物联网的技术组成RFID技术课件

,*,*,Click to edit Master title style,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master title style,*,*,Click to edit Master title style,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,物联网的技术组成RFID技术,物联网的技术组成RFID技术物联网的技术组成RFID技术RFID技术在工业自动化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和军事方面已经有着广泛的应用。RFID系统（见图4-1）由三部分组成：（1）电子标签。,（3）读写器。,（2）天线。图4-1 RFID工作原理 第一节 RFID技术,物联网的技术组成RFID技术物联网的技术组成RFID技术物联,1,RFID,技术在工业自动化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和军事方面已经有着广泛的应用。,RFID,系统（见图,4-1,）由三部分组成：,（,1,）电子标签。,（,3,）读写器。,（,2,）天线。,图,4-1 RFID,工作原理,第一节,RFID,技术,RFID技术在工业自动化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和,2,二、,RFID,的特征,1,）数据的读写（,Read-Write,）机能,2,）容易小型化和多样化的形状,3,）耐环境性,4,）可重复使用,5,）穿透性,6,）数据的记忆容量大,7,）系统安全,8,）数据安全,三、,RFID,的工作原理,RFID,的应用系统主要由,电子标签读写器,和,RFID,卡,两部分组成。,表,4-1 RFID,同其他识别系统的比较,第一节,RFID,技术,二、RFID的特征 1）数据的读写（Read-Write）机,3,RFID,应用系统的,工作原理,是,RFID,卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检得的数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理；所需回复的信息则从存储器中获取经由逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器。,四、,RFID,的技术分类,（,1,）,工作频率的不同，可分为,低频,（,30,300kHz,）、,中频,（,3,30MHz,）和,高频,系统（,300MHz,3GHz,）。,图,4-2 RFID,的内部结构,第一节,RFID,技术,RFID应用系统的工作原理是RFID卡进入读写器的射频场后，,4,（,2,）根据,RFID,的不同，可分为可读写（,RW,）卡、一次写入多次读出（,WORM,）卡和只读（,RO,）卡。,（,3,）根据,RFID,的有源和无源，分为有源,RFID,标签和无源,RFID,标签。,（,4,）调制方式的不同，分为主动式,RFID,标签和被动式,RFID,标签。,五、,RFID,的技术标准,1,）动物识别,ISO 11784,和,ISO 11785,技术标准,位序号,信息,说明,1,动物应用,1/,非动物应用,0,应答器是否应用动物识别,2,15,保留,未来应用,16,后面有数据,1/,没有数据,0,识别代码后是否有数据,17,26,国家代码,说明使用国家，,999,表明是测试应答器,27,64,国内定义,唯一的国内专有的登记号,表,4-2 ISO 11784,和,ISO 11785,标准代码结构,第一节,RFID,技术,（2）根据RFID的不同，可分为可读写（RW）卡、一次写入多,5,2,）非接触智能卡,ISO 10536,、,ISO 15693,和,ISO 14443,技术标准,3,）集装箱识别,ISO 10374,六、,RFID,的应用及发展趋势,目前国际制定,RFID,标准的组织比较著名的有,ISO,、以美国为首的,EPC global,以及日本的,Ubiquitous ID Center,三个,（,1,）物流：（,2,）零售：（,3,）制造业：,（,4,）服装业：（,5,）医疗：（,6,）身份识别：,（,7,）防伪：（,8,）资产管理：（,9,）交通：,（,10,）食品：（,11,）动物识别：（,12,）图书馆：,（,13,）汽车：（,14,）航空：（,15,）军事：,七、,RFID,面临的问题,1,标准化,2,价格问题,3,技术上需突破,4,涉及人员失业、隐私保护及安全问题,第一节,RFID,技术,2）非接触智能卡 ISO 10536、ISO 15693和I,6,第二节,ZigBee,技术,一、,ZigBee,概述,Zigbee,是,IEEE 802.15.4,协议的代名词，根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。,ZigBee,联盟是一个高速增长的非盈利业界组织,ZigBee,联盟的主要目标是通过加入无线网络功能，为消费者提供更富弹性、更易用的电子产品。,二、,ZigBee,无线数据传输网络描述,ZigBee,是一种高可靠的无线数据传输网络，类似于,CDMA,和,GSM,网络。,ZigBee,数据传输模块类似于移动网络基站。通信距离从标准的,75m,到几百米、几千米，并且支持无限扩展。,包装结构比较简单，主要由同步序言、数据、循环冗余校验（,CRC,）等组成。,第二节 ZigBee技术一、ZigBee概述 Zigbee,7,第二节,ZigBee,技术,ZigBee,定义了两种物理设备类型：,全功能设备（,FFD,）,和,精简功能设备（,RFD,）,。,交换数据的网络中的设备类型：,协调器、路由器,和,终端设备,。,与移动通信的,CDMA,或,GSM,网络不同的是，,ZigBee,网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立的，因此它必须具有简单、使用方便、工作可靠、价格低的特点。,图,4-3 ZigBee,模块,第二节 ZigBee技术ZigBee定义了两种物理设备类型,8,第二节,ZigBee,技术,三、,ZigBee,采用的自组织网通信方式,举一个简单的,例子,就可以说明这个问题，当一队伞兵空降后，每人持有一个,ZigBee,网络模块终端，降落到地面后，只要他们彼此间在网络模块的通信范围内，通过彼此自动寻找，很快就可以形成一个互联互通的,ZigBee,网络。而且，由于人员的移动，彼此间的联络还会发生变化。因而，模块还可以通过重新寻找通信对象，确定彼此间的联络，对原有网络进行刷新。这就是自组织网。,所谓动态路由,是指网络中数据传输的路径并不是预先设定的，而是传输数据前，通过对网络当时可利用的所有路径进行搜索，分析它们的位置关系以及远近，然后选择其中的一条路径进行数据传输。,ZigBee,网络层支持三种,网络拓扑结构,：星状（,star,）结构、簇状（,cluster tree,）结构和网状（,mesh,）结构。,第二节 ZigBee技术三、ZigBee采用的自组织网通信,9,第二节,ZigBee,技术,（,a,）星状结构 （,b,）簇状结构 （,c,）网状结构,图,4-4 ZigBee,的组网拓扑结构,四、,ZigBee,的频带,（,1,）,868MHz,，传输速率为,20kbit/s,，适用于欧洲。,（,2,）,915MHz,，传输速率为,40kbit/s,，适用于北美。,（,3,）,2.4GHz,，传输速率为,250kbit/s,，全球通用。,第二节 ZigBee技术（a）星状结构,10,第二节,ZigBee,技术,五、,ZigBee,性能分析,1,）数据传输速率,ZigBee,数据传输率比较低,2,）可靠性,ZigBee,有很多方面进行保证，物理层采用了扩频技术，能够在一定程度上抵抗干扰；介质访问控制（,MAC,）层（,APS,部分）有应答重传功能，,MAC,层的载波监听多路访问（,CSMA,）机制使节点发送前先监听信道，可以起到避开干扰的作用。,3,）时延,由于,ZigBee,采用随机接入,MAC,层，且不支持时分复用的信道接入方式，因此不能很好地支持一些实时的业务。,4,）能耗特性（技术优势）,第二节 ZigBee技术五、ZigBee性能分析 1）数据,11,第二节,ZigBee,技术,5,）组网和路由性（即网络层特性）,ZigBee,具备大规模的组网能力，每个网络有,60 000,个节点；而蓝牙为每个网络,8,个节点。,六、,ZigBee,自身的技术优势,1,）低功耗,2,）低成本,3,）低速率,4,）近距离,5,）短时延,6,）高容量,7,）高安全,8,）免执照频段,七、,ZigBee,应用领域,（,1,）监控照明、,HVAC,和写字楼安全。,（,2,）配合传感器和激励器对制造、过程控制、农田耕作、环境及其他区域进行工业监控。,第二节 ZigBee技术5）组网和路由性（即网络层特性）,12,第二节,ZigBee,技术,（,3,）带负载管理功能的自动抄表（,AMR,），这可使得地产管理公司削减成本和节省电气能源。,（,4,）对油气等生产、运输和勘测进行管理。,（,5,）家庭监控照明、安全和其他系统。,（,6,）对病患、设备及设施进行医疗和健康监控。,（,7,）军事应用，包括战场监视和军事机器人控制。,（,8,）汽车应用，即配合传感器网络报告汽车的所有的系统状态。,（,9,）消费电子应用，包括对玩具、游戏机、电视、立体音响、,DVD,播放机和其他家电设备进行遥控。,（,10,）用于计算机外设，如键盘、鼠标、游戏控制器及打印机。,（,11,）有源,RFID,应用，如电池供电标签，可用于产品运输、产品跟踪、存储较大物品和财务管理。,（,12,）基于互联网的设备之间的机器到机器（,M2M,）的通信。,第二节 ZigBee技术（3）带负载管理功能的自动抄表（A,13,第二节,ZigBee,技术,八、,ZigBee,技术的趋势发展,ZigBee,联盟将在未来的进一步改进中，注重下列关键问题：,（,1,）,自动频率适应，因为,2.4GHz,的频段越来越拥挤，需要自动检测并在遇到相关频率干扰的情况下，自动进行通信频率偏移。,（,2,）,路由节点的低功耗（时间同步算法）。,（,3,）,将,900MHz,频道通信速率由目前,40kbit/s,提高到,250kbit/s,，目前多家公司正在开发,900MHz ZigBee RF,系统级芯片（,SoC,）。,（,4,）,ZigBee,剖面已经有,400,个剖面在开发，,ZCP,全球认证也将陆续开展。,（,5,）,16,位或,32,位高性能微控制器（,MCU,）有望成为,ZigBee SoC,的标准内核。,整个短距离无线通信都在向高速率、低功耗、低价格、长距离发展，,ZigBee,只能在一个特定的技术领域有自己的位置，而绝不可能会独霸天下。,第二节 ZigBee技术八、ZigBee 技术的趋势发展Z,14,第三节 常见的组网技术,一、现场总线技术,1,现场总线技术概述,FCS,技术是,20,世纪,80,年代中期发展起来的一种崭新的工业控制技术。,FCS,的出现引起了传统的可编程序控制器（,PLC,）和集散控制系统（,DCS,）基本结构的革命性变化。,现场总线是连接现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电波等。,2,现场总线技术的特点,1,）布线简单,2,）开放性,3,）实时性,4,）可靠性,第三节 常见的组网技术 一、现场总线技术 1现场总线技术,15,第三节 常见的组网技术,3,现场总线的应用领域,图,4-5,控制系统的金字塔结构,第三节 常见的组网技术3现场总线的应用领域图4-5 控,16,第三节 常见的组网技术,图,4-6,现场总线的应用范围,第三节 常见的组网技术图4-6 现场总线的应用范围,17,第三节 常见的组网技术,目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电