RFID——射频识别课件

无线射频识别（RFID）技术无线射频识别（RFID）技术1无线射频识别（RFID）技术RFID概述组成与分类工作原理应用领域无线射频识别（RFID）技术RFID概述2概述RFID的英文全称是Radio Frequency Identification，射频识别，又称电子标签，无线射频识别，感应式电子晶片，近接卡、感应卡、非接触卡、电子条码。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。适于实现自动化且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，操作快捷方便。概述RFID的英文全称是Radio Frequency Id3二、RFID组成与分类1.基本组成部分：狭义的RFID系统电子标签（tag，transponder）读写器（reader）天线（antenna）完整的RFID系统数据采集端：标签、阅读器、天线中间件或者接口应用系统如MIS/ERP等二、RFID组成与分类1.基本组成部分：4RFID系统组成结构图中间件中间件RFID系统组成结构图中间件5（1）RFID标签标签俗称电子标签，也称应答器，根据工作方式可分为主动式（有源）和被动式（无源）两大类。RFID标签芯片的内部结构主要包括射频模块、存储器、控制模块及天线四部分。射频模块及天线射频模块及天线由于读写器和标签之间采用无线通信方式，因此它们都有无线收发模块。存储器存储器存储器存储器内存容量在几个比特到几十干字节之间，可储存永久性数据和非永久性数据。控制模块控制模块完成接收、译码及执行读写器命令，控制读写数据，负责数据安全等功能。（1）RFID标签6（2）读写器）读写器也称阅读器、询问器，是对RFID标签进行读/写操作的设备，主要包括射频模块和读写模块两部分。射频模块射频模块 用于发送和接收数据读写模块读写模块 接收射频模块传输的信号，译码后获得标签内信息，或将要写入标签的信息译码后传给射频模块，完成写标签操作。（2）读写器7（3）天线）天线RFID标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通讯连接的设备。（4）中间件中间件存在于RFID数据采集端和后台的计算机系统之间的数据流上的一个中间结构体。作用：数据过滤、数据分发、数据集成（如多个阅读器数据的汇总），是阅读器和MIS之间的数据处理部分。（3）天线8(5)应用应用系统系统是直接面向RFID应用最终用户的人机交互界面，协助使用者完成对读写器的指令操作以及对中间件的逻辑设置，逐级将RFID原子事件转化为使用者可以理解的业务事件，并使用可视化界面进行展示。(5)应用系统9RFID系统的参数参数很多，表现在：识读率基本参数包括：系统频率：125KHz5.8MHz阅读距离：几毫米几百米可读写容量（内存）：0几十Kbytes多标签识别数量（抗冲撞性）：01000个阅读器抗冲撞性：很重要识别速度：几百公里/小时物理性能：温度、适度、大小等等RFID系统的参数参数很多，表现在：识读率102.分类分类(1)按应用频率按应用频率1 1、低频段射频标签、低频段射频标签 典型工作频率：典型工作频率：125K125K，134K134K；低频标签的低频标签的典型应用典型应用有：动物识别、容器识别、工具识别、有：动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）等。与低频电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）等。与低频标签相关的国际标准有：标签相关的国际标准有：ISO11784/11785ISO11784/11785（用于动物识别）（用于动物识别）、ISO18000-2ISO18000-2（125-135125-135kHzkHz）。低频标签有多种外观形）。低频标签有多种外观形式，应用于动物识别的低频标签。读卡距离在式，应用于动物识别的低频标签。读卡距离在1010厘米之内，厘米之内，最远不超过一米。最远不超过一米。主要优势主要优势：采用：采用CMOSCMOS工艺，省电、廉价的特点；工作频率工艺，省电、廉价的特点；工作频率不受无线电频率管制约束；可以穿透水、有机组织、木材不受无线电频率管制约束；可以穿透水、有机组织、木材等；适合近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应等；适合近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应用（例如：动物识别）等。用（例如：动物识别）等。劣势主要体现在：标签存贮数据量较少；只能适合低速、劣势主要体现在：标签存贮数据量较少；只能适合低速、近距离识别应用；容易复制，安全性较差。近距离识别应用；容易复制，安全性较差。2.分类(1)按应用频率112 2、高频率电子标签、高频率电子标签典型工作频率为：典型工作频率为：13.56MHz 13.56MHz，可方便地做成卡状。，可方便地做成卡状。典型应用包括：电子车票、电子身份证典型应用包括：电子车票、电子身份证 。国际标准有：国际标准有：ISO14443ISO14443、ISO15693ISO15693、ISO18000-3ISO18000-3（13.56MHz13.56MHz）等。工）等。工作频率的提高，可以选用较高的数据传输速率。射频标签天线设计相作频率的提高，可以选用较高的数据传输速率。射频标签天线设计相对简单，标签一般制成标准卡片形状。读卡距离一般情况小于对简单，标签一般制成标准卡片形状。读卡距离一般情况小于10CM10CM。3 3、超高频与微波标签、超高频与微波标签 典型工作频率为：典型工作频率为：433.92MHz433.92MHz，862(902)928MHz862(902)928MHz，2.45GHz2.45GHz，5.8GHz5.8GHz。无源标签，射频识别距离一般大于无源标签，射频识别距离一般大于1m1m，典型情况为，典型情况为46m46m，最大可达，最大可达10m10m以上。以上。有源标签一般阅读标签距离工作在有源标签一般阅读标签距离工作在8080米以内，最远可达四五百米。米以内，最远可达四五百米。典型应用包括：移动车辆识别、电子身份证、仓储、物流应用等。典型应用包括：移动车辆识别、电子身份证、仓储、物流应用等。相关的国际标准有：相关的国际标准有：ISO10374ISO10374，ISO18000-4ISO18000-4（2.45GHz2.45GHz）、）、-5 5（5.8GHz5.8GHz）、）、-6-6（860-930860-930MHzMHz）、）、-7-7（433.92433.92MHzMHz），），RFID射频识别课件12无源标签无源标签系统，首先根据上层软件需求，应用软件系统向阅读器发送相应指令，阅读器响应指令并通过天线向外辐射电磁波。处在该阅读器识读范围内的标签接受电磁波激励，将其一部分能量整流为直流电源供标签内部电路工作，而另一部分电磁波被标签内部保存的数据按照约定的调制方式进行信息调制(反射调制或反向散射调制)后发回阅读器。阅读器接收调制信号并解调得到预期数据并传给应用软件执行相应操作。（2）RFID按照能源的供给方式按照能源的供给方式无源标签系统，首先根据上层软件需求，应用软件系统向阅读器发送13有源标签有源标签由电池供电，它会间歇性(频度可以设置)地向外主动发送包含自身ID信息或其他数据信息的电磁波，处于侦听状态的阅读器接收到该电磁波信号即可按照约定规则解调得到可被利用的数据。半有源标签半有源标签虽有电池供电，但其自身并不主动发送电磁波，而是等待有阅读器电磁波信号激励的时候，半有源标签才在电池辅助的状态下进行电磁波调制并发回阅读器。有源标签由电池供电，它会间歇性(频度可以设置)地向外主动发送14（3 3）按按标签标签内部使用存储器类型内部使用存储器类型只读卡(RO)：只读标签内部只有只读存储器(Read Only Memory，ROM)和随机存储器(Random Access Memory，RAM)可读写卡(RW)：标签内部的存储器除了ROM、RAM和缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。一次写入多次读出卡(WORM)（3）按标签内部使用存储器类型只读卡(RO)：只读标签内15（4 4）按标签中存储器数据存储能力按标签中存储器数据存储能力标识标签标识标签：存储的只是标识号码，用于对特定的标识项目，如人、物、地点进行标识，关于被标识项目的详细的特定信息，只能在与系统相连接的数据库中进行查找。便携式数据文件便携式数据文件：标签中存储的数据非常大，可以看作是一个数据文件。这种标签一般都是用户可编程的，如包装说明、工艺过程说明等。（4）按标签中存储器数据存储能力标识标签：存储的只是标识号码16标签的成本对于RFID系统来讲，标签是消耗品。系统的其他投资是一次性的，而标签的投资则是经常性的，即使是可以回收利用的系统，也需要经常补充损坏或者遗失的标签。目前，标签的成本都比较高，因此，RFID系统的选择必须根据被识别物品本身的价值以及所能创造的附加值等来综合考虑。目前RFID标签的成本低频一般在3块钱以下，高频一般在15元以下，而超高频标签一般在30元以上。而对于有源系统来讲，标签成本更加昂贵，大多在100元以上。标签的成本对于RFID系统来讲，标签是消耗品。系统的其他投资17读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被启动（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）。标签将自身编码等信息透过标签内天线发送出去。读写器接收天线接收到从标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和译码然后送到后台软件系统处理。后台软件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相应的动作。三、RFID工作原理读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当标签进入发射天线18RFID系统工作示意图RFID系统工作示意图19RFID系统工作流程图RFID系统工作流程图201.标签标签与阅读器之间的耦合方式（主要有两种）：（1）电磁感应即所谓的变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。电磁感应方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。电磁感应系统识别距离一般较近，典型工作频率125kHz,225kHz,13.56MHz，典型作用距离为1020cm。1.标签标签与阅读器之间的耦合方式（主要有两种）：（1）电磁21（2）电磁反向散射耦合即所谓的雷达原理模型，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。电磁反向散射耦合方式一般适合于超高频、微波工作的远距离射频识别系统。电磁传播系统识别距离较远，典型工作频率为433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz，典型工作距离为310m。（2）电磁反向散射耦合即所谓的雷达原理模型，发射出去的电磁波222.读写器主要功能：与应答器的通信功能：读写器的基本功能与应用系统之间的通信功能：让应用系统能够对读写器进行控制并处理应答器的数据信息在读写区内实现多应答器识别，完成防冲突功能校验读写过程中的错误2.读写器主要功能：23射频模块包含发送器和接收器，其功能包括：产生发射功率以启动应答器并提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给应答器；接收并解调来自应答器的射频信号。射频模块包含发送器和接收器，其功能包括：24控制模块也称为读写模块，其功能包括：与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发来的动作指令；控制与应答器的通信过程；信号的编码与解码；防冲突算法的执行；对物理读写器与应答器之间传送的数据进行加密和解密；进行物理读写器与应答器之间的身份认证控制模块也称为读写模块，其功能包括：253.读写器与应用系统之间的接口-中间件:由读写器适配器、事件管理器和应用程序接口3个组件组成3.读写器与应用系统之间的接口-中间件:由读写器适配器、事件26 中间件主要目的：隔离应用层与设备接口；处理读写器与传感器捕获的原始数据；提供应用层接口用于管理读写器、查询RFID观测数据。中间件是介于前端读写器硬件模块与后端数据库、应用软件之间的一类软件,是RFID应用部署运作的中枢。中间件主要目的：27RFID系统工作原理图中间件中间件及应用及应用软件软件数据协议处理器数据协议处理器标签驱动标签驱动(射频单元射频单元)读写器读写器读写器读写器电子标签电子标签电子标签电子标签响应单元响应单元编码编码存储器存储器解码解码物理接口物理接口(调制解调调制解调)读数据读数据写数据写数据命令命令查询查询写入写入读取读取应用程序接口应用程序接口应用程序接口应用程序接口(API)(API)(API)(API)空中接口空中接口空中接口空中接口(Air Interface)(Air Interface)(Air Interface)(Air Interface)芯片芯片天线天线封装封装数据数据能量能量RFID系统工作原理图中间件及应用软件数据协议处理器标签驱动28非接触识别，使用寿命长 数据可读写 非可视读取数据（非光识别），需要专业设备读取远距离读取、高速度 具有一定的数据存储能力多标签抗冲撞，多目标同时识别环境适应性强，不怕灰尘、油污等 智能传感器（压力、温度传感器）很高的识别精度 全球唯一ID号码，克隆困难RFID系统特性（优点）非接触识别，使用寿命长 RFID系统特性（优点）29RFID系统特性（缺点）各种RFID性能差异较大对发射电磁波或者吸收电磁波的识别对象，系统失效对环境电磁噪声较为敏感 同时识别的对象的多少可以影响识读效果RFID硬件现场安装情况会影响识读效果阅读器的发射功率会影响识读效果 RFID技术本身还在不断地发展中 成本问题、标准问题、隐私权、监管问题RFID系统特性（缺点）各种RFID性能差异较大30四、RFID应用分类 1EAS系统 EAS(Electronic Article Surveillance)是一种设置在需要控制物品出入门口的RFID技术。这种技术的典型应用场合是商店、图书馆和数据中心等地方，当未被授权的人从这些地方非法取走物品时，EAS系统会发出警告。典型的EAS系统一般由三部分组成：附着在商品上的电子标签，电子传感器。电子标签灭活装置，以便授权商品能正常出入。监视器，在出口形成一定区域的监视空间。四、RFID应用分类 1EAS系统31 2便携式数据采集系统 便携式数据采集系统是使用带有RFID阅读器的手持式数据采集器采集RFID标签上的数据。这种系统具有比较大的灵活性，适用于不宜安装固定式RFID系统的应用环境。手持式阅读器(数据输入终端)可以在读取数据的同时，通过无线电波数据传输方式实时地向主计算机系统传输数据，也可以暂时将数据存储在阅读器中，成批地向主计算机系统传输数据。2便携式数据采集系统32 3物流控制系统在物流控制系统中，RFID阅读器分散布置在给定的区域，并且阅读器直接与数据管理信息系统相连，信号发射机是移动的，一般安装在移动的物体、人上面。当物体、人流经阅读器时，阅读器会自动扫描标签上的信息并把数据信息输入数据管理信息系统进行存储、分析和处理，以达到控制物流的目的。3物流控制系统334定位系统 定位系统用于自动化加工系统中的定位，以及对车辆、轮船等进行运行定位支持。阅读器放置在移动的车辆、轮船或者自动化流水线中移动的物料、半成品和成品上，信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。信号发射机上存储有位置识别信息，阅读器一般通过无线的方式(有的采用有线的方式)连接到主信息管理系统。4定位系统34RFID行业应用n1.1.物流物流 物流是RFID最有潜力的应用领域之一，美军的军事物流系统将RFID应用推向一个新的高潮，世界各大物流公司，如：UPS、DHL、Fedex等物流巨头都在积极试验RFID技术，以期在将来大规模应用提升其物流能力。可应用的过程包括：物流过程中的货物追踪，信息化自动采集，对机场、车站、港口、码头等的使用，运输过程中结合GPS和GIS系统的跟踪定位等，实现对物资或行李包裹的实时追踪。n2.2.仓储仓储 各制造企业、商业企业集团对库存的可视化管理。结合RFID和读写器的工作，可实时了解库存的情况，自动化进库，出库，盘点的工作。RFID行业应用1.物流35n3.3.零售零售 由沃尔玛、麦德隆等大型超市一手推动的RFID应用，可以为零售业带来包括降低劳动力成本、商品的可视度提高，降低因商品断货造成的损失，减少商品偷窃现象等等好处。可应用的过程包括：商品的销售数据实时统计，补货，防盗等。另外结合会员卡或手机RFID-SIM卡，可实现对商场会员的小额电子支付，移动支付等应用。n4.4.制造业制造业 应用于生产过程的生产数据实时监控，质量追踪，自动化生产，个性化生产等。在贵重及精密的货品生产领域应用更为迫切。如飞机、汽车制造业，对飞机、汽车零部件生产质量追踪。另外像服装、烟草、高档酒、药品等行业现也已经得到广泛的应用。实现其在仓储管理，品牌管理，单品管理，渠道管理等的过程。RFID行业应用3.零售RFID行业应用36n5.5.军事军事 军队对枪支，弹药，军用物资的识别与自动化管理，军事物流的应用。哨兵枪械监管，军区大门出入口监管，军队派车管理，电子伤票系统，人员搜救系统等的应用。实现对军队内部的每个人，每件物资，每辆车的监管。n6.6.交通交通 高速公路ETC不停车收费系统，环卫车辆监管，出租车稽查，公交枢纽管理，铁路机车识别，智能交通应用：公交优先，智能调度。n7.7.电力电力 智能电网中的自动抄表，自动检测各输变电站仪器设备的工作状态，及对电力工作人员的巡检。可及时发现设备故障，避免造成重大的安全事故，提高维护管理水平和工作效率。RFID行业应用5.军事RFID行业应用37RFID的应用举例n在远距离识别上，高速公路的不停车收费系统是RFID一个较成功的应用。香港已经建立了车辆自动识别系统驾易通，在约8万辆汽车上安装了电子标签。当装有电子标签的车辆通过装有射频扫描器的专用隧道、停车场或高速公路路口时，无需停车缴费，大大提高了行车速度，提高了效率。基本原理基本原理RFID的应用举例在远距离识别上，高速公路的不停车收费系统是38自动辨识馆藏管理自动辨识馆藏管理39存在的问题：RFID在推广应用中遇到了不少挑战，主要表现在 成本、标准、精确度与应用模式 等方面。标准化问题 价格问题技术的突破涉及人员失业、隐私保护以及安全问题 存在的问题：RFID在推广应用中遇到了不少挑战，主要表现在40标准化问题标准化是推动产品广泛获得市场接受的必要措施，但射频识别读取机与标签的技术仍未见其统一，因此无法一体化使用。而不同制造商所开发的标签通讯协定，使用不同频率，且封包格式不一。而RFID技术又不像条码，虽有常用的共同频率范围，但制造厂商可以自行改变，此外，标签上的芯片性能，存储器存储协议与天线设计约定等，也都没有统一标准。尽管RFID的有关标准正在逐步开发制定、不断完善，但是不同国家又有自己的规则。有的业内人士担心，比制定条码标准各国更为困难的是，如果一个国家把某个频率权卖给某个商业企业后，在出现对其他系统的干扰时，这个国家就很难对这个频率段的使用情况进行监督管理。标准化问题标准化是推动产品广泛获得市场接受的必要措施，但射频41价格问题RFID系统不论是标签、读取器和天线，其价格都比较昂贵。在新的制造工艺没有普及推广之前，高成本的RFID标签只能用于一些本身价值较高的产品。美国目前一个RFID标签的价格约为0.300.60美元，对一些价位较低商品，采用高档RFID标签显然不划算。另外，对使用RFID系统客户而言，其设备投资也不菲，据有关报告指出，为每个商店安装一台RFID和EPC（电子产品编码）识读装置的成本至少是10万美元，对一个组织而言，这方面的投资可能会达到30004000美元。价格问题RFID系统不论是标签、读取器和天线，其价格都比较昂42技术的突破RFID技术上尚未完全成熟，特别是应用于某些特殊的产品，如液体或金属罐等时，大量RFID标签无法正常起作用。标签的可靠性也是个大问题。就目前看来，现在普遍使用的134KHz和13.56KHz因传输距离太短，限制了阅读器和RFID标签间的传输距离，使若干标签不能有效地被读取，标签失效率很高。此外，RFID标签与读取机有方向性，射频识别讯号易被物体阻断，也是RFID技术发展一大挑战。即使贴上双重标签，仍有3的标签无法识别。技术的突破RFID技术上尚未完全成熟，特别是应用于某些特殊的43其他方面（涉及人员失业、隐私保护以及安全问题）企业采用射频识别系统后，原来由手工完成的工作将有很多被该系统取代，其衍生而来的问题就是将有许多劳工面临失去工作的危机。同时RFID的大规模应用还会涉及到隐私保护以及安全问题，当前的无源RFID系统没有读写能力，所以无法使用密钥验证方法来进行身份验证，如果标签是有源的，并且会收到不断变化的验证密钥，那将会大大提高其安全性，不过这又会增加其成本。正因为如此，目前的RFID技术要想在对信息有保密要求的领域展开应用还存在着障碍。其他方面（涉及人员失业、隐私保护以及安全问题）企业采用射频44