第2章 物联网感知技术

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1）一维条码
一维条码是通常我们所说的传统条码，按其应用 可分为商品条码和物流条码，商品条码包括EAN 码和UPC码；物流条码包括128码、39码、库德巴 (Coda bar)码等。
EAN13商品条码举例
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IC卡的种类：
IC卡按通信方式可分为接触式IC卡、非接触式IC卡。
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接触式IC卡：
接触式IC卡是通过读写设备的触点与IC卡的触点接 触后，进行数据的读写。 按芯片的类型，接触IC卡可分为4种类型，即存储 器卡、逻辑加密卡、CPU卡和超级智能卡。 非接触式IC卡（射频卡）： 非接触式IC卡与读写设备无电路接触，而是通过 非接触式的读写技术进行读写（例如光或无线技 术）。相关技术在第3章介绍。
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• 宽度调节编码法
宽度调节编码法，即条码符号中的条和空由宽、 窄两种单元组成的条码编码方法。按照这种方式 编码时，是以窄单元（条或空）表示逻辑值“0”， 宽单元（条或空）表示逻辑值 “1”，其中，宽 单元通常是窄单元的2 ～3倍。
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2）自动识别技术的含义
自动识别( Automatic Identification，Auto-ID)技术是 指通过非人工手段获取被识别对象所包含的标识信 息或特征信息，并且不使用键盘即可实现数据实时 输入计算机或其他微处理器控制设备的技术。 自动识别技术具有如下共同的特点： 准确性——自动数据采集，彻底消除人为错误。 高效性——信息交换实时进行。 兼容性——识别技术以计算机技术为基础，可与信 息管理系统无缝连接。
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2） 二维条码
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二维条码根据其构成原理、结构形状的差异，可分为两 大类型：一类是行排式二维条码( 2D Stacked Bar Code)； 另一类是矩阵式二维条码(2D Matrix Bar Code)。 行排式二维条码（又称堆积式二维条码或层排式二维条 码），其编码原理是建立在一维条码基础上，按其需要 堆积成二行或多行的。 矩阵式二维条码（又称棋盘式二维条码）是在一个矩 形空间内，通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编 码的。在矩阵相应元素位置上，用点（方点、圆点或其 他形状）的出现表示二进制的“1”，点的不出现表示 二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵式二维条码 所代表的意义。
由厂商负责编制，由3位数字组成的商品项目代码有000～999，共有1000个编 产品代码 由3～5位数字组成 码容量，可标识1000种商品；同理，由4位数字组成的商品项目代码可标识 10000种商品；由5位数字组成的商品项目代码可标识100000种商品
校正码 （校验位）
根据编码规则计算得出
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2.1常见自动识别技术 1．自动识别技术的基本概念 1）识别的基本概念
识别是一个集定义、过程与结果为一体的概念。 识别是人类参与社会活动的基本要求。人们认识 和了解事物的特征及信息就是一种识别，为有差 异的事物命名是一种识别，为便于管理而为一个 单位的每一个人或一个包装箱内的每一件物品进 行编号也是一种识别。
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7个模块
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图1-2 RFID系统的组成
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2）条码的符号结构
码符号通常由左右侧空白区、起始字符、数据字 符、校验字符、终止字符等构成。
空白区 起始字符 数据字符 校验字符 终止字符 空白区
空白区
空白区
供人识 读字符 a 0 1 2 3 a
起始字符
生物特征 采集
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生成生物 特征图像
提取生物 特征
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生物特征 匹配
输出结果
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2) 生物特征识别技术的特点
生物特征识别技术的特点，决定了该技术是个人 身份鉴别的有效手段。其主要特点如下：普遍性、 惟一性、稳定性、不可复制性。 利用生物特征进行身份验证的方法，无需依赖于 各种人造的和附加的物品来证明人的自身，而用 来证明自身的，恰恰是人的本身。所以，它不会 丢失、不会遗忘、很难伪造和假冒，是一种“只 认人、不认物”的、方便安全的保安手段。
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3．自动识别技术的一般性原理
自动识别技术信息处理系统的模型框图
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2.1.1条码自动识别技术 1．条码的符号表示及结构 1）条码的编码
条码是利用“条”和“空”构成二进制的“0”和 “1”，并以它们的组合来表示某个数字或字符， 反映某种信息的。但不同码制的条码在编码方式 上有所不同，一般有以下两种不同的编码方式。
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下面重点介绍磁卡技术和IC卡技术。
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1) 磁卡技术
磁卡(Magnetic Card)是利用磁性载体来记录信息的，磁卡 技术应用了物理学和磁力学的基本原理。常见的磁性载 体通常以液体磁性材料或磁条为信息载体，通常将液体 磁性材料涂覆在卡片上（如存折，见图2-17）；或将宽 6～14mm的磁条压贴在卡片上(如银行卡）。
RFID系统包括：射频（识别）标签、射频识别读 写设备（读写器）、应用软件。
RFID 应用平台百度文库
应用程序接口
阅读器
空中接口 RFID基本系统
标签
RFID应用系统
RFID应用系统的结构图
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2．RFID系统的基本工作原理
RFID技术的基本工作原理是由读写器发射特定频 率的无线电波能量，当射频标签进入感应磁场后， 接收读写器发出的射频信号凭借感应电流所获得 的能量，发送出存储在芯片中的产品信息 （Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标 签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标 签或主动标签），读写器读取信息并解码后，送 至中央信息系统进行有关数据处理。
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⑵ 磁条和磁道
磁卡的一面印刷有说明提示性的信息，如插卡方向等；另一 面则有磁层或磁条，具有2～3个磁道以记录有关信息数据。 磁道(Track)：磁条上存储信息的分区叫磁道，如下图所示。
磁道1 磁道2 磁道3
尾随0区
引导0区
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RFID系统的基本工作原理示意图
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2.1.3 卡类自动识别技术 1．卡类识别技术的分类
磁卡 PET卡 非半导体卡类 光卡 凸字卡 自动识别卡 条码卡
接触式IC卡 半导体卡类 IC卡 非接触式IC卡（射频卡） 双界面卡
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⑶ 磁道的格式和内容
磁道的应用分配一般是根据特殊的使用要求而定制的，如 银行系统、证券系统、门禁控制系统、身份识别系统、驾 驶员驾驶执照管理系统等，都会对磁卡上3个磁道提出不 同的应用格式，如下图所示。
发卡者标识号码 MII发卡者标识符 空格 PAN 个人账户标识 校验数字
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2) IC卡技术
是将一个微电子芯片嵌入符合ISO 7816标准的卡基中， 做成卡片形式，利用集成电路的可存储特性，保存、 读取和修改芯片上的信息。 IC卡的主要特性： ◆ 存储容量大，其内部可含RAM、ROM、EPROM、 EEPROM等存储器，存储容量从几字节到几兆字节。 ◆ 体积小，重量轻，抗干扰能力强，便于携带。 ◆ 安全性高，在无源情况下数据也不会丢失，数据的 安全性和保密性都非常好。 ◆ 智能卡与计算机系统相结合，可以方便地满足对各 种各样信息的采集、传送、加密和管理的
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• 模块组配编码法
模块组配编码法，即条码符号的字符由规定的若 干个模块组成的条码编码方法。按照这种方式编 码，条与空是由模块组合而成的，一个模块宽度 的“条”模块，表示二进制的“1”；而一个模块 宽度的“空”模块，表示二进制的“0”。
0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 7个模块
EAN/UCC-13码的结构说明
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EAN/UCC-13码的结构说明
名称
国家代码 （前缀码）
描 述
由2～3位数字（X13X12 或X13X12X11）
备
注
EAN已将690～695分配给中国使用
厂商代码
由7～9位数字组成
由中国物品编码中心负责分配和管理，统一分配、注册，因此，编码中心有责 任确保每个厂商的识别代码在全球范围内是惟一的
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2．卡类识别技术基础 1) 磁卡技术基础 ⑴ 磁记录原理
磁条上数据的存储就是靠改变磁条上氧化粒子的磁性 来实现的。在数据的写入过程中，需要输入的数据首 先通过“编码器”变换成二进制的机器代码，然后控 制器控制的“磁头”在与磁条的相对移动过程中，改 变磁条磁性粒子的极性来实现数据写入。数据的读出 是“磁头”先读出机器代码，再通过“译码器”还原 成人们可识读的数据信息。
接触式IC卡获取工作电压的方法为接触式IC卡通过 其表面的金属电极触点将卡的集成电路与外部接 口电路直接接触连接，由外部接口电路提供卡内 集成电路工作的电源。 接触式IC卡与读写器交换数据的原理为接触式IC卡 通过其表面的金属电极触点将卡的集成电路与IC 接口电路直接接触连接，通过串行方式与读卡器 交换数据（通信）。
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2.1.4 生物特征自动识别技术 1．生物特征识别技术的基本原理
生物特征识别技术的核心在于如何获取这些生物特征，并 将之转换为数字信息，存储于计算机中，再利用可靠的匹 配算法来完成识别与验证个人身份的过程。 1) 基本原理 生物特征识别技术的原理，如下图。
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2．自动识别技术分类
自动识别技术根据识别对象的特征、识别原理和 方式可以分为两大类，分别是数据采集技术（定 义识别）和特征提取技术（模式识别）。 数据采集技术的基本特征是需要被识别物体具有 特定的识别特征载体（如标签等，仅光学字符识 别例外）；而特征提取技术（特征识别）则根据 被识别物体本身的属性特征和行为特征来完成数 据的自动采集。
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2．生物特征识别技术的主要内容
1)指纹 2) 掌纹 3) 眼睛 ⑴ 虹膜识别 ② 视网膜识别 4) 面部 5) 语音 6) 签名 7) DNA 8) 其他：有通过静脉、耳朵形状、按键节奏、身体气味、 行走步态等。
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数据字符
校验字符
终止字符
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2．条码的种类及主要码制介绍
条码可分为一维条码和二维条码。一维条码必须 与计算机的数据库联系起来应用；二维条码比一 维条码包含更多的信息容量，自身可以携带文字 信息，如商品的制造厂家、名称、生产日期、图 书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息， 它不需要与计算机数据库联系就能翻译出条码的 含义。
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Data Matrix码
Maxi码
Aztec码
QR码
Veri码
PDF417码
Ultra码
49码
16K码
典型的二维条码
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2.1.2射频自动识别技术 1．RFID系统的构成
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2) IC卡技术基础 ⑴ 接触式IC卡 ① 接触式IC卡的结构
IC卡接口电路作为IC卡与卡 内 CPU的惟一通道，为保 证通信和数据交换的安全 与可靠。
(a)
(b)
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② 接触式IC卡的工作原理