项目一 认识射频识别技术教材课件.ppt
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1、2022/12/19,1,物联网射频识别技术与应用,RFID,2022/12/19,2,项目一 认识射频识别技术,1.1 任务导入:什么是射频识别技术?1.2 射频识别系统组成1.3 射频识别系统分类1.4 射频识别系统工作原理1.5 射频识别系统中的应用技术1.6 射频识别技术的应用和发展前景1.7 知识拓展1.7.1 RFID技术相关标准1.7.2 射频卡简介1.7.3 射频卡的生命周期,2022/12/19,3,1.1 什么是RFID技术,RFID是射频识别(Radio Frequency Identification)的英文缩写,是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术,它利用射频
2、信号通过空间电磁耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息实现物体识别。RFID是一种能够让物品“开口说话”的技术,也是物联网感知层的一个关键技术。,2022/12/19,4,在对物联网的构想中,RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息,通过有线或无线的方式把它们自动采集到中央信息系统,实现物品(商品)的识别,进而通过开放式的计算机网络实现信息交换和共享,实现对物品的“透明”管理。,2022/12/19,5,1.1.1 射频识别技术发展进程,RFID直接继承了雷达的概念,并由此发展出一种生机勃勃的AIDC新技术RFID技术。1948年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别RF
3、ID的理论基础。 1)RFID技术发展的历程表。在20世纪中,无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。RFID技术的发展可按10年期划分如下:19411950年。雷达的改进和应用催生了RFID技术,1948年奠定了RFID技术的理论基础。,2022/12/19,6,19511960年。早期RFID技术的探索阶段,主要处于实验室实验研究。 19611970年。RFID技术的理论得到了发展,开始了一些应用尝试。 19711980年。RFID技术与产品研发处于一个大发展时期,各种RFID技术测试得到加速。出现了一些最早的RFID应用。,2022/12/19,7,19811990年。
4、RFID技术及产品进入商业应用阶段,各种规模应用开始出现。 19912000年。RFID技术标准化问题日趋得到重视,RFID产品得到广泛采用,RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分。 2001今。标准化问题日趋为人们所重视,RFID产品种类更加丰富,有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展,电子标签成本不断降低,规模应用行业扩大。,2022/12/19,8,2)RFID技术国内外发展状况。 RFID技术在国外的发展较早也较快。尤其是在美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非目前均有较为成熟且先进的RFID系统。,2022/12/19,9,1.1.2 射频识别技术特点,2022/12
5、/19,10,RFID技术特点,无需直接接触无需光学可视无需人工干预即可完成信息的输入与处理操作快捷方便高速识别移动物体多目标识别保密性、防伪性、安全性、通用性强,2022/12/19,11,1.2 RFID系统组成,射频识别系统: 电子标签(射频标签RFID Tag)阅读器(读写器,Reader)应用系统(上位机,Computer )天线(Antenna)阅读器与标签中均有,2022/12/19,12,2022/12/19,12,射频识别应用系统构成,便携式信息载体存有一定格式的电子数据,作为待识别物品的标识性信息,系统的核心,完成系统信息管理、设备监控管理以及电子标签的管理,电子标签与PC
6、机进行信息交换的桥梁电子标签的能量来源,连接前端PC与上级控制/授权/服务/管理中心),电子标签与阅读器之间的非接触式,2022/12/19,13,1.2.2 电子标签(RFID Tag),2022/12/19,14,电子标签,电子标签,又称射频识别标签、射频标签、RF标签、应答器,是射频识别系统的数据载体。射频卡是电子标签的一种。电子标签内存有一定格式的电子数据,相当于条码技术中的条码符号,常以此作为待识别物品的标识性信息。每个标签具有唯一的电子编码,应用中将电子标签附着在待识别物品上,作为待识别物品的电子标记。,2022/12/19,15,电子标签主要由存有识别代码的大规模集成电路芯片和收
7、发天线构成。标签芯片即相当于一个具有无线收发功能再加存贮功能的单片系统(SoC)。从纯技术的角度来说,射频识别技术的核心在电子标签。 天线的作用是在读写器和电子标签之间传递能量、数据及控制时序。目前主要为无源式,使用时的电能取自天线接收到的无线电波能量。,2022/12/19,16,说明,电子标签具有各种各样的形状,但不是任意形状都能满足阅读距离及工作频率的要求,必需根据系统的工作原理,即磁场耦合(变压器原理)还是电磁场耦合(雷达原理),设计合适的天线外形及尺寸。,2022/12/19,17,电子标签组成结构,2022/12/19,18,电子标签内部电路组成,2022/12/19,19,电子标
8、签类别,根据电子标签内镶嵌的芯片的不同划分 存储器型电子标签逻辑加密型电子标签CPU型电子标签按工作频段不同可分为:低频、高频、超高频、微波标签低频具有较强穿透能力,能够穿透水、金属、动物等导体材料,传播距离近;高频具有较远识别距离。,双频标签,2022/12/19,20,按卡内芯片供电方式的不同分为:有源、无源标签、半无源标签(Semipassive tag)按使用过程中的读写方式分为只读、读写标签按封装形式的不同可分为ID-1卡形标签、线形标签、纸状标签、塑料标签、玻璃管标签、盘形标签、钥匙扣型标签、自粘标签等特殊用途的异形标签,2022/12/19,21,电子标签的典型工作频率,低频标签
9、125kHz、133kHz高频标签13.56MHz超高频标签433MHz,860960MHz微波标签2.45GHz、5.8GHz,2022/12/19,22,2022/12/19,22,根据片内芯片供电方式划分,2022/12/19,23,各类RF标签,2022/12/19,24,形形色色的电子标签,2022/12/19,25,形形色色的电子标签,2022/12/19,26,2022/12/19,27,RFID标签,2022/12/19,28,2、RFID阅读器,阅读器(读写器或基站),2022/12/19,29,读卡器,2022/12/19,30,阅读器主要功能,与应用软件进行通信,并执行应
10、用软件发来的命令。控制与电子标签的通信过程。信号的编码与解码。执行防冲突算法。对电子标签与阅读器之间传送的数据进行加密和解密。进行电子标签与阅读器之间身份验证。,2022/12/19,31,阅读器组成,阅读器的硬件一般由天线、射频模块、控制模块和接口组成。控制模块是阅读器的核心,一般由ASIC组件和微处理器组成。控制模块处理的信号通过射频模块传送给阅读器天线,由阅读器发射出去。控制模块与应用软件之间的数据交换,主要通过阅读器的接口来完成 。,2022/12/19,32,1.3 RFID系统分类,2022/12/19,33,RFID系统分类,2022/12/19,34,按照RFID系统的基本工作
11、方式划分,全双工系统在全双工系统中,数据在阅读器和电子标签之间的双向传输是同时进行的,并且从阅读器到电子标签的能量传输是连续的,与传输的方向无关。半双工系统在半双工系统中,从阅读器到电子标签的数据传输和电子标签到阅读器的数据传输是交替进行的,并且从阅读器到电子标签的能量传输是连续的,与传输的方向无关。时序系统在时序系统中,从电子标签到阅读器的数据传输是在电子标签的能量供应间歇时进行的,而从阅读器到电子标签的能量传输总是在限定的时间间隔内进行。,2022/12/19,35,按照RFID系统的数据量划分,1位系统1位系统的数据量为1位。该系统中阅读器能够发出两种状态的信号“在阅读范围内有电子标签”
12、和“在阅读范围内没有电子标签”。其主要应用在百货商场和商店中的商品防盗系统中。多位系统多位系统中电子标签的数据量通常在几个字节到几千个字节之间。,2022/12/19,36,2022/12/19,36,按作用距离的不同分类,(1)密耦合系统有效作用距离为01cm。 (2)遥耦合系统有效作用距离为015cm。(3)远距离系统有效作用距离从1m10m,或更远。,2022/12/19,37,按照信息注入方式进行分类,集成固化式RFID系统集成固化式RFID系统的电子标签信息一般在集成电路生产时即将信息以ROM工艺模式注入,其保存的信息是一成不变的。现场有线改写式RFID系统现场有线改写式RFID系统
13、的电子标签一般将电子标签保存的信息写入其内部的存储区中,改写时需要专用的编程器或写入器,改写过程中必须为其供电。现场无线改写式RFID系统现场无线改写式RFID系统一般适用于有源类电子标签,具有特定的改写指令。,2022/12/19,38,RFID的耦合方式,发生在阅读器和射频标签之间的射频信号的耦合类型有两种: (1)电感耦合( Inductive Coupling )典型的工作频率有:125kHz、225kHz和1356MHz。识别作用距离小于1m。 (2)电磁反向散射耦合(Backscatter Coupling)典型的工作频率有:433MHz,915MHz,245GHz,58GHz。识
14、别作用距离大于1m,典型作用距离为3l0m。,2022/12/19,39,1.4 RFID系统工作原理,2022/12/19,40,1.4.1 射频识别系统工作原理,电子标签能量获取?,双方数据如何传输?,二者工作方式如何进行?,2022/12/19,41,1.4.2 射频识别系统工作流程,2022/12/19,42,RFID系统工作流程,阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号一部分是电源信号,该信号由电子标签接收后,与其本身的L/C产生谐振,产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号,指挥芯片完成数据、修改、存储等,并返回给读写器。电子标签进入磁场后,Passive Tag,
15、无源标签或被动标签如果接收到阅读器发出的特殊射频信号,就能凭借感应电流所获得的能量并通过天线发送出存储在芯片中的自身编码等产品信息,2022/12/19,43,Active Tag,有源标签或主动标签如果接收到阅读器发出的特殊射频信号,主动通过天线发送某一频率的信号,系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号,经天线调节器传送到阅读器,阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性,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动作。,2022/12/19,44,1.4.3 射频识别系统中能量及数据传输原理,射频识别系统中,阅读
16、器和电子标签之间的通信通过电磁波来实现。阅读器和电子标签之间存在着能量和数据的传输。射频识别系统阅读器和电子标签之间的射频信号传输方式:电感耦合(Inductive Coupling) 反向散射耦合(Backscatter Coupling),2022/12/19,45,电子标签向阅读器的数据传输,采用负载调制方法。若标签中以二进制数据编码信号控制芯片上场效应管,则标签上的负载按二进制数据编码信号的高低电平变化而接通和断开。负载的变化通过卡内天线映射到读写器天线,使读写器天线上的电压也按此规律变化,该电压变化在读写器中通过解调、过滤放大电路,恢复为标签端控制开关的二进制编码信号,经解码后就可获
17、得存储在标签中的数据信息。实质为一种振幅调制,调节接入电阻R2的大小可以改变调制度有大小。,2022/12/19,46,阅读器向电子标签的数据传输,采用多种数字调制方式。通常为幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying) 。,2022/12/19,47,1.5 RFID系统的应用技术,RFID系统实施技术RFID系统测试技术RFID系统安装技术RFID系统故障评估技术,2022/12/19,48,1.RFID系统实施技术,RFID项目实施过程起步建立开发环境选择合适供应商经验和核心能力解决方案制造商的专注程度售后服务制造和测试电子标签标签放置,2022/12/19,49,1.
18、RFID系统实施技术,测试、验证引入系统集成供应商集成多方面的应用软件与存储仓库的基本设施集成对RFID供应商的要求验证供应商试点开发出一个可预期的、范围可调节的系统,要示在标签放置、输出和性能方面达到一定的精度。任务:准备好必要的工具和经验。实施,2022/12/19,50,(1)系统技术参数,工作频率作用距离数据传输速率安全要求加密和身份认证存储容量系统的连通性便于集成到其它应用中多标签的同时识读标签的封装形式,2022/12/19,51,(2)运行环境与接口参数,运行环境阅读器、标签、计算机网络、平台系统、应用软件等。接口方式RJ45RS232RS485/422接口软件,2022/12/
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