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1、射频识别技术在汽车上的应用,第一章 射频识别技术概述 1.1 射频识别技术发展 射频识别（Radio Frequency Identification，简称 RFID）技术，是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。RFID 标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID 技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。RFID技术应用于物流、制造、公共信息服务等行业，可大幅提高管理与运作效率，降低成本。随着相关技术的不断完善和成熟，RFID 产业将成为一个新兴的高技术产业群，成为国民经济新
2、的增长点。因此，研究 RFID 技术，发展 RFID 产业对提升社会信息化水平、促进经济可持续发展、提高人民生活质量、增强公共安全与国防安全等方面产生深远影响，具有战略性的重大意义。,射频识别技术在汽车上的应用,电磁理论是 RFID 技术的理论基础，贯穿 RFID 技术的整个发展历程。追溯历史，早在公元元年，中国古代人民就发现并开始利用天然磁石，并用磁石制成指南针。近代电磁理论的形成于 18、19 世纪，1752 年，美国人本杰明富兰克林（Benjamin Franklin）做了著名的风筝实验验证雷电属于自然放电现象。1846 年英国科学家米歇尔法拉（Michael Faraday）发现了光波
3、与电波均属于电磁能量。1864 年苏格兰科学家詹姆士克拉克麦克斯韦尔（James Clerk Maxwell）发表了他的电磁场理论，建立了著名的麦克斯韦尔方程组。1887 年，德国科学家亨瑞士鲁道夫赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）证实了麦克斯韦尔的电磁场理论并演示了电磁波以光速传播并可以被反射，具有类似光的极化特性，赫兹的实验不久也被俄国科学家亚力山大波普重复。1896 年马克尼（Guglielmo Marconi）成功地实现了横越大西洋的越洋电报，由此开创了利用电磁能量为人类服务的先河。更进一步，在 1922 年，诞生了雷达（Radar）。作为一种识别敌方空间飞行物(飞机)
4、的有效兵器，雷达在第二次世界大战中发挥了重要的作用，同时雷达技术也得了极大的发展。至今，雷达技术还在不断发展，人们正在研制各种用途的高性能雷达。,射频识别技术在汽车上的应用,RFID 技术是无线电技术和雷达技术的结合，并由此发展起来的一种新的自动识别与数据采集技术。1948 年，哈里斯托克曼（Harry Stockman）在IRE 发表的“利用反射功率的通信”奠定了 RFID 的理论基础，可以看作是当今 RFID 理论确立的最早的里程碑。从技术的整体发展历程来看，RFID 技术的发展基本可按 10 年期划分为几个阶段。按照能量供给方式的不同，RFID 标签分为有源、无源和半有源三种；按照工作频
5、率的不同，RFID 标签分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）和微波频段（MW）的标签。从分类上看，因为经过多年的发展，13.56MHz 以下的 RFID 技术已相对成熟，目前业界最关注的是位于中高频段的 RFID 技术，特别是 860MHz960MHz(UHF 频段)的远距离 RFID 技术发展最快；而 2.45GHz 和 5.8GHz 频段由于产品拥挤，易受干扰，技术相对复杂，其相关的研究和应用仍处于探索的阶段。RFID 技术涉及信息、制造、材料等诸多高技术领域，涵盖无线通信、芯片设计与制造、天线设计与制造、标签封装、系统集成、信息安全等技术。一些国家和国际跨国公司都在加速推动
6、RFID 技术的研发和应用进程。在过去十年间，共产生数千项关于RFID 技术的专利，主要集中在美国、欧洲、日本等国家和地区。,射频识别技术在汽车上的应用,目前国际上 RFID 应用以 LF 和 HF 标签产品为主；UHF 标签开始规模生产，由于其具有可远距离识别和低成本的优势，有望在未来五年内成为主流；MW 标签在部分国家已经得到应用。中国已掌握 HF 芯片的设计技术，并且成功地实现了产业化，同时 UHF芯片也已经完成开发。目前 RFID 标签天线制造以蚀刻/冲压天线为主，其材料一般为铝或者铜，随着新型导电油墨的开发，印刷天线的优势越来越突出。RFID 标签封装以低温倒装键合工艺为主，也出现了
7、流体自装配、振动装配等新的标签封装工艺。中国低成本、高可靠性的标签制造装备和封装工艺正在研发中。RFID 读写器产品类型较多，部分先进产品可以实现多协议兼容。中国已经推出了系列 RFID 读写器产品，小功率读写模块已达到国外同类水平，大功率读写模块和读写器片上系统（SoC）尚处于研发阶段。,射频识别技术在汽车上的应用,射频识别技术在汽车上的应用,在应用系统集成和数据管理平台等方面，某些国际组织提出基于 RFID 的应用体系架构，各大软件厂商也在其产品中提供了支持 RFID 的服务及解决方案，相关的测试和应用推广工作正在进行中。中国在 RFID 应用架构、公共服务体系、中间件、系统集成以及信息融
8、合和测试工作等方面取得了初步成果，建立国家 RFID 测试中心已经被列入科技发展规划。中国已经将 RFID 技术应用于铁路车号识别、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理、公共交通以及生产过程管理等多个领域。,射频识别技术在汽车上的应用,1.2 射频识别技术系统组成 RFID系统主要由标签、阅读器和天线三部分组成，一般由阅读器收集到的数据信息传送到后台系统进行处理，下面分别介绍这三部分： 1. 标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个电子标签都具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；每个标签都有一个全球唯一的 ID 号码UID（User Identification，用户身份
9、证明），其在制作标签芯片时存放在 ROM 中，无法修改，其对物联网的发展有着很重要的影响。 2. 阅读器（Reader）：读取或写入标签信息的设备，可设计为手持式或固定式等多种工作方式。对标签进行识别、读取和写入操作，一般情况下会将收集到的数据信息传送到后台系统，由后台系统处理数据信息。,射频识别技术在汽车上的应用,3. 天线（Antenna）：用来在标签和阅读器之间传递射频信号。射频电路中的天线是联系阅读器和电子标签的桥梁，阅读器发送的射频信号能量，通过天线以电磁波的形式辐射到空间，当电子标签的天线进入该空间时，接收电磁波能量，但只能接收其很小的一部分。阅读器和电子标签之间的天线耦合方式有两
10、种：一种是电感耦合方式，适用于低频段射频识别系统；另一种是反向散射耦合模式，适用于超高频段的射频识别系统应用。天线可视为阅读器和电子标签的空中接口，是 RFID 系统的一个非常重要的组成部分。RFID 系统接口框图如下图所示。,射频识别技术在汽车上的应用,。,射频识别技术在汽车上的应用,1.3 射频识别系统的工作流程 RFID系统主要包括阅读器、天线和电子标签三部分，能量和数字信息在这三个部分之间流通，RFID系统的具体工作流程是： 1. 首先是阅读器通过其发射天线发射射频信号，并产生一个电磁场区域作为工作区域；,射频识别技术在汽车上的应用,2. 当相应的电子标签进入阅读器发射天线产生的磁场区
11、域时，电子标签就在空间耦合的作用下产生感应电流给自身电路供能，此后电子标签就被激活开始工作； 3. 电子标签被激活后，内部存储控制模块将存储器中的数据信息调制到载波上并通过标签的发射天线发送出去； 4. 阅读器接收天线接收到从电子标签发送来的含有数据信息的载波信号，由天线传送到阅读器相关解调、解码等数据处理电路，对接收到的信号进行解调、解码后送到后台系统进行处理； 5. 后台系统首先判断该标签的合法性，然后根据预先的设定做出相应处理和控制，然后发送指令信号进行其他操作。,射频识别技术在汽车上的应用,1.4 射频识别技术的应用 RFID 技术的应用已趋成熟。在北美、欧洲、大洋洲、亚太地区及非洲南
12、部都得到了相当广泛的应用。典型的应用领域包括： (1)铁路车号自动识别管理。如：北美铁路、中国铁路、瑞士铁路等。 (2)车辆道路交通自动收费管理。如：北美部分收费高速公路的自动收费、中国部分高速公路自动收费管理、东南亚国家部分收费公路的自动收费管理。 (3)旅客航空行包的自动识别、分拣、转运管理。如：北美部分机场。 (4)车辆出入控制。如：停车场、垃圾场、水泥场车辆出入、称重管理等。,射频识别技术在汽车上的应用,(5)校园卡、饭卡、乘车卡、会员卡、驾照卡、健康卡（医疗卡）等国内、国外均有大应用。 (6)生产线产品加工过程自动控制。主要应用在大型工厂的自动化流水作业线上。 (7)动物识别。如：大
13、型养殖厂、家庭牧场、赛鸽比赛。 (8)物流、仓储自动管理。主要应用在大型物流、仓储企业上。 (9)贮气容器的自动识别管理。 (10)汽车遥控门锁、电子门锁等。,射频识别技术在汽车上的应用,目前国内 RFID 成功的行业应用有中国铁路的车号自动识别系统。其辐射作用已涉及到铁路红外轴温探测系统的热轴定位、轨道衡、超偏载检测系统等。正在计划推广的应用项目还有电子身份证、电子车牌、铁路行包自动追踪管理等。 RFID 技术的发展，一方面受到应用需求的驱动，另一方面 RFID 的成功应用反来又极大地促进了应用需求的扩展。从技术角度说，RFID 技术的发展体现在若干关键技术的突破。从应用角度来说，RFID
14、技术的发展目的在于不断满足日益增涨的应用需求。,射频识别技术在汽车上的应用,1.5 射频识别技术未来的发展 RFID 技术的发展得益于多项技术的综合发展。所涉及的关键技术大致包括：芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁传播特性。 RFID 技术的发展已经走过 50 余年，在过去的 10 多年里得到了更快的发展。随着技术的不断进步，RFID 产品的种类将越来越丰富，应用也越来越广泛。可以预计，在未来的几年中，RFID 技术将持续保持高速发展的势头。RFID 技术的发展将会在电子标签（射频标签）、阅读器、系统种类、标准化等方面取得新的进展。,射频识别技术在汽车上的应用,第二章
15、射频识别技术在汽车上的应用 RFID技术在汽车上的应用大约在20年前就开始了, 比如, 基于RFID技术的电子熄火器等。RFID在汽车电器方面的应用主要有: 无钥匙系统, 轮胎气压监测系统 (TPMS) , 汽车生产线, 电子不停车收费系统 ( ETC) , 车辆自动识别 ( AVI)等。专家认为, 汽车RFID市场最大的增长潜力在于改进汽车生产过程, 实现生产过程自动化。可以说, RFID对于汽车产业是商机无限。,射频识别技术在汽车上的应用,2.1 无钥匙系统 人们对车辆的安全性、舒适性、便利性提出了更高的要不求，现代信息技术与车辆的结合已成为不可阻挡的发展趋势。1993 年，汽车电子引擎防
16、盗中首次应用了无线通信技术，取代了第一代的机械啮合防盗技术，使车辆的安全性与便利性得到了极大的提高，此后，无线通信技术在车辆上的应用就得到了飞速的发展，出现了基于钥匙芯片认证的第三代防盗技术。在开启车门的方式上也发生了巨大的变化，由传统的机械式开启车门，变成了遥控式进入。,射频识别技术在汽车上的应用,但是，遥控式进入也存在着极大的安全隐患，越来越多的盗车事件使得车辆的安全性备受争议。同时，由于这种进入方式必须按下遥控按钮开关，当人们手中握着东西无法拿出钥匙时，就必须放下手中的东西，否则就打不开车门，这给车主们带来了不便。因此，为了解决上述问题汽车无钥匙进入系统就应运而生了，一般将其简称为 PKE（PASSIVE KEYLESS ENTER）。由于 PKE 采用了 RFID无线射频技术，实现了双向射频识别，等于拥有两重的防盗保护。同时它还使用了车辆身份自动编码识别系统，成功地融合了遥控系统和无钥匙系统，为车主提供了最大限度的便利以及安全。许多国外的中高端汽车制造商已经采用了这样的系统，市场销售和客户反馈都非常好，它所带来的便利和安全已经被用户接受和认可。,射频识别技术在汽车上的应用,
