RFID原理及應(yīng)用：第2講 RFID的系統(tǒng)構(gòu)成

1、第2講 RFID的系統(tǒng)構(gòu)成AntennaReaders & Printers etcMiddleware“Edge Server”Business ApplicationsTags, Bar Codes etc標(biāo)簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象；天線(Antenna)：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。閱讀器(Reader)：讀取(有時(shí)還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元、振蕩電路以及閱讀器天線幾部分。 一、RFID的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)3RFID系統(tǒng)工作原理 認(rèn)識(shí)RFID（第1章

2、）RFID的系統(tǒng)構(gòu)成（第2、4、6章）能量的傳遞（第7、8章）RFID的編碼和調(diào)制（第9章）RFID數(shù)據(jù)的完整性（差錯(cuò)控制、防碰撞）（第10章）RFID的安全性（第10章）電子標(biāo)簽和讀寫器的體系結(jié)構(gòu)（第11、12章） RFID中間件（第13章） RFID的標(biāo)準(zhǔn)體系（第3、14章） 注：ISO14443協(xié)議在第5講和第9講中涉及課 程 內(nèi) 容智能家居遭遇黑客，讓你欲哭無淚/2013_08/ce99999ed7173f7d.html在剛剛結(jié)束的2013年“黑帽大會(huì)”上，他們跟幾個(gè)黑客一起，用行動(dòng)證實(shí)了這一點(diǎn)。在這場(chǎng)世界著名的黑客大會(huì)上，人們發(fā)現(xiàn)通過電腦，可以打開陌生人家的車庫門，也能關(guān)掉千里之外浴

3、室的熱水器，或者侵入智能電視機(jī)，讓看似關(guān)閉的電視錄下屏幕前發(fā)生的一切。過不了一會(huì)兒，慵懶的人在家里穿著睡衣亂走的畫面，就會(huì)實(shí)時(shí)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上，出現(xiàn)在另一個(gè)人的電腦里。RFID產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)簽芯片設(shè)計(jì)與制造讀寫模塊設(shè)計(jì)與制造天線設(shè)計(jì)與制造標(biāo)簽封裝技術(shù)與設(shè)備讀寫器天線設(shè)計(jì)與制造讀寫器設(shè)計(jì)與制造終端用戶軟件中間件系統(tǒng)集成標(biāo)簽打印和貼標(biāo)RFID測(cè)試培訓(xùn)與服務(wù)應(yīng)用示范遠(yuǎn)望谷(002161)公司是我國最早從事超高頻射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)研究和開發(fā)的高科技公司之一。公司已在鐵路RFID市場(chǎng)取得壟斷地位、在煙草行業(yè)RFID市場(chǎng)和軍事應(yīng)用RFID市場(chǎng)取得了市場(chǎng)先入優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具備了RFID技術(shù)在行業(yè)間成功復(fù)制實(shí)施的能

4、力。2013年7月19日公告，公司擬與深圳市糧食集團(tuán)有限公司(深糧集團(tuán))共同出資1000萬元，投資設(shè)立深圳市遠(yuǎn)糧信息技術(shù)有限公司，從事RFID技術(shù)在糧食行業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品安全溯源及大數(shù)據(jù)交易平臺(tái)的建設(shè)等行業(yè)開發(fā)及應(yīng)用。其中，公司以自有資金出資490萬元，持有49%股權(quán)。中瑞思創(chuàng)(300078)公司是世界領(lǐng)先的EAS標(biāo)簽企業(yè)，上市后積極布局RFID新業(yè)務(wù)。公司與中科院物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)園合作開展RFID 技術(shù)的研究，已經(jīng)完全掌握和成功完善了RFID天線及電子標(biāo)簽產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，并已經(jīng)擁有了一支完善的研發(fā)和工程團(tuán)隊(duì)進(jìn)行RFID 應(yīng)用系統(tǒng)解決方案的開發(fā)和實(shí)施。公司RFID產(chǎn)能儲(chǔ)備提前完成計(jì)劃，并實(shí)施擴(kuò)產(chǎn)，到201

5、3年底將實(shí)現(xiàn)月產(chǎn)4000萬張RFID標(biāo)簽產(chǎn)能，2014年預(yù)計(jì)能實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)能6億張。上海貝嶺(600171)公司從2003年開始涉足RFID芯片研發(fā)和制造，控股的上海阿法迪智能標(biāo)簽系統(tǒng)技術(shù)有限公司是國內(nèi)頂尖的專業(yè)RFID應(yīng)用集成開發(fā)公司。阿法迪曾向位于上海臨港地區(qū)的金山石化物流有限公司提供了RFID技術(shù)解決方案，在與金山石化物流倉庫管理系統(tǒng)(WMS)無縫連接的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)貨物在物流中心的入出盤移信息采集的自動(dòng)化。阿法迪同時(shí)還是目前國內(nèi)唯一一家具有RFID圖書館全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的公司，公司的RFID智能圖書館系統(tǒng)目前已占據(jù)了全國40%以上的市場(chǎng)。華虹計(jì)通(300330)公司承建了規(guī)模宏大的2010世

6、博RFID門票系統(tǒng)，體現(xiàn)出在系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成、終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)、項(xiàng)目管理和工程實(shí)(財(cái)苑)施等方面的綜合實(shí)力。目前公司已為中國印鈔造幣總公司、上海煙草集團(tuán)等國內(nèi)大型企業(yè)完成了基于射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)的生產(chǎn)、倉儲(chǔ)及物流等管理系統(tǒng)的試點(diǎn)工程，公司承建大型項(xiàng)目的豐富經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)，可為自貿(mào)區(qū)RFID物流管理提供高效的信息共享服務(wù)，進(jìn)而降低整個(gè)物流環(huán)節(jié)成本并有效地防止走私。 廈門信達(dá)(000701)自動(dòng)識(shí)別芯片生產(chǎn)商。廈門信達(dá)專注于射頻識(shí)別(RFID)電子標(biāo)簽產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和推廣，擁有多項(xiàng)完全自主的射頻識(shí)別知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利，涵蓋電子標(biāo)簽、RFID讀寫設(shè)備、RFID天線以及RFID應(yīng)用系統(tǒng)等。公司聚集

7、了具有豐富經(jīng)驗(yàn)的各類人才，擁有多項(xiàng)完全自主的射頻識(shí)別知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利。公司可年產(chǎn)各式高頻、超高頻電子標(biāo)簽上億片，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于圖書館管理、危險(xiǎn)品管理、防偽識(shí)別、工業(yè)制造、交通運(yùn)輸管理、供應(yīng)鏈物流倉儲(chǔ)管理等領(lǐng)域，其中包括圖書標(biāo)簽、金屬標(biāo)簽、電子票證及航空行李標(biāo)簽等。同時(shí)，公司還可針對(duì)不同客戶的需求設(shè)計(jì)電子標(biāo)簽產(chǎn)品，并根據(jù)不同行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)制訂相應(yīng)生產(chǎn)工藝及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。目前公司生產(chǎn)的電子標(biāo)簽產(chǎn)品，已經(jīng)成功應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域。特別是高頻ISO15693標(biāo)簽，支持目前所有芯片廠家的芯片產(chǎn)品，還能根據(jù)客戶需求進(jìn)行訂制產(chǎn)品，市場(chǎng)占有率高達(dá)70%。RFID主要頻段和特性二、RFID系統(tǒng)的分類參考P76 第4章 RFID

8、使用的頻率及電磁波的工作特點(diǎn)按標(biāo)簽獲取電能的方式不同，可分為： 有源射頻標(biāo)簽(主動(dòng)式標(biāo)簽)、無源射頻標(biāo)簽(被動(dòng)式標(biāo)簽)和半主動(dòng)式 。有源射頻標(biāo)簽內(nèi)部自帶電池進(jìn)行供電，電能充足、工作可靠性高、信號(hào)傳送的距離遠(yuǎn)。無源射頻標(biāo)簽內(nèi)部不帶電池，要靠外界提供能量。無源射頻標(biāo)簽具有永久的使用期，支持長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)傳輸和永久性的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x要比有源射頻標(biāo)簽小半主動(dòng)式射頻標(biāo)簽本身有電池,電池只對(duì)自身的數(shù)字電路供電,數(shù)據(jù)發(fā)送通過閱讀器的能量場(chǎng)激活后,通過反射方式發(fā)送。感應(yīng)的距離較遠(yuǎn)RFID系統(tǒng)的分類按內(nèi)部使用存儲(chǔ)器類型的不同，可分為： 只讀標(biāo)簽 和 可讀可寫標(biāo)簽。只讀標(biāo)簽內(nèi)部只有只讀存儲(chǔ)器(Rea

9、d Only：Memory，ROM)和隨機(jī)存儲(chǔ)器(Random Access Memory，RAM)?？勺x可寫標(biāo)簽內(nèi)部的存儲(chǔ)器除了ROM、RAM和緩沖存儲(chǔ)器之外，還有非活動(dòng)可編程記憶存儲(chǔ)器。RFID系統(tǒng)的分類按標(biāo)簽中存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力的不同，可分為： 標(biāo)識(shí)標(biāo)簽與便攜式數(shù)據(jù)文件。標(biāo)識(shí)標(biāo)簽中存儲(chǔ)的只是標(biāo)識(shí)號(hào)碼，用于對(duì)特定的標(biāo)識(shí)項(xiàng)目，如人、物、地點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，關(guān)于被標(biāo)識(shí)項(xiàng)目的詳細(xì)的特定信息，只能在與系統(tǒng)相連接的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行查找。便攜式數(shù)據(jù)文件是指標(biāo)簽中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)非常大，可以看作是一個(gè)數(shù)據(jù)文件。這種標(biāo)簽一般都是用戶可編程的，如包裝說明、工藝過程說明等。電子標(biāo)簽的分類AntennaReaders & Pr

10、inters etcMiddleware“Edge Server”Business ApplicationsTags, Bar Codes etcRFID的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)參考第2章、第4章、第6章三、電子標(biāo)簽 RFID電子標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)中必備的一部分，相當(dāng)于條碼技術(shù)中的條碼符號(hào)，用來存儲(chǔ)需要識(shí)別傳輸?shù)男畔?。RFID電子標(biāo)簽是一種微型的無線收發(fā)裝置，標(biāo)簽中存儲(chǔ)著被識(shí)別物體的相關(guān)信息，通常被安置在被識(shí)別的物體表面上。 當(dāng)RFID電子標(biāo)簽被RFID讀寫器識(shí)別到或者電子標(biāo)簽主動(dòng)向讀寫器發(fā)送消息時(shí)，標(biāo)簽內(nèi)的物體信息將被讀取或改寫。由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信RFID

11、標(biāo)簽類型與成本的關(guān)系 各種電子標(biāo)簽電子標(biāo)簽構(gòu)造示例 圖中黑色區(qū)域就是該應(yīng)答器的CPU、存儲(chǔ)器、編解碼功能單元，外圍印制銅模線即為應(yīng)答器的天線單元。電子標(biāo)簽（應(yīng)答器）電路的基本結(jié)構(gòu) 可存儲(chǔ)幾個(gè)字節(jié)到幾十k字節(jié)電子標(biāo)簽的技術(shù)參數(shù)標(biāo)簽激活的能量要求標(biāo)簽信息的讀寫速度：可達(dá)毫秒級(jí)標(biāo)簽信息的傳輸速率標(biāo)簽信息的容量標(biāo)簽的封裝尺寸標(biāo)簽的讀寫距離標(biāo)簽的可靠性標(biāo)簽的工作頻率標(biāo)簽的價(jià)格我的速度很快哦！但是我不便宜，有點(diǎn)貴四、讀寫器與應(yīng)答器的通信功能：讀寫器的基本功能與應(yīng)用系統(tǒng)之間的通信功能：讓應(yīng)用系統(tǒng)能夠?qū)ψx寫器進(jìn)行控制并處理應(yīng)答器的數(shù)據(jù)信息在讀寫區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多應(yīng)答器識(shí)別，完成防沖突功能校驗(yàn)讀寫過程中的錯(cuò)誤讀寫器的功

12、能手持式讀卡器讀寫器的技術(shù)參數(shù)：工作頻率：與電子標(biāo)簽的工作頻率保持一致，可支持多協(xié)議輸出功率：滿足應(yīng)用的需要，符合國家和地區(qū)對(duì)無線發(fā)射功率的許可輸出接口：接口形式多樣，根據(jù)需要具有RS232、RS485、USB、Wifi、GSM等多種接口讀寫器形式：固定式、手持式、工業(yè)讀寫器等工作方式：全雙工、半雙工和時(shí)序讀寫器優(yōu)先與電子標(biāo)簽優(yōu)先五、天線天線用于在RFID標(biāo)簽與識(shí)讀器之間建立數(shù)據(jù)通信的通道，天線的設(shè)計(jì)和位置對(duì)天系統(tǒng)的覆蓋范圍、識(shí)讀距離和操作通信的準(zhǔn)確信性起重要的作用。標(biāo)簽天線 識(shí)讀器天線電子標(biāo)簽和讀寫器通過各自的天線構(gòu)建起兩者之間的非接觸信息傳輸通道。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標(biāo)簽天線和讀

13、寫器天線兩大類，分別承擔(dān)接收能量和發(fā)射能量的作用。 無論是射頻標(biāo)簽還是讀寫器的正常工作，都離不開天線或耦合線圈：一方面，無源射頻標(biāo)簽芯片要啟動(dòng)電路工作，需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)中獲得足夠的能量；另一方面，天線決定了射頻標(biāo)簽與讀寫器之間的通信信道和通信方式，它在射頻標(biāo)簽與讀寫器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信過程中起到了關(guān)鍵的作用。RFID天線分類：（1）按工作頻段分類。RFID天線可分為短波天線、超短波天線、微波天線等。（2）按方向性分類。RFID天線可分為全向天線、定向天線等。（3）按外形分類。RFID天線可分為線狀天線、面狀天線等。（4）根據(jù)天線的設(shè)計(jì)工藝分類。根據(jù)RFID天線的設(shè)計(jì)工藝分類，主要

14、有線圈型、微帶貼片型、偶極子型三種基本形式的天線。其中，小于1m的近距離線圈型天線，它們主要工作在中低頻段；而1m以上遠(yuǎn)距離的應(yīng)用系統(tǒng)需要采用微帶貼片型或偶極子型的RFID天線，它們工作在高頻及微波頻段。這幾種類型天線的工作原理是不相同的。電子標(biāo)簽天線 在電子標(biāo)簽中，天線面積占主導(dǎo)地位，即標(biāo)簽面積主要取決于其天線面積。然而天線的物理尺寸受到其工作頻率電磁波波長(zhǎng)的限制。設(shè)計(jì)要求：足夠小，能夠貼到需要的物品上有全向或半球覆蓋的方向性有提供最大可能的信號(hào)給標(biāo)簽的芯片無論物品在什么方向上，天線的極化都能與閱讀器的詢問信號(hào)相匹配非常便宜RFID標(biāo)簽天線讀距問題超高頻電子標(biāo)簽讀取距離計(jì)算公式Pth為芯片最

15、小發(fā)射功率Pt為閱讀器發(fā)射功率Gt為閱讀器天線增益Gr為標(biāo)簽天線增益天線增益是指在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。 閱讀器天線設(shè)計(jì)要求：天線線圈的電流最大，用于產(chǎn)生最大的磁通量功率匹配，以最大限度地利用磁通量的可用能量足夠的帶寬，保證載波信號(hào)的傳輸，這些信號(hào)是用數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制而成的。電感耦合型系統(tǒng)一般用線圈天線電磁散射型系統(tǒng)一般采用平板天線RFID天線結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素對(duì)天線性能有很大影響。天線的結(jié)構(gòu)決定了天線方向圖、阻抗特性、駐波比、天線增益、極化方向和工作頻段等特性。天線特性也受所帖附物體形狀及物理特性的影響。例如，磁場(chǎng)不能穿透金屬等導(dǎo)磁材

16、料，金屬物附近磁力線形狀會(huì)發(fā)生改變，讀寫器天線發(fā)出的能量被金屬吸收，讀寫距離就會(huì)大大減小。另外，液體對(duì)電磁信號(hào)有吸收作用，彈性基層會(huì)造成標(biāo)簽及天線變形，寬頻帶信號(hào)源（如發(fā)動(dòng)機(jī)、水泵、發(fā)電機(jī)）會(huì)產(chǎn)生電磁干擾等。 沒反射板的E面方向圖 有反射板的E面方向圖注：金屬板可以充當(dāng)反射板，提高天線的增益，但同時(shí)犧牲掉了全向性，成了定向天線。對(duì)于近距離RFID應(yīng)用，天線一般和讀寫器集成在一起，對(duì)于遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)，讀寫器天線天線和讀寫器一般采取分離式結(jié)構(gòu)，通過阻抗匹配的同軸電纜連接。一般來說，方向性天線由于具有較少回波損耗，比較適合標(biāo)簽應(yīng)用；由于標(biāo)簽放置方向不可控，讀寫器天線一般采用圓極化方式。對(duì)于分離式

17、讀寫器，還將涉及到天線陣的設(shè)計(jì)問題。國外已經(jīng)開始研究在讀寫器應(yīng)用智能波束掃描天線陣，讀寫器可以按照一定的處理順序，“智能”的打開和關(guān)閉不同的天線，使系統(tǒng)能夠感知不同天線覆蓋區(qū)域的標(biāo)簽，增大系統(tǒng)覆蓋范圍。 六、RFID中間件RFID 中間件（Middleware）技術(shù)將企業(yè)級(jí)中間件技術(shù)延伸到RFID 領(lǐng)域，是RFID 產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵共性技術(shù)。它是RFID 讀寫器和應(yīng)用系統(tǒng)之間的中介。RFID 中間件屏蔽了RFID 設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，能夠?yàn)楹笈_(tái)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供強(qiáng)大的支撐，從而驅(qū)動(dòng)更廣泛、更豐富的RFID 應(yīng)用。七、各種應(yīng)用軟件1、目前射頻識(shí)別技術(shù)主要應(yīng)用在一些（ ）系統(tǒng)中。A. 開放 B. 閉環(huán)應(yīng)用

18、 C. 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) D. 高速移動(dòng)2、下列自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中，抗干擾能力最強(qiáng)的是（ ）A. 條形碼 B. 磁卡 C. 射頻識(shí)別 D. IC卡3、下列自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中，使用壽命最長(zhǎng)的是（ ）A.條形碼 B.磁卡 C.射頻識(shí)別 D.IC卡4、下列自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中，具有防沖突功能，能夠一次識(shí)別多個(gè)物品的是（ ）A.條形碼 B.磁卡 C.射頻識(shí)別 D.IC卡4、下列不屬于射頻識(shí)別系統(tǒng)組成的是（ ）A. 射頻標(biāo)簽 B. 射頻閱讀器 C. 天線 D. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)5、根據(jù)射頻標(biāo)簽工作方式分為（ ）、被動(dòng)式和半被動(dòng)式三種類型A.主動(dòng)式 B. 只讀式 C. 一次性編程只讀式 D. 可重復(fù)編程只讀式6、電子標(biāo)簽正常工作所需要的能量全部是由閱讀器供給的，這一類電子標(biāo)簽稱為。A、有源標(biāo)簽 B、無源標(biāo)簽 C、半有源標(biāo)簽 D、半無源標(biāo)簽7、下列射頻識(shí)別系統(tǒng)類型中，常用于不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）的是（ ）系統(tǒng)。A高頻 B. 低頻 C. 中頻 D. 微波8、下列不屬于射頻識(shí)別系統(tǒng)中閱讀器的功能是（ ）。A.以射頻方式向應(yīng)答器傳輸能量 B.從應(yīng)答器中讀出數(shù)據(jù)或向應(yīng)答器寫入數(shù)據(jù) C.屏蔽應(yīng)用軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)格式之間的異構(gòu)性9、識(shí)讀距離最遠(yuǎn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是（ ）A.條碼識(shí)別 B.射頻識(shí)別 C.光字符識(shí)別 D.卡識(shí)別10、下列哪一項(xiàng)是