FRID原理及应用

一.RFID系统（Radio Frequency Identification）1.定义：RFID作为一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读取相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

常用的有低频（125~134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频、微波等技术。

2.系统组成：由阅读器、电子标签、、RFID中间件和应用系统软件4部分构成。

3.基本原理：利用射频信号耦合或雷达反射的传输特性实现对被识别物体的自动识别。

4.工作原理：阅读器通过天线向周围空间发送一定频率的射频信号；标签一旦进入阅读器天线的作用区域将产生感应电流，获得能量被激活;激活标签将自身信息编码后经天线发送出去；阅读器接收该信息，经过解码后必要时送至后台网络；后台网络中主机鉴定标签身份的合法性，只对合法标签进行相关处理，通过向前端发送指令信号控制阅读器对标签的读写操作。

5.工作方式：1）全双工系统；2）半双工系统；3）时序系统。

6.系统分类：1）EAS系统；2）便携式数据采集系统；3）物流控制系统；4）定位系统。

7.系统构架：根据选定的电子标签、读写器，加上中间件、数据集成环境和上层的应用系统，一个典型的RFID系统就构建好了。

8.注意问题：1）避免冲突；2）读识距离；3）安全要求。

9.发展势趋：1）系统的高频化；2）系统的网络化；3）系统的兼容性更好；4）系统的数据量更大。

10.性能指标：有效，可靠，适应，标准，经济，易维护性。

11.项目实施4阶段：1）起步；2）测试和验证；3）试点实施；4）实施。

逐渐实现平稳缓慢的过渡。

12.技术特点（优点）：（1）快速扫描；（2）体积小型化、形状多样化；（3）抗污染能力和耐久性；（4）可重复使用；（5）穿透性和无屏障阅读；（6）数据的记忆容量大；（7）安全性。

13.技术现状和面临的主要问题（缺点）：（1）标签成本问题；（2）标准制订问题；（3）公共服务体系问题；（4）产业链形成问题；（5）技术和安全问题。

14.RFID技术发展历程：1941~1950雷达催生RFID，奠定了理论基础，主要处于实验室实验阶段；1951~1960技术理论得到发展，开始应用尝试；1961~1970处于大发展时期，各项测试技术得到加速发展；1971~1980商业应用阶段，封闭应用系统出现；1981~1990技术标准化，产品得到广泛采用；1991~2000产品种类更加丰富；2001至今，有源、无源和半有源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低。

二.RFID标准体系1RFID标准体系: RFID技术标准；RFID应用标准；RFID数据内容标准；RFID性能标准。

2三大编码体系：UID泛在识别中心标准体系；EPC global标准体系；ISO/IEC标准体系。

3物联网标准体系：应用层、网络层、感知层、传输层。

三.RFID安全分析1.安全攻击：RFID主要的安全攻击可以简单的分为主动攻击和被动攻击两种类型。

应对主动攻击的重要技术是认证技术，应对被动攻击的主要技术手段是加密。

2.安全风险：保密性(最主要)；拒绝服务和伪造标签(常见)；位置保密或跟踪。

3.安全需求：（1）机密性；（2）完整性；（3）可用性；（4）真实性；（5）隐私性。

4.威胁方式：(1)物理环境，如电磁干扰、断电、设备故障等威胁。

(2)人工威胁，如（前）管理者攻击、（前）用户攻击、外部人员攻击。

四.RFID常用的编码方法，及其选择因素编码是RFID系统的一项重要工作，二进制编码是用不同形式的代码来表示二进制的1和0。

1.方法有：(1)反向不归零编码；(2)曼彻斯特编码；(3)单极性归零编码；(4)差动双相编码；(5)密勒编码；(6)变形密勒编码；(7)差动编码。

2.编码方式的选择因素：要考虑电子标签(1) 能量的来源；(2) 检错的能力；(3) 时钟的提取。

3.反向不归零：高电平表示二进制1，反之为0；曼彻斯特：从高到低的电压跳变表示1，反之为0；单极性归零：发出窄脉冲为1，不发送电流为0；差动双相：在半个位周期中的任意边沿表示二进制0，没有边沿跳变表示1；密勒：半个位周期任意边沿为1，下一个位周期电平不变为0；变形密勒：每个边沿都采用负脉冲代替；差动：每个零传输的二进制1都会引起信号电平的变化，对于二进制0，信号电平保持不变。

五.天线1.定义：天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。

凡是利用电磁波来传递信息和能量的，都依靠天线来进行工作，天线是用来发射或接收无线电波的装置和部件。

2.作用：在RFID系统中，阅读器必须通过天线发射能量，形成电磁场，通过电磁场对电子标签进行识别，所以，阅读器上的天线所形成的电磁场范围就是阅读器的可读区域。

3.分类：1）按照波段分类：长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线等。

2）按照结构分类：线状天线、面状天线、缝隙天线和微带天线等。

线状天线是指线半径远小于线本身的长度和波长，且载有高频电流的金属导线。

3）按照用途分类：广播天线、通信天线、雷达天线、导航天线和RFID天线等。

4.天线周围的场区根据观测点与天线的距离划分为三个区域：(1)无功近场区；(2)辐射近场区；(3)辐射远场区。

六.电子标签1.定义：也称为智能标签，是指由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。

根据工作原理的不同，分为利用物理效应进行工作和以电子电路为理论基础的数据载体。

2.组成：从功能上来说，一般由天线、调试器、编辑发生器、时钟、存储电路组成。

3.分类：（1）按照标签获取能量分类：分为有源标签、半有源标签和无源标签。

（2）按照标签工作频率分类：分为低频、高频、超高频和微波标签。

（3）按照数据调制方式分类：分为主动式、半主动式和被动式标签。

（4）按照标签作用距离分类：分为密耦合、近耦合、疏耦合和远耦合四类。

（5）按照标签封装材质分类：分为纸标签、塑料标签和玻璃标签（6）按照存储器类型的分类：分为只读标签、一次写入多次读取标签和可读写标签。

4.发展趋势：1）作用距离更远；2）无源可读写性能更加完善；3）适合高速移动物体识别；4）快速多标签读/写功能；5）一致性更好；6）强磁场下的自保护功能更完善；7）智能性更强、加密特性更完善；8）带有传感器功能的标签；9）带有其他附属功能的标签；10）具有杀死功能的标签；（1）新的生产工艺；12）体积更小；13）成本更低。

5.电子标签天线的设计步骤：1）选定应用的种类，确定电子标签天线需要的参数；2）确定天线采用的材料；3）确定电子标签天线的结构；4）ASIC封装后，确定天线的阻抗；5）综合优化天线参数，使天线参数满足技术指标；6）用网络分析检测天线的各项指标。

七.EPC电子产品代码1.原则：1.唯一性；2.永久性；3.简单性；4.可扩展性；5.保密性与安全性；6.无含义。

2.优点：1.无接触读取；2.远距离读取；3.动态读取；4.多数量、品种读取；5.标签无源；6.海量存储量等优势。

这些都是条码无法比拟的。

条码缺点：(1)条码只能识别一类产品，而无法识别单品。

(2)条码是可视传播技术。

人们必须将条码对准扫描仪才有效。

(3)如果印有条码的横条被撕裂、污损或脱落，就无法扫描这些商品。

(4)传统一维条码是索引代码，必须实时和数据库联系，从数据库中寻找完整的描述数据。

八.串联谐振回路1.特性：（1）谐振时，回路电抗X=0，阻抗Z=R为最小值，且为纯阻。

（2）谐振时，回路电流最大，且与电压同相。

（3）电感与电容两端电压的模值相等，且等于外加电压的Q倍。

2.条件：X=ωL-1ωC导出回路产生串联谐振的角频率和频率分别为ω0=√LC , f0=2π√LC3.优点：在阅读器中，具有电路简单、成本低，激励可采用低内阻的恒压源，谐振时可获得最大的回路电流等特点，因而被广泛采用。

适用于恒压源，即信号源内阻很小的情况。

九.波特率、比特率和信道传输速率1.概念：码元，波特率，比特率1)在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元。

2)每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。

波特率是指数据信号对载波的调制速率，用单位时间内载波调制状态改变的次数表示。

3)每秒钟通过信道传输的信息量称为位传输速率，简称比特率。

比特率是数据传输速率，表示单位时间内可传输二进制位的位数。

2.关系：比特率=波特率×log2M(如果一个码元的状态数可以用M个离散电平个数来表示)。

3.信道传输速率：就是数据在传输介质(信道)上的传输速率，在数值上等于每秒钟传输数据代码的二进制比特数。

单位是比特/秒，b/s。

十.读写器和RFID电子标签之间数据读取交换方式，传输原理1.交换方式：负载调制和反向散射调制。

1)读写器和标签之间的天线能量交换方式类似于变压器结构，称为负载调制。

2)读写器和射频标签之间的能量传递方式为反向散射调制。

2.传输原理：读写器和标签之间的通信通过电磁波实现，按照通信距离可分为近场和远场。

十一.电感耦合方式1.RFID系统的两种耦合方式：电感耦合（磁耦合）式和电磁反向散射耦合（电磁场耦合）式。

电感耦合方式依据是电磁感应定律，一般适用于高、低频率工作的近距离RFID系统；电磁反向散射耦合式依据是雷达原理，一般适用于超高频、微波工作频率的远距离RFID系统。

2.两种耦合方式的异同异：使用的无线电射频的频率和作用距离的远近不同。

同：都采用无线电射频技术。

3.采用电感耦合方式时，应答器向阅读器的数据传输采用负载调制技术。

在电感耦合方式的FRID系统中，负载调制有电阻负载调制和电容负载调制两种方式。

4.电感耦合方式下阅读器向应答器提供能量的过程当时变磁场通过阅读器线圈时，在线圈上会产生感应电压，并在线圈中产生电流，当应答器进入阅读器产生的交变磁场时，应答器的电感线圈上就会产生感应电压。

当距离足够近，应答器天线电路所截获的能量可以供应答器芯片正常工作时，阅读器和应答器才能进入信息交互阶段。

十二.混频器1.定义：混频器是射频系统中用于频率变换的部件，具有广泛的应用领域，可以将输入信号的频率升高或降低而不改变原信号的特性。

2.作用：可以将输入信号的频率升高或降低而不改变原信号的特性。

混频器的典型应用是在射频的接收系统中，混频器可以将较高频率的射频输入信号变换为频率较低的中频输出信号，以便更容易对信号进行后续的调整和处理。

十三.射频前端1.定义：实现射频能量和信息传输的电路称为射频前端电路，简称为射频前端。

2.组成电路：串联、并联振谐回路，具有初级和次级线圈的耦合电路。

3.射频前端采用了负载调制器或反向散射调制器等多种工作方式。

4.射频前端（模拟前端）电路主要有电感耦合和微波电磁反向散射两种工作方式。