物联网工程概论课件：第2章-EPC和RFID技术.ppt

1、内容提要：物联网时代，如何将“现实的世界万物”与“虚拟的互联网”连接起来？ 标签技术是实现无接触的信息传递。本章介绍EPC与RFID这两种关键技术2.1 EPC编码编码2.1.1 EPC编码协议2.1.2 EPC系统结构2.1.3条形码技术2.1.4条形码、RFID和EPC区别2.2 RFID系统系统2.2.1应答器原理 2.2.2阅读器2.2.3 RFID天线2.2.4 RFID中间件本章内容问题探究：问题探究：1. EPC-64,EPC-96,256三种编码的原理与范围？三种编码的原理与范围？2. 二进制编码原理、二进制编码原理、ASCII编码、曼彻斯特编码编码、曼彻斯特编码 GB2312

2、作拓展性探究。作拓展性探究。任务实践：任务实践：1.一维条形码商品的输入输出应用一维条形码商品的输入输出应用2.二维码（手机）扫描应用举例分析二维码（手机）扫描应用举例分析2.1 EPC编码2.1.1 EPC2.1.1 EPC编码协议编码协议 1999美国麻省理工学院一位教授提出了EPC开放网络构想，在国际条码组织(EAN.UCC)宝洁公司(P&G)、吉利、可口可乐等83家跨国公司的支持下，于2003正式成立了EPC全球组织，沃尔玛2005年1月开始使用EPC电子标签。 EPC统一了世界范围内的商品的标识编码规则，应用于物联网系统中。前编码类弄有三种：64位、96位和256位。2.1.2 EP

3、C系统结构EPC系统组成系统组成: 三部分六个方面三部分六个方面1.产品电子编码体系：产品电子编码体系： EPCEPC编码标准编码标准2.射频识别系统：射频识别系统：1）ECP标签标签 2)识读器识读器3.高层信息网络系统：高层信息网络系统：1）Savant:神经网络软件神经网络软件2）ONS:对称名称解析服务对称名称解析服务3）PML:实体标记语言实体标记语言2.1.3 条形码技术条码技术条码技术是集编码、印刷、识别、数据采集和处理为一身的新型自动识别与数据采集技术其核心部分是条形码条形码。包括：一维条形码二维条形码条形码技术：一维条形码一维条码一维条码是由一组规则排列的条、空以及对应的字符

4、组成的标记。普通的一维条码在使用过程中仅作为识别信息，它的意义是通过在计算机系统的数据库中提取相应的信息而实现的。一个完整的条码的组成次序依次为：静区（前）、起始符、数据符、（中间分割符，主要用于EAN码）、(校验符)、终止符、静区（后）。一维条形码：译码原理激光扫描仪通过一个激光二极管发出一束光线，照射到一个旋转的棱镜或来回摆动的镜子上，反射后的光线穿过阅读窗照射到条码表面，光线经过条或空的反射后返回阅读器，由一个镜子进行采集、聚焦，通过光电转换器转换成电信号，该信号将通过扫描期或终端上的译码软件进行译码。条形码技术：二维条形码二维码二维码在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码。二维码具有

5、条码技术的一些共性：可直接显示英文、中文 、数据、符号、图形；存储数据1K字符。保密性高（可加密）。信息量大、修正错误能力强、可靠性高、成本低。在代码编制上利用0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。条形码技术：二维条形码目前，世界上应用最多的二维条码符号有Aztec Code、PDF147、DataMatrix、QR Code、Code16K等。Code 16KDataMatrixPDF147Aztec CodeQR Code一维条形码与二维条形码的比较一维条形码特点：一维条形码特点：1.可直接

6、显示内容为英文、数字、简单符号；2.贮存数据不多，主要依靠计算机中的关联数据库：3.保密性能不高；4.损污后可读性差。二维条形码特点：二维条形码特点：1.可直接显示英文、中文、数字、符号、图型；2.贮存数据量大，可存放1K字符，可用扫描仪直接读取内容，无需另接数据库；3.保密性高（可加密），4.安全级别最高时，损污50%仍可读取完整信息。2.2 RFID系统 RFID是射频识别技术（Radio Frequency Identification）的英文缩写,利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的。它是20世纪无线电技术理论应用的最重要成就之一

7、。 RFID系统主要由： 应答器、阅读器、高层（信息管理决策系统）组成。应答器、阅读器、高层（信息管理决策系统）组成。补充： RFID技术参考教材RFID系统系统由五个组件构成，包括：传送器、接收器、微处理器、天线、标签。传送器、接收器和微处理器通常都被封装在一起，又统称为阅读器(Reader)，所以工业界经常将RFID系统分为为阅读器、天线和标签三大组件，这三大组件一般都可由不同的生厂商生产。表2-4 RFID的技术发展2.3.1 应答器（标签）应答器：应答器：RFID系统中数据信息存储的的电子信息载体。系统中数据信息存储的的电子信息载体。如：银行卡、饭卡、会员卡，如：银行卡、饭卡、会员卡，

8、Ic卡等卡等标签（标签（Tag）是由耦合元件、芯片及微型天线组成，每个标签内部存有唯一的电子编码，附着在物体上，用来标识目标对象。标签进入RFID阅读器扫描场以后，接收到阅读器发出的射频信号，凭借感应电流获得的能量发送出存储在芯片中的电子编码（被动式标签），或者主动发送某一频率的信号（主动式标签）。电可擦可编程只读存储器（电可擦可编程只读存储器（EEPROM）：一般射频识别系统主要采用EEPROM方式。这种方式的缺点是写入过程中的功耗消耗很大，使用寿命一般为100,000次铁电随机存取存储器（铁电随机存取存储器（FRAM）: 与EEPROM相比，FRAM的写入功耗消耗减小100倍，写入时间甚至

9、缩短1000倍。FRAM属于非易失类存储器。然而，FRAM由于生产方面的问题至今未获得广泛应用。静态随机存取存储器（静态随机存取存储器（SRAM）: SRAM能快速写入数据，适用于微波系统，但SRAM需要辅助电池不间断供电，才能保存数据。应答器（标签）：存储方式被动式标签（被动式标签（Passive Tag）：因内部没有电源设备又被称为无源标签。被动式标签内部的集成电路通过接收由阅读器发出的电磁波进行驱动，向阅读器发送数据。主动标签（主动标签（Active Tag）:因标签内部携带电源又被称为有源标签。电源设备和与其相关的电路决定了主动式标签要比被动式标签体积大、价格昂贵。但主动标签通信距离更

10、远，可达上百米远。半主动标签半主动标签（Semi-active Tag）:这种标签兼有被动标签和主动标签的所有优点，内部携带电池，能够为标签内部计算提供电源。这种标签可以携带传感器，可用于检测环境参数，如温度、湿度、是否移动等。然而和主动式标签不同是它们的通信并不需要电池提供能量，而是像被动式标签一样通过阅读器发射的电磁波获取通信能量。应答器（标签）分类体积小且形状多样体积小且形状多样：RFID标签在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需要为了读取精度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。耐环境性耐环境性：纸张容易被污染而影响识别。但RFID对水、油等物质却有极强的抗污性。另外，即使在黑暗的环境中，R

11、FID标签也能够被读取。可重复使用可重复使用：标签具有读写功能，电子数据可被反复覆盖，因此可以被回收而重复使用。穿透性强穿透性强：标签在被纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质包裹的情况下也可以进行穿透性通讯。数据安全性数据安全性：标签内的数据通过循环冗余校验的方法来保证标签发送的数据准确性。RFID标签与条形码相比的优点？2.2.2 RFID-阅读器阅读器阅读器是RFID系统最重要也是最复杂的一个组件。阅读器可以通过标准网口、RS232串口或USB接口同主机相连，通过天天线线同RFID标签（应答器应答器）通信。为了方便，阅读器和天线以及智能终端设备会集成在一起形成可移动的手持式阅读器。2.

12、RFID阅读器参数1) 工作频率2) 作用距离3) 数据传输速率4) 安全要求:加密和身份认证5) 存储容量6) 系统连通性7) 多电子标签同时识读性低频低频（LF）范围为30kHz-300kHz，RFID典型低频工作频率有125kHz和133kHz两个，该频段的波长大约为2500m。低频标签一般都为无源标签，其工作能量通过电感耦合的方式从阅读器耦合线圈的辐射场中获得，通信范围一般小于1米。除金属材料影响外，低频信号一般能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。高频高频（HF）范围为3 MHz -30 MHz，RFID典型工作频率为13.56MHz,该频率的波长大概为22米，通信距离一般也小

13、于1米。该频率的标签不再需要线圈绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作标签内的天线，采用电感耦合的方式从阅读器辐射场获取能量。工作频率与作用距离工作频率与作用距离超高频超高频（UHF）范围为300MHz-3GHz，3GHz以上为微波范围。采用超高频和微波的RFID系统一般统称为超高频RFID系统，典型的工作频率为：433MHz，860-960MHz，2.45GHz，5.8GHz，频率波长大概在30厘米左右。严格意义上，2.45GHz和5.8GHz属于微波范围。 超高频标签可以是有源标签与无源标签两种，通过电磁耦合方式同阅读器通信。通信距离一般大于1米，典型情况为4-6米，最大可超过10米。工作频

14、率与作用距离工作频率与作用距离( (续续) )3. RFID阅读器的组成图2-14 阅读器基本组成模块4. 阅读器与应答器的耦合方式图2-15 电感耦合电路感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量的变化率正成比：E=n(/t)例2-1对于一个RFID标签，内部有50匝线圈绕制而成的天线线圈，读写器周围磁通的变化率为0.004Wb/s,试计算在电子标签的天线两端能产生多大的感应电动势？解：解： 根据公式：E=n(/t)得： E=n(/t)=50*0.004Wb/s=0.2V5. 数据信息的编码与调制（讨论讲座）2.2.3 RFID技术：天线部分天线天线同阅读器相连，用于在标签和阅读器之间传递射频信

15、号。阅读器可以连接一个或多个天线，但每次使用时只能激活一个天线。RFID系统的工作频率从低频到微波，这使得天线与标签芯片之间的匹配问题变得很复杂。例2-2并联谐振回路如图,已L=180H,C=140pF,r=10试求：1)该回路的谐振频率f0,品质因数Q及谐振电阻Rp2) f= 10kHz, 50kHz时并联回路的等效阻抗及相移。解：解： 根据公式2-17,2-19,2-20, 2-23,2-24代入可求。(5)RFID电感耦合射频天线计算1）串联谐振回路p372）并联谐振回路p39本章小结EPC编码条形码的分类，一维条形码的组成，二维条形码与一维条形码的比较RFID的概念与现状。RFID系统

16、的组成，RFID标签的优点和特点，RFID标签的存储方式及分类，RFID系统的常见频率及其优缺点。RFID标签冲突及防冲突算法的概念，防冲突算法分类，详细描述基于帧的分时隙的ALOHA协议，Q协议、随机二进制树协议和查询二叉树协议。以上各种协议的优缺点。光学字符识别光学字符识别（Optical Character Recognition，OCR），是模式识别（Pattern Recognition，PR）的一种技术，目的是要使计算机知道它到底看到了什么，尤其是文字资料。OCR技术能使设备通过光学机制识别字符。语音识别语音识别研究如何采用数字信号处理技术自动提取及决定语言信号中最基本有意义的信息

17、，同时也包括利用音律特征等个人特征识别说话人。光符号识别语音识别虹膜识别指纹识别IC卡条形码补充阅读：自动识别技术举例语音识别框架：典型的模式识别系统构词规则同音字判决语法语义背景知识预处理声学参数分析测度估计失真测度语音库判决专家知识库训练识别结果反混叠失真滤波器预加重器端点检测噪声滤波器欧氏距离似然比测度语音信号输入虹膜识别：合适的生物特征虹膜识别虹膜识别是当前应用最方便精确的生物识别技术，虹膜的高度独特性和稳定性是其用于身份鉴别的基础。指纹识别技术处理流程：通过特殊的光电转换设备和计算机图像处理技术，对活体指纹进行采集、分析和比对，可以迅速、准确地鉴别出个人身份。系统一般主要包括对指纹图

18、像采集、指纹图像处理、特征提取、特征值的比对与匹配等过程。IC卡技术IC卡卡（Integrated Circuit Card），即“集成电路卡”在日常生活中已随处可见。实际上是一种数据存储系统，如有必要还可附加计算能力。一个标准的IC卡应用系统通常包括：IC卡、IC卡接口设备（IC卡读写器）、PC，较大的系统还包括通信网络和主计算机等，如图所示。IC卡：分类逻辑加密卡有一定的安全保证，多用于有一定安全要求的场合，如保险卡、加油卡、驾驶卡、借书卡、IC卡电话和小额电子钱包等。CPU卡CPU卡也称智能卡。CPU卡的硬件构成包括CPU、存储器（含RAM、ROM、E2PROM等）、卡与读写终端通信的I

19、/O接口及加密运算协处理器CAU，ROM中则存放有COS（Chip Operation System，片内操作系统）。 计算能力高，存储容量大，应用灵活，适应性较强。 安全防伪能力强。不仅可验证卡和持卡人的合法性，且可鉴别读写终端，已成为一卡多用及对数据安全保密性特别敏感场合的最佳选择，如手机SIM卡等。 真正意义上的“智能卡”。特点：特点： CPU卡：按交换界面分类 接触式接触式IC卡卡 接触式IC卡的多个金属触点为卡芯片与外界的信息传输媒介，成本低，实施相对简便；非接触式IC卡则不用触点，而是借助无线收发传送信息，因此在前者难以胜任的交通运输等诸多场合有较多应用。 非接触式非接触式IC卡卡CPU卡：按应用领域分类 根据应用领域的不同可将智能卡分为金融卡和非金融卡（即银行金融卡和非金融卡（即银行卡和非银行卡）卡和非银行卡）。金融卡又分为信用卡和现金卡。前者用于消费支付时，可按预先设定额度透支资金，后者可用做电子钱包和电子存折，但不得透支。而非金融卡的涉及范围极广，实质上囊括了金融卡之外的所有领域，如门禁卡、组织代码卡、医疗卡、保险卡、IC卡身份证、电子标签等。