RFID课程实践实训报告(共18页)

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1、目 录第一章 RFID基本知识1.1 RFID概念及原理1.1.1 概念RFID 是Radio Frequency Identification 缩写，即射频识别，俗称电子标签。RFID 射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。埃森哲实验室首席科学家弗格森认为 RFID 是一种突破性的技术：第一，可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；第二，其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；

2、第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。图1.1-1：传统条形二维码标签1.1.2 组成 射频识别（RFID)系统因应用不同其组成也会有所不同，但基本都是由电子标签、读写器和天线这三大部分组成。RFID系统的基本组成如图1.1-2所示：图1.1-2：RFID系统组成标签(Tag)： 由耦合元件及芯片组成(有源标签还需要电池和传感器等) ，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。读卡器(Reader)：也称读写器等，读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。天线(Antenna)： 在标签和读取器间传递射频信号。如

3、果是有源电子标签，读卡器也可以同时是一个无线网关，能够将有源标签节点收集的数据，通过低功耗网络，传输到物联网和互联网。1.1.3 工作原理RFID 技术的基本工作原理并不复杂：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(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，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理。 图1.1-3：RFID工作原理 以 RFID 卡片读卡器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成，电感偶合(Inductive Coupl

4、ing) 及反向散射偶合(Backscatter Coupling)两种，一般低频的RFID 大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。 图1.1-4：电感耦合 图 1.1-5：电磁反向散射耦合 近距离(LF，HF)： 电感耦合，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。远距离(UHF，microwave)：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。 一套完整 RFID系统，由读卡器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成，其工作原理是Rea

5、der 发射一特定频率的无线电波能量给Transponder，用以驱动 Transponder 电路将内部的数据送出，此时Reader 便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。 图1.1-6：RFID传输原理1.2 RFID分类 RFID系统的分类方法很多，常用的分类方法有按照频率分类、按照供电方式分类、按照耦合方式分类、按照技术方式分类、按照信息存储方式分类、按照系统档次分类和按照工作方式分类等。RFID系统常用的分类方式如下：1、 按照频率分类 RFID 按应用频率不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)，相对应代表性频率分别为：低频135KHz 以下、高频

6、13.56MHz、超高频860M960MHz、微波2.4G5.8G。RFID 主要频段分类：表1.2-1：RFID频段分类2、 按照供电方式分类 RFID 按照能源供给方式分为无源RFID 标签(Passive Tag，无源标签或被动标签)，有源RFID(Active Tag，有源标签或主动标签)，以及电池协助的无源RFID 标签。无源RFID标签：价格很低，但是无需要电池，有源RFID 可以提供更远的读写离，但是需要电池供电。有源RFID标签: 由于有电池供电和功能较强的微控制器和无线单片机，所以可以实现更大范围的传感器数据监测和数据采集，也可以通过ZigBee、Wi-Fi、GPRS/3G

7、等技术实现网状网络，延伸标签的范围，是RFID 技术一个非常重要的发展方向。3、 按照耦合方式分类 读写器与电子标签采用非接触式通信方式，电子标签通过无线电波与读写器进行数据交换，根据耦合方式、工作频率和作用距离的不同，无线信号传输分电感耦合方式和电磁反向散射方式两种。电感耦合方式: 读写器与电子标签之间的射频信号传递位变压器模型，电磁能量通过高频交变磁场实现耦合，该系统依据的是法拉第电磁感应定律。电磁反向散射方式:读写器与电子标签之间的射频信号传递位雷达模型。读写器发射出去的电磁波碰到电子标签后，电磁波被反射，同时携带回电子标签的信息，该系统依据的是电磁波空间辐射原理。4、 按照技术方式分类

8、 按照读写器读取电子标签数据的技术实现方式，射频识别系统可以分为主动广播式、被动倍频式和被动反射调制式3种方式。主动广播式: 是指电子标签主动向外发射信息，读写器相当于只收不发的接收机。在这种方式中，电子标签采用有源工作方式，电子标签用自身的射频能量主动发送数据，这种方式的优点是电能充足、工作可靠性高、信号传送距离远，缺点是标签的使用寿命受到限制、产生电磁污染、保密性差。被动式: 电子标签内部不带电池，要靠外界提供能量才能正常工作。被动式电子标签是指读写器发射查询信号，电子标签被动接收。被动式电子标签具有长久的使用期，常常用于标签信息需要频繁读写的地方，并且支持长时间数据传输和永久性数据存储。

9、被动倍频式是指电子标签返回读写器的频率是读写器发射频率的2倍，读写器发射和接受载波占用2个频点。被动反射调制式: 依旧是读写器发射查询信号，电子标签被动接受，但此时电子标签返回读写器的频率，与读写器发射频率相同。5、 按照保存信息方式分类 电子标签保存信息的方式有只读式和读写式两种，具体分为如下4中形式。只读电子标签： 这是一种最简单的电子标签，电子标签内部职员只读存储器（Random Only Memory,ROM)，在集成电路生产时，电子标签内的信息即以只读内存工艺模式注入，此后信息不能更改。一次写入只读电子标签：内部只有ROM和随机存储器（Random Access Memory,RAM

10、).ROM用于存储发射器操作系统程序和安全性要求较高的数据，它与内部的处理器或逻辑处理单元完成操作控制功能。这种电子标签与只读电子标签相比，可以写入一次数据，标签的表示信息可以在标签制造过程中由制造商写入，也可以由用户自己写入，但是一旦写入，就不能更改了。现场有线可改写式： 这种电子标签比较灵活，用户可以通过访问电子标签的存储器进行读写操作，电子标签一般将需要保存的信息写入其内部存储区，改写时需要采用编程器或写入器，改写过程中必须为电子标签供电。现场无线可改写式： 这种电子标签类似于一个小的发射接收系统，电子标签内保存的信息业位于其内部存储区，电子标签一般为有源类型，通过特定的改写指令用无线方

11、式改写信息。一般情况下，改写电子标签数据所需的时间为秒级，读取电子标签数据所需的时间为毫秒级。6、 按照系统档次分类 按照存储能力、读取速度、读取距离、供电方式和密码功能等的不同，射频识别系统分为低档系统、中档系统和高档系统。低档系统: 一般电子标签存储的数据量较小，电子标签内的信息只能读取，不能更改。中档系统：数据存储量较大，数据可以读取也可以写入，是带有可写数据存储器的射频识别系统。高档系统：一般带有密码功能，电子标签带有微处理器，微处理器可以实现密码的复杂验证，而且密码验证可以在合理的时间内完成。7、 按照工作方式分类 射频识别系统的基本工作方式有3种，分为全双工工作方式、半双工工作方式

12、以及时序工作方式。全双工半双工工作方式： 全双工表示电子标签与读写器之间可以在同一时刻互相传送信息；半双工表示电子标签与读写器之间可以双向传送信息，但在同一时 刻只能向一个方向传送信息。 时序工作方式： 读写器辐射的电磁场段时间周期性的断开，这些间隔被电子标签识别出来，并被用于从电子标签到读写器的数据传输。其实，这是一种典型的雷达工作方式。时序方法的缺点是：在读写器发送间歇时，电子标签的能量供应中断，这就必须通过装入足够大的辅助电容器或辅助电池进行补偿。61.3 RFID系统的应用 现在RFID已经应用于制造、物流和零售等领域，RFID的产品种类十分丰富。展望未来，我相信RFID将掀起一场新的

13、技术革命，随着技术的不断进步，当RFID电子标签的价格降到5美分时，射频识别技术将会取代条形码技术，成为我们日常生活的一部分。目前RFID的应用领域如下：（1） 、制造领域。主要用于生产数据的实时监控、质量追踪和自动化生产等。（2） 、零售领域。主要用于商品的销售数据实时统计、补货和防盗等。（3） 、物流领域。主要用于物流过程中的获取追踪、信息自动采集、仓储应用、 港口应用和邮政快递等。（4） 、医疗领域。主要用于医疗器械管理、病人身份识别和婴儿防盗等。（5） 、身份识别领域。主要用于电子护照、身份证和学生证等各种电子证件。（6） 、军事领域。主要用于弹药管理、枪支管理、物资管理、人员管理和车

14、辆 识别与追踪等。（7） 、防伪安全领域。主要用于贵重物品（烟、酒、药品）防伪、票证防伪、汽车防盗和汽车定位等。（8） 、资产管理领域。主要用于贵重、危险性大、数量大且相似性高的各类资产管理。（9） 、交通领域。主要用于不停车缴费、出租车管理、公交车枢纽管理、铁路机车识别、航空交通管制、旅客机票识别和行李包裹追踪等。（10） 、食品领域。主要用于水果、蔬菜生长和生鲜食品保鲜等。（11） 、图书领域。主要用于书店、图书馆和出版社的书籍资料管理等。（12） 、动物领域。主要用于畜牧牲口、驯养动物和宠物识别管理等。11第二章 学生管理系统硬件设计2.1 系统框图（组成）射频识别（RFID)系统因应用不同其组成也会有所不同，但基本都是由电子标签、读卡器和天线这三大部分组成。RFID系统的基本组成如图2.1所示：图2.1 RFID系统基本组成2.2 各部分选择及作用1.电子标签：第一，可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；第二，其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。