(xiě)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(chē)防盜和無(wú)鑰匙開(kāi)門(mén)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(chē)場(chǎng)收費(fèi)和車(chē)輛管理系統(tǒng)5 .自動(dòng)加油系統(tǒng)的應(yīng)用6 .酒店門(mén)鎖系統(tǒng)的應(yīng)用7 .門(mén)禁和安全管理系統(tǒng)符合的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：a) ISO11784RFID畜牧業(yè)的應(yīng)用編碼結(jié)構(gòu)b) ISO11785RFID畜牧業(yè)的應(yīng)用一技術(shù)理論

37、c) ISO14223-1RFID畜牧業(yè)的應(yīng)用空氣接口d) ISO14223-2RFID畜牧業(yè)的應(yīng)用協(xié)議定義e) ISO18000-2定義低頻的物理層、防沖撞和通訊協(xié)議f) DIN30745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(kāi)促使讀寫(xiě)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)載電壓的接通和斷開(kāi)，那么這些數(shù)據(jù)就能夠從感應(yīng)器傳輸?shù)阶x寫(xiě)器。特性：1 .工作頻率為13.5

38、6MHz,該頻率的波長(zhǎng)大概為22ml2 .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(kāi)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。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(xiě)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(xiě)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(shū)管理系統(tǒng)的應(yīng)用2 .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(mén)鎖的管理和應(yīng)用6 .大型會(huì)議人員通道系統(tǒng)7 .

39、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/IEC14443近耦合IC卡，最大的讀取距離為10cnrb) ISO/IEC15693疏耦合IC卡，最大的讀取距離為1nrc) ISO/IEC18000-3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) 13.56MHzISMBandClass1定義13.56MHz符合EPC的接口定義。三、超高頻(工作頻率為860MHzgU960MHz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

40、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905MHB問(wèn)，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2WEIRR3 .超高頻頻段的電波不能通過(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(kāi)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

41、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。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/IEC18000-6定義了超高頻的物理層和通訊協(xié)議；空氣接口定義了TypeA和TypeB兩部分；支持可讀和可寫(xiě)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：Class0,Class1,UHFGen2。c) UbiquitousID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)，

42、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)，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?？傊漕l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。第三章RFID系統(tǒng)組成及工作原理3.1 RFID系

43、統(tǒng)組成3.1.1 閱讀器讀寫(xiě)器也稱閱讀器、詢問(wèn)器(reader,interrogator),是對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀/寫(xiě)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(xiě)器是RFID系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)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(xiě)器的射頻模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)讀寫(xiě)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(xiě)操作；另一方面，上層中間件及應(yīng)用軟件與讀寫(xiě)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(xiě)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(xiě)器事件后再上傳，

44、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(xiě)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(xiě)器呈現(xiàn)出智能化、小型化和集成化趨勢(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(xiě)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(xiě)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，

45、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(xiě)器天線，既可以內(nèi)置于讀寫(xiě)器中，也可以通過(guò)同軸電纜與讀寫(xiě)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)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(mén)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

46、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(xiě)器之間的通訊。RFID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(xiě)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(xiě)操作，微控制器還可以進(jìn)一步加入諸如密碼或防

47、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EEPRO怵儲(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(xiě)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(xiě)器的讀寫(xiě)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

48、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)用系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件(applicationsoftware)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(xiě)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(mén)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

49、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(PassiveTag,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)(ActiveTag,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

50、電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來(lái)看大致上可以分成，感應(yīng)偶合(InductiveCoupling)及后向散射偶合(BackscatterCoupling)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(xiě)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?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)的信息載

51、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。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(xiě)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(xiě)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(xiě)器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸方向，是讀寫(xiě)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

52、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”。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

53、（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（NRZNonReturnZero）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所示圖4.2NRZ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(mén)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)樵贜RZ不含位同步信號(hào)頻率成分；(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(Spl

54、it-PhaseCoding)。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。101100101001011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(xiě)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)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(xiě)器利用該錯(cuò)誤就可以判定碰撞發(fā)

55、生的具體位置。(3)單極性歸零(UnipolarRZ)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)。10010100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。止匕外，在每個(gè)位周期開(kāi)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。101100101001011圖4.5差動(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)

56、下一個(gè)位周期中不變的電平表示二進(jìn)制“0”。位周期開(kāi)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。i_n_rrr101100101001011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XOR1的D觸發(fā)器就能很容易地從NRZB號(hào)中產(chǎn)生差動(dòng)編碼，具體電路如圖4.8所示。101100101001011圖4.7差動(dòng)編碼圖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)在REID系統(tǒng)中，由于使用的電子標(biāo)簽常常是無(wú)源的，市無(wú)源標(biāo)簽需要在讀寫(xiě)器的通信過(guò)程中獲得自身的

57、能量供應(yīng)。為了保證系統(tǒng)的正常工作，信道編碼方式首先必須保證不能中斷讀寫(xiě)器對(duì)電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)。另外，作為保障系統(tǒng)可靠工作的需要，還必須在編碼中提供數(shù)據(jù)一級(jí)的校驗(yàn)保護(hù)，編碼方式應(yīng)該提供這些功能，并可以根據(jù)碼型的變化來(lái)判斷是否發(fā)生誤碼或有電子標(biāo)簽沖突發(fā)生。在RFID系統(tǒng)中，當(dāng)電子標(biāo)簽是無(wú)源標(biāo)簽時(shí)，經(jīng)常要求基帶編碼在每?jī)蓚€(gè)相鄰數(shù)據(jù)位元間具有跳變的特點(diǎn)，這種相鄰數(shù)據(jù)間有跳變的碼，不僅可以保證在連續(xù)出現(xiàn)“0”的時(shí)候?qū)﹄娮訕?biāo)簽的能量供應(yīng)，而且便于電子標(biāo)簽從接收到的碼中提取時(shí)鐘信息患。在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸中，由于信道中干擾的存在，數(shù)據(jù)必然會(huì)在傳輸過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，這時(shí)要求信道編碼能夠提供一定程度檢測(cè)錯(cuò)誤的能力。這些都是選擇編碼方法的考慮因素。4.2 防沖突技術(shù)4.2.1 RFID系統(tǒng)的沖撞問(wèn)題在很多應(yīng)用場(chǎng)合，閱讀器要在很短時(shí)間內(nèi)盡快識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽。由于閱讀器和標(biāo)簽通信共享無(wú)線信道，閱讀器和標(biāo)簽的信號(hào)可能發(fā)生沖突，使閱讀器不能正確識(shí)別標(biāo)簽，即發(fā)生了碰撞(Collision)。因此，需要一種防沖