无线传感器网络技术原理及应用课件第7章

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2. 电子标签
电子标签是由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读写器进行通信。电子标签
是RFID系统中真正的数据载体。系统工作时，读写器发出查
询信号，电子标签在收到查询信号后，将其一部分能量整流 为直流电源，供电子标签内的电路工作；另一部分能量信号 被电子标签内保存的数据信息调制后反射回读写器。电子标 签系统组成如图7-3所示。
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无源电子标签又称为被动式标签，没有内装电池。在读
写器的读出范围之外时，电子标签处于无源状态；在读写器 的读出范围之内时，电子标签从读写器发出的射频能量中提
取其工作所需的电源。
半有源射频标签内的电池供电，仅对标签内要求供电维 持数据的电路，或者标签芯片工作所需电压的辅助支持，及 本身耗电量很少的标签电路供电。标签进入工作状态之前， 一直处于休眠状态，相当于无源标签，标签内部电池能量消 耗很少，因而电池可维持几年，甚至长达10年之久。
对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签。 接收并调制来自电子标签的射频信号。 (2) 逻辑控制单元也称为读写模块，其主要任务和功能 如下： 与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送 来的指令。
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控制读写器和标签的通信过程。
对信号进行编码和解码。 对读写器和标签之间传输的数据进行加密和解密。
读写器根据使用技术的不同可以是读或者读/写装置，它是 RFID系统信息控制和处理的中心。读写器系统组成如图7-2 所示。
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图7-2 读写器系统组成
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读写器由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分组成。
下面分别介绍三部分的主要任务和功能。 (1) 射频接口模块的主要任务和功能如下：
产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量。
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读写器的应用系统根据逻辑运算识别该标签的身份，
针对不同的设定作出相应的处理和控制，最终发出指令信号 控制读写器完成相应的读写操作。
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1. 读写器
读写器又称为阅读器，主要负责与电子标签的双向通信， 同时接收来自主机系统的控制指令。读写器的频率决定了
RFID系统工作的频段，其功率决定了射频识别的有效距离。
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本章目标
了解RFID的组成及分类。 掌握RFID系统的工作原理。
掌握RFID标准。
了解RFID组网技术。
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学习导航
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7.1 RFID技术原理
射频识别技术即无线电频率识别(Radio Frequency Identification，RFID)的简称，又称电子标签、无线射频识别， 是一种无线通信技术。它主要利用无线微波对物体进行近距 离无接触的探测和跟踪。在无线传感器网络中往往利用RFID 技术赋予无线传感器网络节点ID号。
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7.1.1 组成
RFID应用系统由读写器、标签和高层等部分组成，如图 7-1所示。
读写器和标签可以构成一个简单的应用系统，例如公交
车上的消费系统。复杂的应用需要一个读写器同时读取n个 标签。更复杂的应用系统需要解决读写器的高层处理问题。 射频识别技术的核心在标签上，读写器是根据标签的性 能而设计的。虽然在RFID系统中标签的价格和性能比读写器 低，但通常情况下，在应用中标签的数量是很大的，尤其是 在物流应用中，标签的应用量不仅大而且可能一次性使用， 而读写器的数量相对要少并且可以重复使用。
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当标签进入读写器的读卡范围区域内，受到读写器发出的射
频信号激励，进入工作状态时，标签与读写器之间信息交换 的能量支持以读写器供应的射频能量为主。标签内部电池的
作用主要在于弥补标签所处位置的射频场强不足，标签内部
电池的能量并不转换为射频能量。
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2. 按工作频率分类
根据工作频率，RFID系统可以分为低频、高频、超高频 和微波。RFID主要频段标准及特性如表7-1所示。
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7.1.3 工作原理
RFID系统由读写器、标签和应用系统组成。其主要的工 作原理简单描述如下：
由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号。
当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而 获得能量，电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息 通过内置的射频天线发送出去。 读写器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号， 经天线调节器传送到读写器信号处理模块，经解调和解码后 将有效信息送至后台主机系统进行相关的处理。
执行防碰撞算法。
对读写器和标签进行身份验证。
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(3) 天线模块。天线是一种能将接收到的电磁波转换为
电流信号，或者将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。 在RFID系统中，读写器必须通过天线发射能量，来形成电磁
场，通过电磁场对电子标签进行识别。因此，读写器天线所
形成的电磁场范围即为读写器的可读区域。
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图7-1 RFID应用系统组成
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7.1.2 分类
RFID的分类多种多样，根据不同的标准和要求以及分类 的依据不同，主要可以分为以下几种。
源自文库
1. 按供电方式分类
根据标签的供电方式可以将RFID系统分为有源、无源和 半有源系统。 有源的RFID与无源的RFID系统主要是指标签的工作电 源是否由内部电池供给。有源电子标签又称为主动标签，标 签的工作电源完全由内部电池供给，同时标签电池的能量供 应部分转换为电子标签与读写器通信所需的射频能量。
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表7-1 RFID主要频段标准及特性
频 段 低 频 高 频 超 高 频 433 MHz 868～915 MHz 1～100 m 快 部分有 EPC C0 ， C1 ， C2，G2 货架、卡车、拖 车跟踪 微 波 工作频率 读取距离 速度 方向性 现有的 ISO 标准 主要应用范围 125～134 kHz <60 cm 慢 无 11784/85，14223 进出管理、固定 设备管理 13.56 MHz 0～60 cm 快 无 14443/15693 图书馆、产品跟 踪、公交消费 2.45 GHz 5.8 GHz 1～100 m 很快 有 18000-4 收费站、 集装箱
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图7-3 电子标签系统组成
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从图7-3中可以看出，电子标签系统包括射频接口、逻
辑控制单元和存储单元。其中射频接口部分包括调制器、解 调器和电压调节器；存储单元包括EEPROM和ROM。各个