RFID——物联网的“血细胞”.pdf
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1、目 录 RFID基 础 知 识.2RFID应 用 领 域.9RFID相 关 术 语.10标 签.13RFID读 写 设 备 基 本 介 绍.17RFID读 写 器.22RFID知 识 进 阶.24RFID工 作 频 率 的 分 类.29R FID中 间 件 知 识.34如 何 保 护 R FID内 部 信 息.43RFID天 线 知 识.50电 子 标 签 耦 合.55电 子 标 签 的 制 作 及 封 装.58射 频 标 签 通 信 协 议 简 介.60射 频 标 签 内 存 信 息 的 写 入 方 式.61RFID工 作 频 率 指 南 和 典 型 应 用.62从 传 统 条 码 到 RF
2、ID.65射 频 技 术 和 条 码 的 比 较.72RFID标 签 能 否 取 代 条 码 技 术.73使 用 高 频 标 签 会 对 人 体 有 辐 射 危 害 吗.74RFID面 临 的 问 题.75RFID基 础 知 识 1.什 么 是 RFIDRFID是 Radio Frequency Identification的 缩 写,即 射 频 识 别。常 称 为 感 应 式 电 子 晶 片 或 近 接 卡、感 应 卡、非 接 触 卡、电 子 标 签、电 子 条 码,等 等。一 套 完 整 RFID系 统 由 R eader与 Transponder两 部 份 组 成,其 动 作 原 理 为
3、 由 R eader发 射 一 特 定 频 率 之 无 限 电 波 能 量 给 Transponder,用 以 驱 动 Transponder电 路 将 内 部 之 ID Code送 出,此 时 Reader便 接 收 此 ID Code。Transponder的 特 殊 在 于 免 用 电 池、免 接 触、免 刷 卡 故 不 怕 脏 污,且 晶 片 密 码 为 世 界 唯 一 无 法 复 制,安 全 性 高、长 寿 命。RFID的 应 用 非 常 广 泛,目 前 典 型 应 用 有 动 物 晶 片、汽 车 晶 片 防 盗 器、门 禁 管 制、停 车 场 管 制、生 产 线 自 动 化、物 料
4、 管 理。RFID标 签 有 两 种:有 源 标 签 和 无 源 标 签。以 下 是 电 子 标 签 内 部 结 构:芯 片+天 线 与 RFID系 统 组 成 示 意 图 2.什 么 是 电 子 标 签 电 子 标 签 即 为 R F ID有 的 称 射 频 标 签、射 频 识 别。它 是 一 种 非 接 触式 的 自 动 识 别 技 术,通 过 射 频 信 号 识 别 目 标 对 象 并 获 取 相 关 数 据,识 别 工 作 无 须 人 工 干 预,作 为 条 形 码 的 无 线 版 本,R F ID技 术 具 有 条 形 码 所 不 具 备 的 防 水、防 磁、耐 高 温、使 用 寿
5、命 长、读 取 距 离 大、标 签 上 数 据 可 以 加 密、存 储 数 据 容 量 更 大、存 储 信 息 更 改 自 如 等 优 点。2.什 么 是 R FID技 术?R F ID射 频 识 别 是 一 种 非 接 触 式 的 自 动 识 别 技 术,它 通 过 射 频 信 号 自 动 识 别 目 标 对 象 并 获 取 相 关 数 据,识 别 工 作 无 须 人 工 干 预,可 工 作 于 各 种 恶 劣 环 境。R F ID技 术 可 识 别 高 速 运 动 物 体 并 可 同 时 识 别 多 个 标 签,操 作 快 捷 方 便。短 距 离 射 频 产 品 不 怕 油 渍、灰 尘 污
6、 染 等 恶 劣 的 环 境,可 在 这 样 的 环 境 中 替 代 条 码,例 如 用 在 工 厂 的 流 水 线 上 跟 踪 物 体。长 距 射 频 产 品 多 用 于 交 通 上,识 别 距 离 可 达 儿 十 米,如 自 动 收 费 或 识 别 车 辆 身 份 等。4.什 么 是 RFID解 决 方 案 RFID解 决 方 案 是 RFID技 术 供 应 商 针 对 行 业 发 展 特 点 制 定 的 RFID应 用 方 案,可 根 据 不 同 企 业 的 实 际 要 求“量 身 定 做”。R F ID解 决 方 案 可 按 照 行 业 进 行 分 类,物 流、防 伪 防 盗、身 份
7、识 别、资 产 管 理、动 物 管 理、快 捷 支 付 等 等 查 看 方 案 请 点 击 此 处.5.什 么 是 RFID中 间 件 RFID是 2005年 建 议 企 业 可 考 虑 引 入 的 十 大 策 略 技 术 之 一,而 中 间 件(Middleware)可 称 为 是 RFID运 作 的 中 枢,因 为 它 可 以 加 速 关 键 应 用 的 问 世。RFID产 业 潜 力 无 穷,应 用 的 范 围 遍 及 制 造、物 流、医 疗、运 输、零 售、国 防 等 等。Gartner Group认 为,RFID是 2005年 建 议 企 业 可 考 虑 引 入 的 十 大 策 略
8、技 术 之 一,然 而 其 成 功 之 关 键 除 了 标 签(T a g)的 价 格、天 线 的 设 计、波 段 的 标 准 化、设 备 的 认 证 之 外,最 重 要 的 是 要 有 关 键 的 应 用 软 件(Killer Application),才 能 迅 速 推 广。而 中 间 件(M iddleware)可 称 为 是 RFID运 作 的 中 枢,因 为 它 可 以 加 速 关 键 应 用 的 问 世。6.RFID系 统 的 基 本 组 成 部 分?最 基 本 的 RFID系 统 由 三 部 分 组 成:标 签(Tag):由 耦 合 元 件 及 芯 片 组 成,每 个 标 签 具
9、 有 唯 一 的 电 子 编 码,附 着 在 物 体 上 标 识 目 标 对 象;阅 读 器(Reader):读 取(有 时 还 可 以 写 入)标 签 信 息 的 设 备,可 设 计 为 手 持 式 或 固 定 式;天 线(Antenna):在 标 签 和 读 取 器 间 传 递 射 频 信 号。7.是 什 么 让 零 售 商 如 此 推 崇 RFID?据 Sanford C.Bernstein公 司 的 零 售 业 分 析 师 估 计,通 过 采 用 R F ID,沃 尔 玛 每 年 可 以 节 省 83.5亿 美 元,其 中 大 部 分 是 因 为 不 需 要 人 工 查 看 进 货 的
10、 条 码 而 节 省 的 劳 动 力 成 本。尽 管 另 外 一 些 分 析 师 认 为 80亿 美 元 这 个 数 字 过 于 乐 观,但 毫 无 疑 问,RFID有 助 于 解 决 零 售 业 两 个 最 大 的 难 题:商 品 断 货 和 损 耗(因 盗 窃 和 供 应 链 被 搅 乱 而 损 失 的 产 品),而 现 在 单 是 盗 窃 一 项,沃 尔 玛 一 年 的 损 失 就 差 不 多 有 2 0亿 美 元,如 果 一 家 合 法 企 业 的 营 业 额 能 达 到 这 个 数 字,就 可 以 在 美 国 1000家 最 大 企 业 的 排 行 榜 中 名 列 第 694位。研
11、究 机 构 估 计,这 种 RFID技 术 能 够 帮 助 把 失 窃 和 存 货 水 平 降 低 25%。8.RFID无 线 识 别 电 子 标 签 基 础 介 绍:无 线 射 频 识 别 技 术(Radio Frequency Idenfication,R F ID)是 一 种 非 接 触 的 自 动 识 别 技 术,其 基 本 原 理 是 利 用 射 频 信 号 和 空 间 耦 合(电 感或 电 磁 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。R F ID系 统 至 少 包 含 电 子 标 签 和 阅 注 器 两 部 分。电 子 标
12、 签 是 射 频 识 别 系 统 的 数 据 载 体,电 子 标 签 由 标 签 天 线 和 标 签 专 用 芯 片 组 成。依 据 电 子 标 签 供 电 方 式 的 不 同,电 子 标 签 可 以 分 为 有 源 电 子 标 签(Activetag)、无 源 电 子 标 签(Passive tag)和 半 无 源 电 子 标 签(Semi passivetag)o有 源 电 子 标 签 内 装 有 电 池,无 源 射 频 标 签 没 有 内 装 电 池,半 无 源 电 子 标 签(Semipassive tag)部 分 依 靠 电 池 工 作。电 子 标 签 依 据 频 率 的 不 同 可
13、 分 为 低 频 电 子 标 签、高 频 电 子 标 签、超 高 频 电 子 标 签 和 微 波 电 子 标 签。依 据 封 装 形 式 的 不 同 可 分 为 信 用 卡 标 签、线 形 标 签、纸 状 标 签、玻 璃 管 标 签、圆 形 标 签 及 特 殊 用 途 的 异 形 标 签 等。R F ID阅 读 器(读 写 器)通 过 天 线 与 R F ID电 子 标 签 进 行 无 线 通 信,可 以 实 现 对 标 签 识 别 码 和 内 存 数 据 的 读 出 或 写 入 操 作。典 型 的 阅 读 器 包 含 有 高 频 模 块(发 送 器 和 接 收 器)、控 制 单 元 以 及
14、阅 读 器 天 线。9.RFID发 展 历 程:R F ID直 接 继 承 了 雷 达 的 概 念,并 由 此 发 展 出 一 种 生 机 勃 勃 的 AIDC新 技 术 R FID技 术。1948年 哈 里.斯 托 克 曼 发 表 的“利 用 反 射 功 率 的 通 讯”奠 定 了 射 频 识 别 R F ID的 理 论 基 础。DRFID技 术 发 展 的 历 程 表。在 2 0世 纪 中,无 线 电 技 术 的 理 论 与 应 用 研 究 是 科 学 技 术 发 展 最 重 要 的 成 就 之 一。RFID技 术 的 发 展 可 按 10年 期 划 分 如 下:1941 1950年。雷
15、达 的 改 进 和 应 用 催 生 了 RFID技 术,1948年 奠 定 了 RFID技 术 的 理 论 基 础。1951 1960年。早 期 RFID技 术 的 探 索 阶 段,主 要 处 于 实 验 室 实 验 研 究。1961 1970年。R FID技 术 的 理 论 得 到 了 发 展,开 始 了 一 些 应 用 尝 试。1971 1980年。R FID技 术 与 产 品 研 发 处 于 一 个 大 发 展 时 期,各 种 RFID技 术 测 试 得 到 加 速。出 现 了 一 些 最 早 的 RFID应 用。19811990年。R FID技 术 及 产 品 进 入 商 业 应 用
16、阶 段,各 种 规 模 应 用 开 始 出 现。1991 2000年。RFID技 术 标 准 化 问 题 日 趋 得 到 重 视,RFID产 品 得 到 广 泛 采 用,RFID产 品 逐 渐 成 为 人 们 生 活 中 的 一 部 分。2001今。标 准 化 问 题 日 趋 为 人 们 所 重 视,RFID产 品 种 类 更 加 丰 富,有 源 电 子 标 签、无 源 电 子 标 签 及 半 无 源 电 子 标 签 均 得 到 发 展,电 子 标 签 成 本 不 断 降 低,规 模 应 用 行 业 扩 大。RFID技 术 的 理 论 得 到 丰 富 和 完 善。单 芯 片 电 子 标 签、多
17、 电 子 标 签 识 读、无 线 可 读 可 写、无 源 电 子 标 签 的 远 距 离 识 别、适 应 高 速 移 动 物 体 的 RFID正 在 成 为 现 实。RFID工 作 原 理 RFID工 作 原 理 和 相 关 原 理 知 识 射 频 识 别 系 统 的 基 本 模 型 如 图 8-1 所 示。其 中,电 子 标 签 又 称 为 射 频 标 签、应 答 器、数 据 载 体;阅 读 器 又 称 为 读 出 装 置,扫 描 器、通 讯 器、读 写 器(取 决 于 电 子 标 签 是 否 可 以 无 线 改 写 数 据)。电 子 标 签 与 阅 读 器 之 间 通 过 耦 合 元 件
18、实 现 射 频 信 号 的 空 间(无 接 触)耦 合、在 耦 合 通 道 内,根 据 时 序 关 系,实 现 能 量 的 传 递、数 据 的 交 换。发 生 在 阅 读 器 和 电 子 标 签 之 间 的 射 频 信 号 的 耦 合 类 型 有 两 种。电 感 耦 合。变 压 器 模 型,通 过 空 间 高 频 交 变 磁 场 实 现 耦 合,依 据 的 是 电 磁 感 应 定 律,如 图 所 示:(2)电 磁 反 向 散 射 耦 合:雷 达 原 理 模 型,发 射 出 去 的 电 磁 波,碰 到 目 标 后 反 射,同 时 携 带 回 目 标 信 息,依 据 的 是 电 磁 波 的 空 间
19、 传 播 规 律 电 感 耦 合 方 式 一 般 适 合 于 中、低 频 工 作 的 近 距 离 射 频 识 别 系 统。典 型 的 工 作 频 率 有:125kHz、225kHz和 13.56MHz。识 别 作 用 距 离 小 于 1 m,典 型 作 用 距 离 为 10 20cra。电 磁 反 向 散 射 耦 合 方 式 一 般 适 合 于 高 频、微 波 工 作 的 远 距 离 射 频 识 别 系 统。典 型 的 工 作 频 率 有:433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz。识 别 作 用 距 离 大 于 1 m,典 型 作 用 距 离 为 3 10m.RFID应 用 领
20、 域 R FID应 用 的 领 域 相 当 广 泛 1、物 流:物 流 过 程 中 的 货 物 追 踪,信 息 自 动 采 集,仓 储 应 用,港 口 应 用,邮 政,快 递 2、零 售:商 品 的 销 售 数 据 实 时 统 计,补 货,防 盗 3、制 造 业:生 产 数 据 的 实 时 监 控,质 量 追 踪,自 动 化 生 产 4、服 装 业:自 动 化 生 产,仓 储 管 理,品 牌 管 理,单 品 管 理,渠 道 管 理 5、医 疗:医 疗 器 械 管 理,病 人 身 份 识 别,婴 儿 防 盗 6、身 份 识 别:电 子 护 照,身 份 证,学 生 证 等 各 种 电 子 证 件。
21、7、防 伪:贵 重 物 品(烟,酒,药 品)的 防 伪,票 证 的 防 伪 等 8、资 产 管 理:各 类 资 产(贵 重 的 或 数 量 大 相 似 性 高 的 或 危 险 品 等)9、交 通:高 速 不 停 车,出 租 车 管 理,公 交 车 枢 纽 管 理,铁 路 机 车 识 别 等 10、食 品:水 果,蔬 菜,生 鲜,食 品 等 保 鲜 度 管 理 11、动 物 识 别:训 养 动 物,畜 牧 牲 口,宠 物 等 识 别 管 理12、图 书 馆:书 店,图 书 馆,出 版 社 等 应 用 13、汽 车:制 造,防 盗,定 位,车 钥 匙 14、航 空:制 造,旅 客 机 票,行 李
22、包 裹 追 踪 15、军 事:弹 药,枪 支,物 资,人 员,卡 车 等 识 别 与 追 踪 16、其 它:RFID相 关 术 语 R FID相 关 术 语,射 频:一 般 指 微 波。微 波:波 长 为 0.1 100厘 米 或 频 率 在 1 100GHZ的 电 磁 波。电 子 标 签:以 电 子 数 据 形 式 存 储 标 识 物 体 代 码 的 标 签,也 叫 射 频 卡。被 动 式 电 子 标 签:内 部 无 电 源、靠 接 收 微 波 能 量 工 作 的 电 子 标 签。主 动 式 电 子 标 签:靠 内 部 电 池 供 电 工 作 的 电 子 标 签。微 波 天 线:用 于 发
23、射 和 接 受 微 波 信 号。读 出 装 置:用 于 读 取 电 子 标 签 内 电 子 数 据。阅 读 器:用 于 读 取 电 子 标 签 内 电 子 数 据。编 程 器:用 于 将 电 子 数 据 写 入 电 子 标 签 或 查 阅 电 子 标 签 内 存 储 数 据。波 束 范 围:指 天 线 发 射 微 波 的 照 射 功 率 范 围。标 签 容 量:电 子 标 签 编 程 时 所 能 写 入 的 字 节 数 或 逻 辑 位 数。振 幅(Amplitude)无 线 电 波 最 高 点 和 零 值 之 间 的 距 离。只 读 存 储(Read-only memory,ROM)一 种 将
24、 信 息 存 储 在 芯 片 上 的 形 式,不 能 被 覆 盖。只 读 芯 片 要 比 读 写 芯 片 便 宜 得 多。自 动 数 据 采 集(Automatic data capture,ADC)用 于 收 集 数 据 并 直 接 将 其 导 入(不 涉 及 人 工 参 与)计 算 机 系 统 的 方 法(见 自 动 识 别 与 数 据 采 集)。智 能 卡(SmartCard)内 嵌 有 微 芯 片 的 塑 料 卡(通 常 是 一 张 信 用 卡 的 大 小)的 通 称。一 些 智 能 卡 包 含 一 个 RFID芯 片,所 以 它 们 不 需 要 与 读 写 器 的 任 何 物 理 接
25、 触 就 能 够 识 别 持 卡 人。RFID智 能 卡 常 常 被 称 为“遥 控”智 能 卡。a-Biz 自 动 识 别 技 术 的 应 用 案 例 框 架 a-B iz是 一 项 自 动 识 别 工 程,它 的 终 极 目 标 是 将 自 动 识 别 技 术 与 现 实 世 界 中 的 应 用 案 例 结 合,以 此 实 现“商 业 自 动 化”,或 者 说 是 a-Biz。ASN高 级 货 运 通 知 也 可 称 之 为 D A,此 电 子 文 档 先 于 货 物 被 发 送 出 去,以 通 知 对 方 货 物 在 运 送 途 中。BIS商 业 信 息 系 统 商 业 信 息 系 统,
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- RFID 联网 血细胞
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