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1、第一章 无线射频识别技术RIFD 主要内容 第一节RFID技术第二节物联网第三节 视频 自动识别技术在物流中的应用 第一节RFID技术 一 RFID技术概念二 RFID系统组成三 RFID工作流程四 RFID工作原理五 RFID系统分类六 RFID技术的特点七 RFID技术的应用 一 RFID技术概念 RFID技术 RadioFrequencyIdentification 无线射频识别技术 是一种非接触式的识别技术基本原理是电磁理论 是利用电磁能量实现自动识别与数据采集技术 RFID的发展 二 RFID系统组成 信号发射机 射频标签 发射接收天线 信号接收机 阅读器 编程器 1 信号发射机 射
2、频标签 标签 带有线圈 天线 存储器与控制系统的低电集成电路 能够自动或在外力的作用下 把存储的信息主动发射出去 概念 特点 1 信号发射机 射频标签 种类 标识标签便携式数据文件 按调制方式分 主动式标签被动式标签 按存储器的类型分 只读标签读写标签 按有无电源分 无源标签有源标签 其它种类 低频标签中频标签高频标签 主动式标签 被动式标签 优点 工作可靠性高 信号传送距离远 缺点 标签的使用寿命受到限制 贵 优点 具有永久的使用期 便宜 缺点 数据传输的距离短 被动式标签 主动式标签 应用 零售行业的传统标签 应用 军事 交通控制 只读标签与读写标签 只读标签 读写标签 只读标签 一次性编
3、程只读标签 可重复编程只读标签 内容在标签出厂时已被写入 只可在应用前一次性编程写入 经擦除后可重新编程写入 识别过程中标签内容不改写 标签应用过程中数据双向传输 无源标签和有源标签 无源标签 标签中不含有电池的标签 特点 工作时距识读器的天线比较近使用寿命长 有源标签标签中含有电池的标签 特点 距识读器天线的距离较无源标签要远有源标签需定期更换电池 按标签含信息量大小分 标识标签特点 存储标识号码 用于对特定的标识项目 如人 物 地点进行标识 被标识项目的详细的特定的信息 需与系统相连接的数据库中进行查找 便携式数据文件标签中存储的数据非常大 足可以看作是一个数据文件 特点 用户可编程标签中
4、除了存储标识码外 还存储有大量的被标识项目其他的相关信息 如包装说明 工艺过程说明等 低频 LowFrequency 使用的频段范围为10KHz 1MHz 常见的主要规格有125KHz 135KHz 一般这个频段的电子卷标都是被动式优点 其标签靠近金属或液体的物品上时能够有效发射讯号 缺点 读取距离短 无法同时进行多卷标读取以及信息量较低 应用 门禁系统 动物芯片 汽车防盗器和玩具 等 高频 HighFrequency 使用的频段范围为1MHz 400MHz 常见的主要规格为13 56MHz 这个频段的标签主要还是以被动式为主 优点 和低频相较 传输速度较快且可进行多标签辨识应用 最大的应用就
5、是SmartCard 一般应用于图书馆管理 产品管理等 按频率分 超高频 UltraHighFrequency 使用的频段范围为400MHz 1GHz 常见的主要规格有433MHz 868 950MHz 主动式和被动式的应用在这个频段都很常见 被动式标签读取距离约3 4公尺左右 传输速率较快 而且因为天线可采用蚀刻或印刷的方式制造 因此成本较低 虽然在金属与液体的物品上的应用较不理想 但由于读取距离较远 信息传输速率较快 而且可以同时进行大数量标签的读取与辨识 因此目前已成为市场的主流 未来将广泛应用于航空旅客与行李管理系统 货架及栈板管理 出货管理 物流管理 等 微波 Microwave 使
6、用的频段范围为1GHz以上 常见的主要规格有2 45GHz 5 8GHz 微波频段的特性与应用和超高频段相似 读取距离约为2公尺 但是对于环境的敏感性较高 一般应用于行李追踪 物品管理 供应链管理 等 按频率分 RFID主要频段标准及特性 按适度距离分 远程标签 100cm以上 近程标签 10 100cm 超近程标签 0 2 10cm 2 信号接收机 阅读器 组成 天线 射频模块 读写模块 基本功能 1 利用射频技术读取标签信息 或将信息写入标签 然后通过计算机及网络系统进行管理和信息传输 2 信号状态控制 奇偶错误校验与更正等 读写器基本功能构造示意 3 编程器 可读写标签系统用 离线 of
7、f line 式 预先在标签中写入数据 等到开始应用时直接把标签附在被标识项目上 在线 on line 式 在生产环境中作为交互式便携数据文件来处理时使用 4 天线 Antenna 影响天线发射接收的因素 系统功率形状相对位置 三 无线数据通讯 RFDC 标签与阅读器之间的数据传输是通过空气介质以无线电波的形式进行的 为了实现数据高速 远距离的传输 必须把数据信号叠加在一个规则变化的 信号比较强的电波上 这个过程叫做调制 规则变化的电波叫做载波 在RFID系统中 载波电波一般由阅读器或编程器发出 有很都方法可以实现数据在载波上的调制 如调幅 调频 调相等 三 无线数据通讯 RFDC 影响数据传
8、输距离远近的首要因素是载波信号与标签中数据信号的强度 影响数据传输距离的因素还包括障碍物 发射 接收天线的设计和布置 噪声干扰等 无线数据传输的方式 窄带传输 单一的载波频率传输数据宽带传输 即扩频技术传输 使用一定范围的频率传输数据 优点是数据传输速度更快 可靠性更高 三 RFID工作流程 四 RFID工作原理 RFID的基本工作原理 标签进入磁场后 接收解读器发出的射频信号 凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息 PassiveTag 无源标签或被动标签 或者主动发送某一频率的信号 ActiveTag 有源标签或主动标签 解读器读取信息并解码后 送至中央信息系统进行有关数据处
9、理 四 RFID工作原理 具体流程 1 编程器预先将数据信息写入标签中 2 阅读器经过发射天线向外发射无线电载波信号 3 当射频标签进入发射天线的工作区时 射频标签被激活后即将自身信息经标签天线发射出去 4 系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号 经天线的调节器传给阅读器 阅读器对接到的信号进行解调解码 送后台计算机 5 计算机控制器根据逻辑运算判断射频标签的合法性 针对不同的设定做出相应的处理和控制 发出指令信号控制执行机构的动作 6 执行机构按计算机的指令动作 7 通过计算机通信网络将各个监控点连接起来 构成总控信息平台 电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间 无接触 耦合
10、 在耦合通道内 根据时序关系 实现能量的传递 数据的交换 射频标签与阅读器之间的电磁耦合 包含两种情况 近距离的电感耦合远距离的电磁耦合 电感耦合变压器模型 通过空间高频交变磁场实现耦合 依据的是电磁感应定律 电感耦合方式一般适合于中 低频工作的近距离射频识别系统 典型的工作频率有 125kHz 225kHz和13 56MHz 识别作用距离小于1m 典型作用距离为10 20cm 电磁反向散射耦合雷达原理模型 发射出去的电磁波 碰到目标后反射 同时携带回目标信息 依据的是电磁波的空间传播规律 电磁反向散射耦合方式一般适合于高频 微波工作的远距离射频识别系统 典型的工作频率有 433MHz 915
11、MHz 2 45GHz 5 8GHz 识别作用距离大于1m 典型作用距离为3 l0m 射频识别系统工作过程中 空间传输通道中发生的过程可归结为三种事件模型 1 能量是时序得以实现的基础 2 时序是数据交换的实现方式 3 数据交换是目的 能量 阅读器向射频标签供给射频能量 对于无源射频标签标签离开射频识别场时 标签处于休眠状态 标签进入射频识别场时 一般由整流方法将射频能量转变为直流电源存在标签中电容器里 对于半有源射频标签射频场起到了激活的作用 完全有源射频标签始终处于激活状态 和读头发射的射频波相互作用 具有较远的识读距离 时序 时序是指读头和标签的工作次序问题读头先讲的方式 无源标签 标签
12、先讲方式 有源标签 多标签同时识读 同时也只是相对的 读头先讲的方式 逐一 逐批隔离 与处于活动状态标签建立无冲撞的通信 将当前标签置休眠状态 唤醒被隔离标签 重复 标签先讲方式 标签随机的发送自己的识别ID 不同的标签可在不同的时间段内读取 完成多标签的同时识读 数据交换 阅读器向射频标签方向的数据交换可分为离线 有线 写入方式 阅读器的作用是向射频标签 中的存贮单元 写入数据信息 阅读器更多地被称为编程器 在线 无线 写入方式 可写标签 采用集成电路芯片的标签写入信息要求的能量比读出信息要求的能量要大10倍写入后一般均应对写入结果进行检验 检验的过程是一个读取过程 写入过程花费时间的增加非
13、常不利于射频识别在鉴别高速移动物体方面的应用 信息的安全隐患 多标签同时识读与系统防冲撞 空分多路法 在分离的空间范围内进行多个目标识别的技术 马拉松活动 复杂的天线系统和相当高的实施费用频分多路法 把若干个使用不同载波频率的传输通道同时供通信用户使用的技术阅读器成本高 标签差异大 时分多路法 把整个可供使用的通道容量按时间分配给多个用户的技术 时间序列 阅读器驱动 同步 标签驱动 不同步 二进制检索 轮寻 读时断开 非开关重播通告 预制表 动态普查 预制组选择 动态组选择 屏蔽启动 无穷回路 连续卷动 五 RFID系统分类 1 EAS系统2 便携式数据采集系统3 物流控制系统 也称RFID网
14、络控制系统 4 RFID定位系统 1 EAS系统 EAS E1ectronicArticleSurveillance 电子物品监视 附着在物品上的电子标签电子标签灭活装置监视区域的监视器 需要对物品出入进行控制的门口 例如 商店 仓库 数据中心出入口 含义 组成 应用 2 便携式数据采集系统 手持式阅读器在读取数据的同时 通过无线电波数据传输方式实时向主计算机系统传输数据 或暂时将数据存储在阅读器中 成批地向主计算机系统传输数据 阅读器具有较大的灵活性 适用于不宜安装固定式RFID系统的应用环境 工作方式 应用 3 物流控制系统 阅读器固定分布在给定区域 与MIS相连电子标签安装在需控制的项目
15、上 特点 4 RFID定位系统 阅读器安装在移动的项目上 与MIS相连电子标签固定在地表或其他位置 存储位置信息 特点 六 RFID技术的特点 不局限于视线 读取数据方便快速 识别距离比光学系统远 可重复使用 使用寿命长 数据储存容量大 可同时读取数个数据 体积小 不容易损坏 难以伪造和有智能 优点 六 RFID技术的特点 缺点 价格 隐私 七 射频技术的应用 交通运输仓储生产流通 高速公路的自动收费系统 铁路货运编组调度系统 RFID库存跟踪系统 集装箱识别系统 拣选系统 自动拣选系统 生产物流的自动化及过程控制 智能助手系统在德国莱因伯格的未来商店中 RFID货架能识别货架上的物品缺货时间
16、或被摆放错位置 只需按键便显示价格的电子货架标签可以保证价格的准确可信 具有特殊功能的货架只要顾客移动了一件商品 显示屏会立刻显示该商品的信息包括号码 颜色和价格等 聪明的购物助理未来的智能购物车能自动识别所购商品 使购物变得更加便利 更加快捷地称重只需将水果或蔬菜在智能电子秤上 自动识别所放物品是苹果 橘子 或萝卜等 电子时装顾问智能试衣间为顾客所选服装提供全面的信息 互动的客户咨询师信息终端为顾客提供全面的帮助 包括商品信息 生活小窍门 如何快速的在店中找到所需商品 完美的妆容智能镜子帮助顾客选择最合适的化妆品 顾客可以在互动屏幕上选择不同的模特来测试不同风格的效果 66 八 中国RFID发展思路 中国RFID发展思路 第二节物联网 一 物联网概述二 物联网构架三 EPC物联网四 物联网的核心技术五 物联网应用 一 物联网概述1 物联网 IOT 的起源 一 物联网概述2 物联网 IOT 的定义 一 物联网概述3 广义的物联网涵义 利用条码 射频识别 RFID 传感器 全球定位系统 激光扫描器等信息传感设备 按约定的协议 实现人与人 人与物 物与物的在任何时间 任何地点的连接 any
