射频识别技术精选课件.ppt

1、1无线射频识别技术2目录?无线射频识别技术基本工作原理?无线射频识别的数据传输协议与安全性?数据完整性?多目标识别与系统防冲突3无线射频识别技术基本工作原理?无线射频识别技术(Radio Frequency Identification)是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)传输特性，实现对被识别物体的自动识别。4无线射频识别技术基本工作原理5被动式标签工作流程图6RFID 应用?带有RFID芯片的第二代身份证及读写设备7RFID 应用?汽车钥匙中含有特定的应答器，在汽车上装有阅读器。当钥匙插入到点火器中时，阅读器能够辨识钥匙的身份。如果阅读器接收不到

2、射频卡发送来的特定信号，汽车的引擎将不会发动。8RFID 应用?RFID远距离识别车辆管理系统示意图9RFID 应用?如果每个商品上都贴有RFID标签的话，只要将整个购物车推过一道装有感应器的门，即可瞬间完成结帐，既方便又有效率。10RFID 应用?公交卡11RFID 应用?RFID应用于汽车制造12RFID 系统组成系统组成?一套典型的RFID系统由电子标签（Tag）、读写器(Reader)和Middleware&A.P.中介和应用系统构成。13RFID 标签?RFID电子标签：是射频识别系统的数据载体，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对

3、象。14RFID 标签的类型?依据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。15RFID 标签的类型钮扣型试管型钥匙型卡片型表带型钮扣型智能型标签电子卷标16RFID 标签的类型?依据依据电子标签供电方式电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为的不同，电子标签可以分为 有有源电子标签源电子标签(Active tag)、无源电子标签、无源电子标签(Passive tag)和半无源电子标签和半无源电子标签(Semipassive tag)。有源。有源电子标签内装有电池，无源射频标签没有内装电池，电子标签内装有电池，无源射频标签没有内装电池，半无

4、源电子标签半无源电子标签(Semipassive tag)部分依靠电池部分依靠电池工作。工作。17RFID 标签的类型18被动式(Passive)与主动式(Active)Tag19工作频率?读写器发送无线信号时所使用的频率被称为无线射频识别系统的工作频率?低频LF（125-134KHz)?高频HF（13.56MHz）?超高频UHF（433MHz，860-960MHz）?微波（2.45GHz)20工作频率21低频低频Low Frequency(LF)?低频的最大优点在于其标签靠近金属或液体的物品能够有效发射讯号，不像其他较高频率标签的讯号会被金属或液体反射回来，但缺点是读取距离短、无法同时进行多

5、标签读取以及资讯量较低，一般应用于门禁系统、动物晶片、汽车防盗器和玩具等。22高频高频High Frequency(HF)：主要规格：主要规格13.56MHz?读取距离约10-100公分；?优点在于传输速度较快且可进行多标签辨识；?缺点是于环境干扰较为敏感，在金属或较潮湿的环境下，读取率较低；?应用于门禁系统、悠游卡、电子钱包、图书管理、产品管理、文件管理、栈板追踪、电子机票、行李卷标；23超高频超高频Ultra High Frequency(UHF)?可采用蚀刻或印刷的方式制造，因此成本较低，读取距离约取距离约5-6公尺；?优点在于读取距离较远、信息传输速率较快，而且可以同时进行大数量标签的

6、读取与辨识，目前已成为市场的主流；?缺点是在金属与液体的物品上的应用较不理想；缺点是在金属与液体的物品上的应用较不理想；?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、货车追踪、供应链追踪；?技术门坎高是未来发展的主流24微波微波Microwave(MW)?特性和应用领域与超高频段相似，但是对于环境的敏感性较高.25数据传输协议与方式?数字调制?数字调制是指用数字数据调制模拟信号，主要有三种形式：移幅键控法ASK、移频键控法FSK、移相键控法PSK26数据传输协议与方式?数字调制的三种方式27数据编码方法?反向不归零码(Non Return to Zero）?曼彻斯特编码(

7、Manchester）?单极性归零编码(Unipolar RZ）?差动双项编码(DBP）?米勒编码(Miller)?差动编码?脉冲宽度编码(Pulse Width Modulation)?脉冲位置编码(Pulse Position Modulation28数据编码方法29数据完整性?数据完整性用来描述数据传输过程中一组、一帧或者一包数据的内在关联一致性。30数据完整性?采用非接触技术传输数据时，很容易遇上干扰，使传输数据发生改变，因而导致传输错误，通常采用数据检错与纠错算法来解决?常采用的方法有奇偶校验、纵向冗余校验、循环冗余校验31奇偶校验法?把一个奇偶校验位组合到每一字节中(即每字节发送9

8、位)?接收端对接收到的数据进行与发送端相同的校验方法?优点：简单，且广泛使用?缺点：识别错误的能力低32纵向冗余校验法（LRC）33纵向冗余校验法（LRC）?优点：算法简单?缺点：多个错误可能相互抵消?主要用于快速校验很小的数据块?对容量较小的标签(每次交互数据量不大)比较适合34循环冗余校验法（CRC）35干扰与抗干扰?标签?1 标签错误的响应读写器的命令?2 标签工作状态的混乱?3 可写入标签错误的进入体眠状态?读写器?1不能识别正常工作的标签，误判标签故障?2 将一个标签判别为另外一个标签，造成识别错误36可能的抗干扰措施?通过标签与读写器通信约定的数据完整性方法，检验出受到干扰出错的数

9、据?通过数据编码提高数据传输过程中的抗干扰能力，使得数据传输中不容易受到干扰?通过数据编码与数据完整性校验，纠正数据传输中的某些差错?通过多次重发、比较剔除出错的数据并保留判断为正确的数据37识读率与误读率38多目标识别与系统防冲突39冲突?由于无法预知读写范围内的应答器的情况，因此从读写器到应答器的数据传输只能采用广播形式，即读写器发送的信号被所有应答器同时接收。?此时，由于同一标准的应答器采用的频率是一样的，因此如果多个应答器同时发送数据必然会导致读写器读到的数据面目全非，这就是所谓的冲突。40如何解决冲突?读写器一标签:类似于无线电广播，多个接收机(标签)同时接收同一个发射机(读写器)发

10、出的信息。?标签一读写器:称为多路存取，使得在读写器作用范围内多个标签的数据同时传送给读写器。?可以借鉴无线电通信系统中多路存取的方法解决冲突问题41射频识别系统中常用的多路存取方法?空分多路法(SDMA)?频分多路法(FMDA)?时分多路法(TDMA)42空分多路法?空分多路(Space Division Multiple Access）法可以理解为在分离的空间范围内重复使用确定的资源?应用到无线射频识别中，一般有两种方式:?使用多个读写器，并将它们的天线安置在一个阵列中，当应答器进入不同的天线作用区内的时候，对应的读写器可以读取应答器中的数据?控制天线依次对准每个应答器或者应答器逐次对准天

11、线43?控制天线依次对准每个应答器或者应答器逐次对准天线44空分多路法的缺点?复杂的天线系统?相当高的实施费用?一般应用于某些特殊应用场合45频分多路法?频分多路(Frequency Division Multiple Access FDMA)法是把若干个使用不同载波频率的传输通路同时供通信用户(应答器)使用的方法?在射频识别的下行通路(从读写器到应答器)的频率固定的情况下，上行通路(从应答器到读写器)中，应答器可以采用各自独立的副载波频率(如在某个频率范围内)来进行数据传输46频分多路法的缺点?每个接收通路必须有自己单独的接收器，以接收不同频率的应答器信号?局限性更大，读写器的成本很高47时

12、分多路法?时分多路(Time Division Multiple Access，TDMA)法是把整个可供使用的通路容量按时间槽分配给多个用户(应答器)使用的方法，可以分为:?标签控制法(随机的冲突分析)?读写器控制法(减少冲突应答器集合)48标签控制法(随机的冲突分析)?每个应答器随机选择一个时间槽，如果发生冲突，应答器就换成另外的时间槽?开关断开法:应答器成功完成数据交互后，通过读写器发出的命令进入“静止”状态，即不再发送自己的序列号和数据49标签控制法(随机的冲突分析)?成功识别所有应答器的概率由应答器数目和时间槽总数决定?应答器数目：进行多次试探性读取并根据结果估计?时间槽总数：根据估计

13、结果进行调整?优点:可以在比较短的时间内识别出大部分的应答器?缺点:最后可能会产生一定的误差50读写器控制法(减少冲突应答器集合)?每次找到一个应答器，成功后就沉默?应答器依次产生响应?1.轮询法:所有的序列号被读写器依次询问，直至某个有相同序列号的应答器响应为止?2.二进制搜索法51二进制搜索法?读写器发出一个请求命令，以从一组应答器中选择其中之一?读写器通过合适的信号编码，确定发生冲突的准确比特位置，从而对应答器返回的数据做出进一步的判断，发出另外的请求命令，以最终确定读写器作用范围内的所有应答器52读写器控制法(减少冲突应答器集合)?优点:在足够长的时间内总可以识别出所有的应答器?缺点:

14、在某些情况下，可能在不匹配任何应答器的序列号上耽搁太长时间53ISO14443 和ISO15693?ISO14443:Proximity Coupling?ISO15693:Vicinity Coupling54耦合类型?密耦合:01cm.30M以下频率，通常是插入读写器中或者放置到读写器天线的表面，适合安全性较高，作用距离无要求的应用系统，如电子门锁、饭卡。?遥耦合:1m，分为近耦合（典型作用距离15cm）和疏耦合（1m）?远距离系统:110m55ISO14443 和ISO15693?ISO 14443和ISO 15693标准在1995年开始操作，单个系统于1999年进入市场，两项标准的完成

15、则是在2000年之后?二者皆以13.56MHz交变信号为载波频率?ISO15693读写距离较远，当然这也与应用系统的天线形状和发射功率有关?ISO 14443读写距离稍近，但应用较广泛，目前的第二代电子身份证采用的标准是ISO14443 TYPE B协议56ISO14443 和ISO15693?高频频段为技术成熟的非接触式智能卡采用，囿于通信速率和安全性需求，非接触式智能卡的工作距离一般在10cm 左右。高频频段中的ISO15693 规范通过降低通信速率使通信距离加大，通过大尺寸天线和大功率读写器，工作距离可以达1 米。57ISO 14443?对近耦合卡(Proximity integrate

16、d circuit card)的物理特性、频谱功率、信号接口和通信协议等方面进行了详细的规定?对应的读写器为PCD(Proximity Coupling Device)?分为TYPE A和TYPE B两种类型58读写器(PCD)到应答器(PICC)的数据传输59应答器(PICC)到读写器(PCD)的数据传输60负载调制61防冲突机制?TYPE A的防冲突机制被称为“位冲突检测协议”或“二进制检索树算法”，应用的是减少冲突的应答器集合的思想?TYPE B的防冲突机制又称为“?屁法，应用的是随机的冲突分析思想62TYPE A 的相关命令?REQUEST（SNR）一请求(序列号):此命令发送一序列号

17、作为参数给应答器。应答器把自己的序列号与接收的序列号比较，如果是自己的序列号小于或等于接收的序列号，则此应答器回送序列号给读写器，由此来缩小应答器的冲突范围。?SE LECT（SN R）一选择(序列号):此命令将某个己经识别出来的序列号作为参数发送给应答器来选择该应答器。具有相同序列号的应答器将以此作为执行上层通信命令的切入开关，即没有相同序列号的应答器将对上层通信命令不予响应。具有不同序列号的应答器63TYPE A 的相关命令?READ-DATA一读出数据:选中的应答器将存储的数据发送给读写器，此命令属于上层通信命令。?UNSELECT一取消选择:取消一个事先被选中的应答器，应答器进入“无声

18、”状态，在这种状态中应答器是非激活的，对收到的REQUEST 命令不予应答。为了激活应答器，必须暂时离开读写器的作用范围以进行复位。64TYPE A 的防冲突机制?Manchester编码分别采用上升沿和下降沿来表示0和1，而没有电平变化的的间断是不允许的.因此，可以在保证不冲突位正确的前提下，准确判断出冲突位的位置?为了支持二进制检索树算法，要让所有的应答器可以准确的同步，只有所有的应答器在同一时刻开始传输自己的序列号并采用Manchester编码的同时，读写器才能按位判断出冲突的发生位6566TYPE A 的防冲突机制67TYPE B防冲突机制?PCD是与一个或多个PICC通信时的主控方，

19、它通过REQB(Request Command,Type B)命令来启动PICC的通信活动，以便提示PICC进行响应。?在防冲突序列期间，可能发生两个或两个以上的PICC同时响应。PCD通过重复给PICC发送命令来进行防冲突过程，直到最后将所有的PICC分离来通信。68TYPE B防冲突机制?防冲突方案以时间槽(SLOT)的定义为基础，要求PICC在时间槽内用最小表示数据进行应答，以便增加通信容量。?时间槽在命令以REQB及WUPB命令中被参数化，范围从1整数。?PICC在每个时间槽内的概率是可以控制的。从而，即便在PCD场中有多个PICC，在一个时间槽内只有一个PICC响应的情况也是可能的，

20、此时PCD就可以得到这个PICC的识别信息。在这个识别的基础上，PCD可以建立与这个己识别PICC的通信通路。6970RFID 应用中需要注意的一些问题?不同的射频识别系统的硬件价格差别是巨大的，而系统本身的特性也各不相同，系统的成熟度也有所不同。71不同频段RFID技术特性?低频(LowFrequency)?读写设备的价格低廉，但读取距离短、无法同时进行多标签读取(抗冲突)、信息量较低，一般的存储容量在128 位到512 位。虽然低频系统成熟，读写设备价格低廉，但是由于其谐振频率低，标签需要制作电感值很大的绕线电感，并常常需要封装片外谐振电容，其标签的成本反而比其他频段高。72不同频段RFI

21、D技术特性?高频(High Frequency)?和低频相较，其传输速度较快，通常在100kbps 以上，且可进行多标签辨识(各个国际标准都有成熟的抗冲突机制)。该频段的系统得益于非接触式智能卡的应用和普及，系统也比较成熟，读写设备的价格较低。产品最丰富，存储容量从128 位到8K 以上字节都有，而且可以支持很高的安全特性，对于安全性要求较高的RFID 应用，目前该频段是唯一选择。73不同频段RFID技术特性?超高频(Ultra High Frequency)?因为天线可采用蚀刻或印刷的方式制造，因此成本相对较低。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，因此特别

22、适用于物流和供应链管理等领域。读写设备的价格非常昂贵，应用和维护的成本也很高。此外，该频段的安全性特性一般，不适合安全性要求高的应用领域。74不同频段RFID技术特性?微波(Microwave)：?微波频段的特性与应用和超高频段相似，但是对于环境的敏感性较高。由于其频率高于超高频，标签的尺寸可以做得比超高频更小，但水对该频段信号的衰减较超高频更高，同时工作距离也比超高频更小。75不同频段RFID技术特性?一个射频识别系统的成本，包含硬件成本、软件成本和集成成本等。而硬件成本不仅仅包括读写器和标签的成本，还包括安装成本。?高的数据传输率只能在相对较近的距离下实现，反之，如果要提高通信距离，就需要

23、降低数据传输率。76案例分析智能车位诱导系统管理中心主控器车位检测系统车流量检测系统信息显示系统数据采集系统数据采集系统节点控制节点控制节点控制数据采集系统7778车位探测子系统?车位探测子系统由车位探测器、车位指示灯、数据采集器等组成，利用超声波反射回波检测反射物距检测器的距离，从而判断车位上是否有车辆停放，并能有效分辨车辆、人员、物体等。79?根据车位使用情况控制车位指示灯不同的颜色，红色为占用，绿色为空位，客户在50米外即可看到，根据车位指示灯的颜色客户可很快找到车位。80车位信息显示子系统?信息显示系统动态实时显示停车场车位数的变化，主入口引导屏显示整个车场空车位数，区位引导屏显示该区

24、域的空车位数，交叉路口引导屏显示行车方向上的空车位数。818283车位控制子系统整个诱导系统的核心，完成所有数据的采集、传输、控制，计算车位数的变化，实时更新各个引导屏的车位数，并将数据实时上传到管理电脑，在电子地图上直观反映车位使用情况控制系统由主控器、节点控制器、数据采集器组成，实时采集车位探测器、车流量检测器的状态，对车位数进行运算，并将运算结果发送到引导屏和管理电脑。控制系统具有自检功能，对故障设备发出报警信息，提示设备故障，通过管理软件可查出出具体位置，方便维修人员进行系统维护。84蔬菜社区智能配送平台?用智能配送平台实现农场到家庭(F2F)的直供服务模式当日采摘当日运输当日送达网站

25、或电话预订蔬菜并支付货款收获分装物流运输85智能化社区配送系统帮助农业企业进入社区1、消费者利用网站(电话）形成订单并支付2、农场根据订单组织采收、加工、包装、装箱、粘贴追溯码3、配送中心负责配送到社区智能配送柜，并通知用户取货地点和取货密码4、消费者到配送柜取出蔬菜，系统自动86电子商务网站服务界面电子商务网站服务界面用户登录网站，选择蔬菜、预订蔬菜、在线支付等功能基地利用网站后台管理，产品上架、根据订单生成采摘计划，安排采摘、加工、包装、生成配送单。87通过远程物联网技术,实现优质蔬果的智能化配送管理智能保鲜配送柜88智能配送柜的智能交付管理智能配送柜的智能交付管理89网上购买短信通知社区取货更优惠的价格！更安全，新鲜的产品！更方便省时的采购！90社区直供的应用价值消费者?优惠的价格?安全，新鲜?购买方便、省时生产者?更低的物流配送成本?高于普通菜市的产品价格?吸引消费者的旅游、参观示范效应