吴功宜_物联网工程导论_第2章：RFID

25
Nankai University
2. 大型的仓库RFID标签编码/打印设备的应用 手工粘贴RFID标签工作流程
进库 ① 条形码阅读器 ② 发货厂家张贴的条形码 ③ 数据库服务器 出库 打印机
⑩
⑨
⑤ 仓库局域网
⑧
④ ⑥ ⑦
张贴在物品包装箱上的RFID标签码
张贴在托盘上的RFID标签码
26
Nankai University
19
Nankai University
3. 按标签读写方式进行分类
• 只读式RFID标签 —只读标签 —一次性编程只读标签 —可重复编程只读标签 • 读写式RFID标签
20
Nankai University
4. 按标签工作频率进行分类
• 低频RFID标签 • 中高频RFID标签 • 超高频与微波段RFID标签 ETC应用场景
3. RFID标签工作原理
读写器天线辐射 形成的电磁场
传递能量 读写器 天线 发送信息
标签 天线
RFID读写器 近 场 （a）无源RFID
无源 RFID标签
发送指令 读写器 天线 发送信息 有源 RFID标签 标签 天线
RFID读写器
远 场 （b）有源RFID
13
Nankai University
• 自动编码、打印、张贴RFID标签工作流程
数据库服务器 仓库局域网 ⑤
进库 ①
② 条形码阅读器
③
④
出库
发货厂家张贴的条形码
张贴在物品包装箱 上的RFID标签码
张贴在托盘上的 RFID标签码
27
Nankai University
2.5.3 RFID标签读写器
1. RFID标签读写器的基本功能 • 各种类型的RFID标签读写器
14
Nankai University
（2）主动式RFID标签工作原理 • 主动式RFID标签也叫做“有源RFID标签” • 处于远场的有源RFID标签由内部配置的电池 供电 • 从节约能源、延长标签工作寿命的角度，有源 RFID标签可以不主动发送信息 • 当有源标签接收到读写器发送的读写指令时， 标签才向读写器发送存储的标识信息 • 有源标签工作过程就是读写器向标签发送读写 指令，标签向读写器发送标识信息的过程
30
Nankai University
（2）固定式读写器 • 固定式读写器一般采取将天线与读写器模块分 开设计的方法 • 天线通过电缆与读写器模块连接。天线可以方 便地安装在固定的闸门式门柱上、门禁的门框 上、不停车收费通道的顶端、仓库进出口、生 产线传送带旁 • 固定式读写器一般使用超高频与微波段，作用 距离相对比较远
按封装材料分类
纸质RFID标签 塑料RFID标签 玻璃RFID标签
按封装形状分类
薄膜粘贴RFID标签 卡式RFID标签 柱形RFID标签 扣式RFID标签 身份识别RFID标签 植入式RFID标签
17
Nankai University
1. 按标签供电方式进行分类 • RFID标签可以分为：无源RFID标签和有源RFID标签
6
Nankai University
2.2.3 二维条形码的特点
• 二维条形码是在水平和垂直方向的二维空间存储信息 • 优点：信息容量大、译码可靠性高、纠错能力强、制 作成本低、保密与防伪性能好 一维条形码与二维条形码火车票的比较
使用一维条形码的火车票 使用二维条形码的火车票
Y
二维条形码
一维条形码
4
Nankai University
2. 2 条形码简介
2.2.1. 条形码的特点
• 条形码是将宽度不等的多个黑条（或黑块）和空白， 按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形 标识符 • 常见的一维条形码是由黑条（简称条）和白条（简称 空）排成的平行线图案 • 条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、 生产日期，以及图书分类号、邮件起止地点、类别、 日期等信息 • 在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多 领域都得到了广泛的应用
标签封装
标签打印
标签读写器
中间件
RFID标签标准*
EPC编码体系
UID编码体系
ISO/IEC RFID标准体系
我国RFID标准体系 研究与发展
3
Nankai University
2.1 自动识别技术的发展背景 • 数据采集与自动识别技术分类
数据采集方法 数据手工采集 数据自动采集 条形码 一维条形码 二维条形码 磁卡 IC卡 射频标签RFID
玻璃管封装植入式RFID 卡式RFID 手表型腕式RFID
薄膜粘贴型RFID
动物耳钉式 23 RFID
钥匙扣式RFID
Nankai University
2.5 RFID应用系统结构与组成
2.5.1 RFID应用系统结构
书 店 局 域 网 RFID中间件软件 编写RFID 标识码 RFID 编码器/ 打印机 RFID标识码编 码管理人员 计算机 数据库服务器 系统管理人员 存储RFID 标签数据 分析采集的RFID 标签数据
21
Fra Baidu bibliotek
Nankai University
5. 按封装材料进行分类 • 纸质封装RFID标签 • 塑料封装RFID标签 • 玻璃封装RFID标签
RFID芯片与天线 封装后的纸质RFID标签
钥匙链式
卡片式
耳钉式
脚环式
钮扣式
手表式
手链式
22
Nankai University
6. 按标签封装的形状进行分类 • 粘贴在标识物上的薄膜型的自粘贴式标签 • 用户携带、类似于信用卡的卡式标签 • 封装成能够固定在车辆或集装箱上的柱型标签 • 封装在塑料扣中，用于动物耳标的扣式标签 • 封装成钥匙扣中，用于随身携带的身份标识标签 • 封装在玻璃管中，用于人或动物的植入式标签
31
Nankai University
3. 读写器设计中需要注意的几个问题
• • • • • 标签身份识别与标签数据传输解密/解密问题 标签数据传输错误问题 多标签读取过程中的“碰撞”问题 有源标签电源状态管理问题 标签与天线位置对读写效果的影响
RFID标签
32
RFID读写器
Nankai University
Nankai University
《物联网工程导论》
吴功宜 吴英 编著
1
Nankai University
第 2章 RFID与物联网应用
2
Nankai University
第 2 章 知 识 点 结 构
自动识别技术的发展
RFID基本概念 RFID基本工作原理 RFID标签结构与分类 RFID应用系统组成与结构
10
Nankai University
2.4.2 RFID基本工作原理
1. RFID标签结构
（a）RFID内部结构 天线
电路
RFID芯片 （b）RFID结构组成单元示意图
11
Nankai University
2. 理解RFID基本工作原理的电磁学基础 • 法拉第电磁感应定律实验
12
Nankai University
15
Nankai University
（3）半主动RFID标签 • 半主动式RFID标签继承了无源标签体积小、 重量轻、价格低、使用寿命长的优点，内置的 电池在没有读写器访问的时候，只为芯片内很 少的电路提供电源 • 只有在读写器访问时，内置电池向RFID芯片 供电，以增加标签的读写距离较远，提高通信 的可靠性 • 半主动式RFID标签一般用在可重复使用的集 装箱和物品的跟踪上
5
Nankai University
2.2.2 一维条形码的特点 • 一维条形码只是在一个方向（一般是水平方向） 表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息 • 优点是编码规则简单，条形码识读器造价较低 • 缺点是：数据容量较小，一般只能包含字母和 数字；条形码尺寸相对较大，空间利用率较低， 条形码一旦出现损坏将被拒读 • 多数一维条码所能表示的字符集不过是10个数 字、26个英文字母及一些特殊字符，条码字符 集最大所能表示的字符个数也不过是128个 ASCII符
标签内部没有电池 标签内置的电池
有源RFID标签外部封装 （a）无源RFID标签
有源RFID标签内部电路
（b）有源RFID标签
18
Nankai University
2. 按标签工作模式进行分类
• 主动式RFID标签 —依靠自身能量主动向RFID读写器发送数据 • 被动式RFID标签 —从RFID读写器发送的电磁波中获取能量， 激活后才能够向RFID读写器发送数据 • 半主动式RFID标签— —自身的能量只提供给RFID标签中的电路使 用，并不主动向RFID读写器发送数据；当它 接收到RFID读写器发送的电磁波激活之后， 才向RFID读写器发送数据
• 在RFID应用系统中，要使每一件物体的信息在生产加 工、市场流通、客户购买与售后服务过程中，都能够 被准确地记录下来，就必须形成全球统一的、标准的、 唯一能够准确标识各国、各个企业生产的各个产品的 电子编码标准 • RFID技术广泛应用的基础是：RFID标签编码的标准 化与RFID标签体系的建立 • 目前最有影响的标准主要有： —EPC Global RFID标准 —UID RFID标准 —ISO/IEC RFID标准
非接触式IC卡与读卡器
IC卡
9
Nankai University
2.4 RFID基础知识
2.4.1 RFID标签的基本概念 • RFID是利用无线射频信号空间耦合的方式，实现无 接触的标签信息自动传输与识别的技术 • RFID标签又称为“电子标签”或“射频标签”
（a）玻璃管封装的植入式RFID
（b）透明塑料封装的粘贴式RFID
16
Nankai University
2.4.3 RFID 标签的分类
RFID标签分类
按供电方式分类
无源RFID标签 有源RFID标签
按工作模式分类
主动式RFID标签 被动式RFID标签 半主动式RFID标签
按读写方式分类
只读式RFID标签 读写式RFID标签
按工作频率分类
低频RFID标签 中频RFID标签 高频RFID标签 微波RFID标签
• RFID应用系统结构
RFID标签
RFID读写器 读 写 器 控 制 电 路
应用系统计算机
标 签 存 储 器
标 签 控 制 电 路
标 签 天 线
读 写 器 天 线
通 信 接 口
通 信 接 口
中 间 件 程 序
应 用 软 件
33
Nankai University
2.6 RFID标签编码标准* 2.6.1 RFID编码标准研究的必要性
X X
7
Nankai University
2. 3 磁卡与IC卡的应用 2.3.1 磁卡的应用 磁卡与磁卡读写器结构
磁 条
磁卡
磁卡读卡器
8
Nankai University
2.3.2 IC卡的特点与应用
• IC卡也叫做智能卡，它是通过在集成电路芯片中写有 数据来进行识别的
IC卡芯片
接触式IC卡与读卡器
（1）被动式RFID标签工作原理
• 被动式RFID标签也叫做“无源RFID标签” • 无源RFID标签接近读写器时，标签处于读写器天线辐 射形成的近场范围内 • RFID标签天线通过电磁感应产生感应电流，感应电流 驱动RFID芯片电路 • 芯片电路通过RFID标签天线将存储在标签中的标识信 息发送给读写器，读写器天线再将接收到的标识信息 发送给主机 • 无源标签工作过程就是读写器向标签传递能量，标签 向读写器发送标签信息的过程 • 读写器与标签之间能够双向通信的距离称为“可读范 围”或“作用范围”
（a）手持移动式和台式标签读写器
（b）闸门式标签读写器
（c）远距离有源标签读写器
28
Nankai University
读写器的主要功能： • 读写器与RFID标签之间的通信 • 读写器与计算机之间的通信 • 能够实现在有效读写区域内实现对多个RFID 标签同时读写的能力 • 能够对固定或移动RFID标签进行识别与读写 • 能够校验读写过程中错误信息 • 能够识别有源RFID标签与电池相关的电量信 息
29
Nankai University
2. 读写器的分类 （1）移动式读写器 • 移动式读写器适用于仓库盘点、现场货物清查、图书 馆书架清点、动物识别、超市购货付款、医疗保健等 应用场合 • 手持便携式读写器一般带有液晶显示屏，配置有键盘 来进行操作和数据输入，可以通过各种有线或无线接 口，与高层计算机实现通信 • 移动式读写器是一种嵌入式系统，它将天线与读写模 块集成在一个手持设备中 • 移动式读写器一般使用在低频、中高频、超高频段 • 是否是只读式或读/ 写式，以及内存的大小需要根据应 用的需求确定
传输RFID 标签数据
打印RFID标签
RFID读写器
读取RFID 标签数据 粘贴RFID标签
24
Nankai University
2.5.2 RFID标签封装与编码/打印设备
1. RFID标签封装与编码/打印设备的基本功能
大型标签封装设备
封装好的标签纸卷
小型标签打印设备
无线标签打印设备
便携式标签打印设备