物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)與應(yīng)用 - 第8章課件

1、物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用 2013年物聯(lián)網(wǎng)系列教材榮獲陜西省高等教育教學(xué)成果二等獎(jiǎng) 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用第8章 讀寫器的體系結(jié)構(gòu)點(diǎn)擊此處結(jié)束放映 讀寫器的組成與設(shè)計(jì)要求8.1低頻讀寫器8.2高頻讀寫器8.3微波讀寫器8.4物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映讀寫器的組成與設(shè)計(jì)要求8.1物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用8.1.1 讀寫器的組成 1. 讀寫器的軟件讀寫器的所有行為均由軟件來控制完成。軟件向讀寫器發(fā)出讀寫命令，作為響

2、應(yīng)，讀寫器與電子標(biāo)簽之間就會(huì)建立起特定的通信。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2. 讀寫器的硬件讀寫器的硬件一般由天線、射頻模塊、控制模塊和接口組成。圖8.1 讀寫器的結(jié)構(gòu)框圖 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用8.1.2 讀寫器的設(shè)計(jì)要求讀寫器在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮許多因素，包括基本功能、應(yīng)用環(huán)境、電器性能和電路設(shè)計(jì)等。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用1 讀寫器的基本功能和應(yīng)用環(huán)境 （1）讀寫器是便攜式還是固定式。（2）支持一種還是多種類型電子標(biāo)簽的讀寫。 （3）讀寫器的讀取距離和寫入距離。（4）讀寫器周邊的電磁環(huán)境、溫度、濕度和安全等環(huán)境

3、。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用 2讀寫器的電氣性能（1）空中接口的方式。（2）防碰撞算法的實(shí)現(xiàn)方法。（3）加密的需求。（4）供電方式與節(jié)約能耗的措施。（5）電磁兼容（EMC）性能。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映低頻讀寫器8.2物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用低頻讀寫器主要工作在125KHz，可以用于門禁考勤、汽車防盜和動(dòng)物識(shí)別等方面。下面以U2270B芯片為例，介紹低頻讀寫器的構(gòu)成和主要應(yīng)用。 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2. U2270B芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)U2270B芯片的內(nèi)部由振蕩器（Oscillator

4、）、天線驅(qū)動(dòng)器（Driver）、電源供給電路（Power Supply）、頻率調(diào)節(jié)電路（Frequency Adjustment）、低通濾波電路（Low-Pass Filter）、放大電路（Amplifier）和施密特觸發(fā)器（Schmitt Trigger）等部分組成。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用8.2.2 基于U2270B芯片的讀寫器由U2270B構(gòu)成的讀寫器模塊，關(guān)鍵部分是天線、射頻讀寫基站芯片U2270B和微處理器?；拘酒琔2270B通過天線以125KHz的調(diào)制射頻信號(hào)為RFID電子標(biāo)簽提供能量(電源)，同時(shí)接收來自RFID電子標(biāo)簽的信息，并以曼徹斯特編碼輸出。

5、微處理器可以采用多種型號(hào)，如單片機(jī)AT89C2051、單片機(jī)AT89S51等。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用8.2.3 低頻讀寫器實(shí)例-汽車防盜系統(tǒng)射頻識(shí)別以非接觸、無視覺、高可靠的方式傳遞特定的識(shí)別信息，適合用于汽車防盜裝置，能夠有效地達(dá)到汽車防盜的目的。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用1. 工作原理汽車防盜裝置的基本原理是將汽車啟動(dòng)的機(jī)械鑰匙與電子標(biāo)簽相結(jié)合，即將小型電子標(biāo)簽直接裝入到鑰匙把手內(nèi)，當(dāng)一個(gè)具有正確識(shí)別碼的鑰匙插入點(diǎn)火開關(guān)后，汽車才能用正確的方式進(jìn)行啟動(dòng)。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別

6、（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2. 系統(tǒng)組成圖8.7 汽車防盜系統(tǒng)的基本組成點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用4.軟件設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括讀卡軟件設(shè)計(jì)、寫卡軟件設(shè)計(jì)、語音報(bào)警程序設(shè)計(jì)和串行通信程序設(shè)計(jì)等。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映高頻讀寫器8.3物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用8.3.1 MF RC500芯片MF RC500芯片主要應(yīng)用于13.56MHz，是非接觸、高集成的IC讀卡芯片。該IC讀卡芯片具有調(diào)制和解調(diào)功能，并集成了在13.56MHz下所有類型的被動(dòng)非接觸式通信方式和協(xié)議。MF RC500支持快速CRYPTOI加密算法，用于驗(yàn)

7、證MIFARE系列產(chǎn)品。MF RC500的并行接口可直接連接到任何8位微處理器，給讀卡器的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用MFRC500芯片如圖8.9所示。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用MFRC500芯片的主要引腳如圖8.10所示。 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用8.3.2 基于MF RC500芯片的讀寫器 MFRC500芯片支持ISO/IEC 14443A所有的層。 MFRC500內(nèi)部包括微控制器接口單元、模擬信號(hào)處理單元、ISO14443A規(guī)定的協(xié)議處理單元以及MIFARE卡的Crypto1安全密鑰存儲(chǔ)

8、單元。 MFRC500的并行微控制器接口自動(dòng)檢測(cè)連接的8位并行接口的類型。 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用圖8.12 由MFRC500構(gòu)成的讀寫器點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用8.3.3 高頻讀寫器實(shí)例 根據(jù)MFRC500的特性，可以設(shè)計(jì)基于MFRC500芯片和P89C58BP單片機(jī)的RFID讀寫器。 MF RC500還可以設(shè)計(jì)基于MF RC500芯片和P89C58BP單片機(jī)的RFID讀寫器系統(tǒng)。 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用圖8.13 基于P89C58BP和MF RC500的讀寫器系統(tǒng)點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID

9、）技術(shù)與應(yīng)用1. 發(fā)卡器和讀卡器發(fā)卡器實(shí)際上是一種通用寫卡器，發(fā)卡器由系統(tǒng)管理員管理，通過PC機(jī)設(shè)置或選擇好要寫入的數(shù)據(jù)，發(fā)出寫卡命令，完成對(duì)MIFARE卡的數(shù)據(jù)及密碼寫入。讀卡器往往可以脫離PC機(jī)工作，只要有非接觸式IC卡進(jìn)入讀卡器天線的能量范圍，讀卡器便可讀寫卡中相關(guān)指定扇區(qū)的數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2. 讀卡器硬件系統(tǒng)發(fā)卡器與讀卡器在硬件設(shè)計(jì)上大同小異，都是由單片機(jī)控制讀寫芯片(MF RC500)，再加上外圍器件組成。圖8.14 讀卡器硬件系統(tǒng)點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映微波讀寫器8.4物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技

10、術(shù)與應(yīng)用微波RFID系統(tǒng)是目前射頻識(shí)別系統(tǒng)研發(fā)的核心，是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。微波RFID常見的工作頻率是433MHz、860/960MHz、2.45GHz和5.8GHz等，該系統(tǒng)可以同時(shí)對(duì)多個(gè)電子標(biāo)簽進(jìn)行操作，主要應(yīng)用于需要較長(zhǎng)的讀寫距離和高讀寫速度的場(chǎng)合。微波讀寫器的射頻電路與低頻和高頻讀寫器有本質(zhì)上的差別，需要考慮分布參數(shù)的影響，可以采用ADS軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用8.4.1 射頻電路與ADS在射頻頻段，電路出現(xiàn)了許多獨(dú)特的性質(zhì)，這些性質(zhì)在常用的低頻電路中從沒遇到過，因此需要建立新的射頻電路設(shè)計(jì)體系。ADS（Advanced Design Sy

11、stem）軟件由美國(guó)安捷倫（Agilent）公司開發(fā)，是當(dāng)前射頻和微波電路設(shè)計(jì)的首選工程軟件。在深入理解射頻電路的基礎(chǔ)上，結(jié)合ADS軟件工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，是通向射頻電路設(shè)計(jì)成功的最佳路線。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用1. ADS的四種工作視窗ADS軟件主要有4種工作視窗，分別為主視窗、原理圖視窗、版圖視窗和數(shù)據(jù)顯示視窗，主要可以完成文件管理、原理圖設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)和仿真數(shù)據(jù)顯示等功能。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（1）主視窗啟動(dòng)ADS后，首先進(jìn)入主視窗，主視窗是進(jìn)入和退出ADS系統(tǒng)的橋梁。圖8.15 ADS主視窗點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID

12、）技術(shù)與應(yīng)用（2）原理圖視窗原理圖視窗提供了設(shè)計(jì)、編輯、仿真原理圖的環(huán)境，是進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)使用最多的視窗。圖8.16 ADS原理圖視窗點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（3）數(shù)據(jù)顯示視窗當(dāng)完成設(shè)計(jì)仿真后，可以在數(shù)據(jù)仿真視窗顯示仿真結(jié)果。圖8.19 ADS數(shù)據(jù)顯示視窗點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（4）版圖視窗版圖視窗用來進(jìn)行版圖的設(shè)計(jì)、編輯與仿真。圖8.21 版圖視窗中的微帶線分支定向耦合器點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2. ADS的設(shè)計(jì)功能（1）設(shè)計(jì)面板（2）設(shè)計(jì)工具（3）設(shè)計(jì)向?qū)В?）設(shè)計(jì)指南（5）仿真與數(shù)據(jù)顯示點(diǎn)擊此處結(jié)束放映

13、物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用3. ADS的仿真功能 1.線性分析2.諧波平衡和增益壓縮分析3.高頻SPICE瞬態(tài)分析4.電路包絡(luò)分析5.電磁仿真分析點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用8.4.2 UHF頻段讀寫器實(shí)例915MHz讀寫器讀寫器的工作頻率為915MHz，是基于無源反射調(diào)制技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)原理的RFID讀寫器，工作距離長(zhǎng)達(dá)10m。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用1. RFID系統(tǒng)構(gòu)成 UHF頻段RFID系統(tǒng)是無源RFID系統(tǒng)，由讀寫器和電子標(biāo)簽組成。圖8.23 UHF頻段RFID系統(tǒng)點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用2. 讀寫器硬件結(jié)構(gòu) 915MHz的讀寫器主要由天線、射頻模塊和主控模塊3部分組成。射頻模塊由發(fā)送部分和接收部分構(gòu)成，發(fā)送部分產(chǎn)生射頻信號(hào)及射頻能量，給無源電子標(biāo)簽提供能量；接收部分對(duì)由天線接收的反射調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、放大及濾波。主控模塊控制與電子標(biāo)簽的通信過程；主機(jī)應(yīng)用軟件進(jìn)行通信，并執(zhí)行應(yīng)用軟件發(fā)來的命令。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)與應(yīng)用（1）數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)。 在射頻部分，采用