RFID与物联网应用

,*,Nankai University,1,吴功宜 吴英 编著,物联网工程导论,第,2,章,RFID,与物联网应用,2,第,2,章,知,识,点,结,构,3,2.1,自动识别技术的,发,发展背景,数据采集与自动,识,识别技术分类,4,2.2,条形码简介,2.2.1.,条形码的特点,条形码是将宽度,不,不等的多个黑条,（,（或黑块）和空,白,白，按照一定的,编码,规则排列，用以,表,表达一组,信息,的图形标识符,常见的一维条形,码,码是由黑条（简,称,称条）和白条（,简,简称空）排成的,平行线,图案,条形码可以标出,物,物品的生产国、,制,制造厂家、商品,名,名称、生产日期,，,，以及图书分类,号,号、邮件起止地,点,点、类别、日期,等,等信息,在,商品,流通、,图书,管理、,邮政,管理、,银行,系统等许多领域,都,都得到了广泛的,应,应用,5,2.2.2,一维条形码的特,点,点,一维条形码只是,在,在一个方向（一,般,般是水平方向）,表,表达信息，而在,垂,垂直方向则不表,达,达任何信息,优点是编码规则,简,简单，条形码识,读,读器造价较低,缺点是：数据容,量,量较小，一般只,能,能包含字母和数,字,字；条形码尺寸,相,相对较大，空间,利,利用率较低,，,条形码一旦出现,损,损坏将被拒读,多数一维条码所,能,能表示的字符集,不,不过是,10,个数字、,26,个英文字母及一,些,些特殊字符，条,码,码字符集最大所,能,能表示的字符个,数,数也不过是,128,个,ASCII,符,6,2.2.3,二维条形码的特,点,点,二维条形码是在,水,水平和垂直方向,的,的二维空间存储,信,信息,优点：信息容量,大,大、译码可靠性,高,高、纠错能力强,、,、制作成本低、,保,保密与防伪性能,好,好,一维条形码与二,维,维条形码火车票,的,的比较,7,2.3,磁卡与,IC,卡的应用,2.3.1,磁卡的应用,磁卡与磁卡读写,器,器结构,8,2.3.2IC,卡的特点与应用,IC,卡也叫做,智能卡,，它是通过在集,成,成电路芯片中写,有,有数据来进行识,别,别的,9,2.4 RFID,基础知识,2.4.1RFID,标签的基本概念,RFID,是利用无线射频,信,信号空间耦合的,方,方式，实现无接,触,触的标签信息自,动,动传输与识别的,技,技术,RFID,标签又称为“电,子,子标签”或“射,频,频标签”,10,2.4.2RFID,基本工作原理,1.RFID,标签结构,11,2.,理解,RFID,基本工作原理的,电,电磁学基础,法拉第电磁感应,定,定律实验,12,3.RFID,标签工作原理,13,（,1,）被动式,RFID,标签工作原理,被动式,RFID,标签也叫做“无,源,源,RFID,标签”,无源,RFID,标签接近读写器,时,时，标签处于读,写,写器天线辐射形,成,成的近场范围内,RFID,标签天线通过电,磁,磁感应产生感应,电,电流，感应电流,驱,驱动,RFID,芯片电路,芯片电路通过,RFID,标签天线将存储,在,在标签中的标识,信,信息发送给读写,器,器，读写器天线,再,再将接收到的标,识,识信息发送给主,机,机,无源标签工作过,程,程就是读写器向,标,标签传递能量，,标,标签向读写器发,送,送标签信息的过,程,程,读写器与标签之,间,间能够双向通信,的,的距离称为“可,读,读范围”或“作,用,用范围”,14,（,2,）主动式,RFID,标签工作原理,主动式,RFID,标签也叫做“有,源,源,RFID,标签”,处于远场的有源,RFID,标签由内部配置,的,的电池供电,从节约能源、延,长,长标签工作寿命,的,的角度，有源,RFID,标签可以不主动,发,发送信息,当有源标签接收,到,到读写器发送的,读,读写指令时，标,签,签才向读写器发,送,送存储的标识信,息,息,有源标签工作过,程,程就是读写器向,标,标签发送读写指,令,令，标签向读写,器,器发送标识信息,的,的过程,15,（,3,）半主动,RFID,标签,半主动式,RFID,标签继承了无,源,源标签体积小,、,、重量轻、价,格,格低、使用寿,命,命长的优点，,内,内置的电池在,没,没有读写器访,问,问的时候，只,为,为芯片内很少,的,的电路提供电,源,源,只有在读写器,访,访问时，内置,电,电池向,RFID,芯片供电，以,增,增加标签的读,写,写距离较远，,提,提高通信的可,靠,靠性,半主动式,RFID,标签一般用在,可,可重复使用的,集,集装箱和物品,的,的跟踪上,16,2.4.3RFID,标签的分类,17,1.,按标签供电方,式,式进行分类,RFID,标签可以分为,：,：无源,RFID,标签和有源,RFID,标签,18,2.,按标签工作模,式,式进行分类,主动式,RFID,标签,依靠自身能量,主,主动向,RFID,读写器发送数,据,据,被动式,RFID,标签,从,RFID,读写器发送的,电,电磁波中获取,能,能量，激活后,才,才能够向,RFID,读写器发送数,据,据,半主动式,RFID,标签,自身的能量只,提,提供给,RFID,标签中的电路,使,使用，并不主,动,动向,RFID,读写器发送数,据,据,；,当它接收到,RFID,读写器发送的,电,电磁波激活之,后,后，才向,RFID,读写器发送数,据,据,19,3.,按标签读写方,式,式进行分类,只读式,RFID,标签,只读标签,一次性编程只,读,读标签,可重复编程只,读,读标签,读写式,RFID,标签,20,4.,按标签工作频,率,率进行分类,低频,RFID,标签,中高频,RFID,标签,超高频与微波,段,段,RFID,标签,ETC,应用场景,21,5.,按封装材料进,行,行分类,纸质封装,RFID,标签,塑料封装,RFID,标签,玻璃封装,RFID,标签,22,6.,按标签封装的,形,形状进行分类,粘贴在标识物,上,上的薄膜型的,自,自粘贴式标签,用户携带、类,似,似于信用卡的,卡,卡式标签,封装成能够固,定,定在车辆或集,装,装箱上的柱型,标,标签,封装在塑料扣,中,中，用于动物,耳,耳标的扣式标,签,签,封装成钥匙扣,中,中，用于随身,携,携带的身份标,识,识标签,封装在玻璃管,中,中，用于人或,动,动物的植入式,标,标签,23,2.5 RFID,应用系统结构,与,与组成,2.5.1RFID,应用系统结构,24,2.5.2RFID,标签封装与编,码,码,/,打印设备,1.RFID,标签封装与编,码,码,/,打印设备的基,本,本功能,25,2.,大型的仓库,RFID,标签编码,/,打印设备的应,用,用手工粘贴,RFID,标签工作流程,26,自动编码、打,印,印、张贴,RFID,标签工作流程,27,2.5.3RFID,标签读写器,1.RFID,标签读写器的,基,基本功能,各种类型的,RFID,标签读写器,28,读写器的主要,功,功能,：,读写器与,RFID,标签之间的通,信,信,读写器与计算,机,机之间的通信,能够实现在有,效,效读写区域内,实,实现对多个,RFID,标签同时读写,的,的能力,能够对固定或,移,移动,RFID,标签进行识别,与,与读写,能够校验读写,过,过程中错误信,息,息,能够识别有源,RFID,标签与电池相,关,关的电量信息,29,2.,读写器的分类,（,1,）移动式读写,器,器,移动式读写器,适,适用于仓库盘,点,点、现场货物,清,清查、图书馆,书,书架清点、动,物,物识别、超市,购,购货付款、医,疗,疗保健等应用,场,场合,手持便携式读,写,写器一般带有,液,液晶显示屏，,配,配置有键盘来,进,进行操作和数,据,据输入，可以,通,通过各种有线,或,或无线接口，,与,与高层计算机,实,实现通信,移动式读写器,是,是一种嵌入式,系,系统，它将天,线,线与读写模块,集,集成在一个手,持,持设备中,移动式读写器,一,一般使用在低,频,频、中高频、,超,超高频段,是否是只读式,或,或读,/,写式，以及内,存,存的大小需要,根,根据应用的需,求,求确定,30,（,2,）固定式读写,器,器,固定式读写器,一,一般采取将天,线,线与读写器模,块,块分开设计的,方,方法,天线通过电缆,与,与读写器模块,连,连接。天线可,以,以方便地安装,在,在固定的闸门,式,式门柱上、门,禁,禁的门框上、,不,不停车收费通,道,道的顶端、仓,库,库进出口、生,产,产线传送带旁,固定式读写器,一,一般使用超高,频,频与微波段，,作,作用距离相对,比,比较远,31,3.,读写器设计中,需,需要注意的几,个,个问题,标签身份识别,与,与标签数据传,输,输解密,/,解密问题,标签数据传输,错,错误问题,多标签读取过,程,程中的“碰撞,”,”问题,有源标签电源,状,状态管理问题,标签与天线位,置,置对读写效果,的,的影响,32,RFID,应用系统结构,33,2.6 RFID,标签编码标准,*2.6.1RFID,编码标准研究,的,的必要性,在,RFID,应用系统中，,要,要使每一件物,体,体的信息在生,产,产加工、市场,流,流通、客户购,买,买与售后服务,过,过程中，都能,够,够被准确地记,录,录下来，就必,须,须形成全球统,一,一的、标准的,、,、唯一能够准,确,确标识各国、,各,各个企业生产,的,的各个产品的,电,电子编码标准,RFID,技术广泛应用,的,的基础是：,RFID,标签编码的标,准,准化与,RFID,标签体系的建,立,立,目前最有影响,的,的标准主要有,：,：,EPC GlobalRFID,标准,UID RFID,标准,ISO/IEC RFID,标准,34,2.6.2EPC GlobalRFID,标准,美国,MITAuto-ID,实验室,EPC,研究的核心思,想,想是,：,为每一个产品,分,分配一个唯一,的,的电子标识符,EPC,码,EPC,码存储在,RFID,标签,的,的芯,片,片中,通过,无,无线,数,数据,传,传输,技,技术,，,，,RFID,读写,器,器可,以,以通,过,过非,接,接触,的,的方,式,式自,动,动采,集,集到,EPC,码,连接,在,在互,联,联网,中,中的,服,服务,器,器可,以,以完,成,成对,EPC,码所,涵,涵盖,内,内容,的,的解,析,析,35,EPC,研究,的,的内,容,容与,体,体系,36,EPC,编码,体,体系,：,EPC,编码,体,体系,研,研究,的,的是,产,产品,电,电子,代,代码,的,的全,球,球标,准,准,2004,年,6,月,EPCglobal,公布,了,了第,一,一个,EPC,标准,目前,正,正在,研,研究,和,和推,广,广第,二,二代,（,（,GEN2,）,EPC,标准,EPC,射频识别,系,系统,：,EPC,射频识别,系,系统研究,包,包括,EPC,标签与,EPC,读写器,EPC,信息网络,系,系统,：,EPC,信息网络,系,系统是由,互,互联网连,接,接的多个,支,支持,EPC,应用的网,络,络系统与,EPC,基础设施,组,组成,通过,EPC,中间件软,件,件、对象,名,名字服务,（,（,ONS,）与,EPC,信息服务,（,（,EPCIS,），实现,全,全球的“,物,物与物”,互,互联,对象名字,服,服务（,ONS,）也称作,“,“对象名,字,字解析服,务,务”,37,2.6.3 EPC,编码体系,EPC,编码体系,特,特点,：兼容性,/,全面性,/,科学性,EPC,码由四个,数,数字字段,组,组成,：,版本号,：,表示产品,编,编码所采,用,用的,EPC,版本,域名管理,：,标识生产,厂,厂商,对象分类,：,标识产品,类,类型,序列号,：,标识每一,件,件产品,EPC,编码,长度,分为三种,：,64,位、,96,位与,256,位,EPC-96 I,型编码标,准,准字段结,构,构与意义,38,2.6.4,基于,EPC,的物联网,结,结构,1.,基于,EPC,的物联网,服,服务基本,概,概念,39,2.,对象名字,服,服务,ONS,物联网对,象,象名字服,务,务,ONS