当前位置:首页 » 物联网/云计算 » 正文

第2章 RFID相关理论介绍

2153 人参与  2019年04月10日 12:33  分类 : 物联网/云计算  评论

2.1.RFID技术概述

RFIDRadio Frequency Identification)技术即无线射频识别技术,是20世纪90年代开始兴起的一种非接触的自动识别技术,射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。相比于条形码、磁条、磁卡、指纹、光学字符等自动识别技术,RFID具有可无线读/写、信号穿透能力强、识别距离远、使用寿命长、环境适应性好、可多标签同时识别、信息存储容量大和数据可改写等优点。

从信息传递的基本原理来说,射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递),在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。1948年哈里斯托克曼发表的"利用反射功率的通信"奠定了射频识别技术的理论基础。

2.2.RFID系统的组成和工作原理

2.2.1系统组成

一般射频识别系统一般由射频卡(应答器)、读写器(阅读器)和应用系统(包括连接线路)三部分构成,如图2-1所示,

image.png 

射频卡:载有目标物品相关信息,在阅读器及电子标签之间传输射频信号的天线;

射频收发器:产生射频信号;

阅读器:接收从电子标签返回的射频信号,并将解码的数据传输到主机系统。实际设计时一般把阅读器、天线和收发器都集成在一起统称为阅读器。因此也可以说RFID系统是由标签和阅读器两个部分组成。

2.2.2工作原理

RFID系统的工作原理,是在耦合通道内,阅读器和标签之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合,且根据时序关系,完成数据的交换和能量的传递,其工作基本模型如图2-2所示,

image.png

阅读器向电子标签提供工作能量。对于无源标签,当标签离开射频识别场时,标签由于没有能量的激活而处于休眠状态,当标签进入射频识别场时,阅读器发射出来的射频波激活标签电路,标签通过整流的方法将射频波转换为电能存储在标签中的电容里,从而为标签的工作提供能量,完成数据的交换。对于半有源标签来讲,射频场只起到了激活的作用。有源标签始终处于激活状态,处于主动工作状态,和阅读器发射出的射频波相互作用,具有较远的识读距离。

时序指的是阅读器和标签的工作次序问题。即阅读器主动唤醒标签,这时标签首先自报家门。对于无源标签,一般是阅读器先讲的形式对于多标签同时识读,可以采用阅读器先讲的形式,也可以是标签先讲的形式。

阅读器和标签之间的数据通信包括阅读器向标签的数据通信和标签向阅读器的数据通信。在阅读器向标签的数据通信中,又包括离线数据写入和在线数据写入。对于标签向阅读器的数据通信过程,其工作方式包括以下两种标签收到阅读器的射频能量时,即被激活并向阅读器发射标签存储的数据信息标签被激活后,根据阅读器指令转入数据发送状态或休眠状态。在这两种工作方式中,前者属于单向通信,后者属于半双工双向通信。图2-2可以看出,在射频识别系统的工作过程中,始终以能量为基础,通过一定的时序方式来实现数据的交换。因此,在工作的空间通道中存在三种事件模型以能量提供为基础的事件模型,以时序方式实现数据交换的实现形式事件模型,以数据交换为目的的事件模型。

2.3. RFID系统的分类

根据RFID系统完成的功能不同,可以粗略地把RFID系统分成四种类型:EAS系统、便携式数据采集系统、网络系统、定位系统。 

 EAS技术

ELECTRONIC ARTICLE SURVEILLANCE(EAS)是一种设置在需要控制物品出入的门口的RFID技术。这种技术的典型应用场合是商店、图书馆、数据中心等地方,当未被授权的人从这些地方非法取走物品时,EAS系统会发出警告。在应用EAS技术时,首先在物品上粘付EAS标签,当物品被正常购买或者合法移出时,在结算处通过一定的装置使EAS标签失活,物品就可以取走。物品经过装有EAS系统的门口时,EAS装置能自动检测标签的活动性,发现活动性标签EAS系统会发出警告。EAS技术的应用可以有效防止物品的被盗,不管是大件的商品,还是很小的物品。应用EAS技术,物品不用再锁在玻璃橱柜里,可以让顾客自由地观看、检查商品,这在自选日益流行的今天有着非常重要的现实意义。典型的EAS系统一般由三部分组成,1)附着在商品上的电子标签,电子传感器;2)电子标签灭活装置,以便授权商品能正常出入;3)监视器,在出口造成一定区域的监视空间。

EAS系统的工作原理是:在监视区,发射器以一定的频率向接收器发射信号。发射器与接受器一般安装在零售店、图书馆的出入口,形成一定的监视空间。当具有特殊特征的标签进入该区域时,会对发射器发出的信号产生干扰,这种干扰信号也会被接收器接收,再经过微处理器的分析判断,就会控制警报器的鸣响。根据发射器所发出的信号不同以及标签对信号干扰原理不同,EAS可以分成许多种类型。关于EAS技术最新的研究方向是标签的制作,人们正在讨论EAS标签能不能象条码一样,在产品的制作或包装过程中加进产品,成为产品的一部分。

 便携式数据采集系统

便携式数据采集系统是使用带有RFID阅读器的手持式数据采集器采集RFID标签上的数据。这种系统具有比较大的灵活性,适用于不宜安装固定式RFID 系统的应用环境。手持式阅读器(数据输入终端)可以在读取数据的同时,通过无线电波数据传输方式(RFDC)实时地向主计算机系统传输数据,也可以暂时将数据存储在阅读器中,在一批一批地向主计算机系统传输数据。

 物流控制系统

在物流控制系统中,固定布置的RFID阅读器分散布置在给定的区域,并且阅读器直接与数据管理信息系统相连,信号发射机是移动的,一般安装在移动的物体、人上面。当物体、人流经阅读器时,阅读器会自动扫描标签上的信息并把数据信息输入数据管理信息系统存储、分析、处理,达到控制物流的目的。

 定位系统

定位系统用于自动化加工系统中的定位以及对车辆、轮船等进行运行定位支持。阅读器放置在移动的车辆、轮船上或者自动化流水线中移动的物料、半成品、成品上,信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。信号发射机上存储有位置识别信息,阅读器一般通过无线的方式或者有线的方式连接到主信息管理系统。

2.4.RFID的标准与技术规范

RFID标准体系分为技术标准和应用标难。技术标准主要包括接口规范、物理特性、读写器协议、编码体系、测试规范、应用规范、数据管理、信息安全等标准组成。应用标准主要分为动物识别、身份识别、商业、交通、军事等。

目前常用的国际标准主要有ISO/IEC18000标准(包括7个部分,涉及125KHz12.56MHz860-960MHz2.45GHz等频段)、用于对动物识别的ISO11784ISO1178,用于非接触智能卡的ISO105361569314443,用于集装箱识别的ISO10374等。目前国际上制定RFID标准的组织比较著名的有三个:ISO国际组织、以美国为首的EPC global以及日本的Ubiquitous ID Center,而这三个组织对RFID技术应用规范都有各自的目标与发展规划。下面简单介绍一下本文相关的EPC global国际标准[8]

EPC(Electronic Product Code)标准使用的频率有13.56MHz以及902-928MHz,由EPC global Inc所推动提出。EPC的目标主要就是推动让生活中的每项物品都有一个唯一的编码,且相互连接形成一个即所谓的物联网概念。使用者可以利用物联网的EPC编码名称解析服务ONS(Object Name Service),让使用EPC RFID标签的货品可以流通全球。在20046EPC global正式公布了全球第一的RFID标准,让全球不同的企业在使用RFID上有个共通标准,其中EPC Tag所设定的5个不同等级为:

1)Class0: 只供读取,简单被动式,仅提供在出厂时以制订号码的唯读标签。标签在出厂时即写入一组不可更改的号码,提供简单的服务辨识;

2)Class1: 只写一次,简单被动式,可供一次写入;

3)Class2: 重复读写,具有可重复读写功能,被动式标签;

4)Class3: 内设感应器的半被动标签,有重复读写功能,更包含额外的感应器,可侦查温度!湿度!动向变化等并记录在标签中,内建电池增加读取距离;

5)Class4: 属于天线,是一种半被动标签,可主动与其他标签沟通,还在研发过程中。

2.5.RFID国内外发展现状

RFID技术的雏形其实可追溯至二战时期,当时英军使用无线识别技术辨认敌我双方的飞机。尽管已有60年的历史,但工业标准的缺少使得无线射频识别技术的商用普及历程变得如此漫长。随着科技的发展,RFID技术的民用于20世纪90年代渐渐兴起。

90年代开始,多个区域和公司开始注意这些系统之间的互操作性,即运行频率和通信协议的标准化问题。只有标准化,才能将RFID的自动识别技术得到更广泛的应用。同时,RFID智能卡和智能钥匙等作为访问控制和物理安全的手段开始流行,试图取代传统的访问控制机制。这种称为非接触式的IC智能卡具有较强的数据存储和处理能力,能够针对持有人进行个性化处理,也能够更灵活地实现访问控制策略。

90年代后期,开始出现超高频(UHF)的无源RFID标签技术,提供更远的传输距离和更快的传输速度。从这里开始,RFID技术才算真正的展开应用,例如供应链管理中的托盘和包装跟踪、存货和仓库管理、集装箱管理、物流管理等等。并且逐渐试图成为合成的企业应用(包括ERPSCMCRMEAMB2B等等)的数据和语义基础。

90年代末期到现在,RFID技术在国内外发展迅速,TI、Motorola、NXP(原Philips半导体部门)、Microchip等世界著名半导体厂家都投入生产RFID产品。零售巨头如Wal-MartTargetMetro Group以及一些政府机构,如美国国防部等,都开始推进RFID应用,并要求他们的供应商也采用此技术。同时,标准化的纷争出现了多个全球性的RFID标准和技术联盟,主要有EPCglobalAIM GlobalISO/IECUIDIP-X等。这些组织主要在标签技术、频率、数据标准、传输和接口协议、网络运营和管理、行业应用等方面试图达成全球统一的平台。RFID技术将为全球带来成百上千亿美元的市场,随之而来的还有服务器、数据储存系统、管理软件,以及电脑设施等庞大的需求。随着标签成本的下降以及技术的进步,RFID技术将很快在全球范围内得到普及。RFID识别技术的普及,必然对物流、零售、制造、交通、医疗等各行业内引发革命性的变化。作为全球电子产品制造工场以及第三大贸易国,RFID将会为国的发展带来了机遇和新的经济增长点。

未来10年,在我们生活的周围充斥着无数的射频标签。各种各类的身份识别卡/证、银行卡、机票、商场的各种零售商品都会贴上这些小小的射频标签。通过射频标签,RFID设备利用无线方式进行通信,获取目标对象的数据,以达到自动识别的目的。

2.6. RFID典型应用

物流和供应管理

生产制造和装配

航空行李处理

邮件/快运包裹处理

文档追踪/图书馆管理

动物身份标识

运动计时

门禁控制/电子门票

道路自动收费

2.7.本章小结

本章内容主要介绍了RFID相关的概念以及与RFID相关的其它一些理论知识。首先,RFID作为一种非接触的自动识别技术,相对于目前广泛使用的条形码技术,具有许多突出的优点。因此,RFID技术受到国内外广泛的关注,其应用前景非常广阔。其次,介绍了RFID系统的组成和工作原理以及相关的国际标准,为实现RFID仓储管理系统提供了理论基础。接下来介绍了RFID国内外发展现状以及RFID系统的分类。指出,RFID技术受到人们的普遍推崇,经过了将近80年的探索与研究,取得了许多不错的成果。根据RFID系统功能的不同可以分为不同种类,可适用于不同的应用。但是,由于其本身的复杂性,造成技术上存在许多难点尚未得到很好的解决以及成本太高,目前该项技术仍然没有普遍应用到工业生产和生活中。RFID软件方面的技术难点主要集中在RFID数据清洗算法、复杂事件处理算法、数据挖掘等方面。本文是要实现本地复杂事件处理算法,以解决乱序数据流问题。


来源:我是码农,转载请保留出处和链接!

本文链接:http://www.54manong.com/?id=1257

RFID  

微信号:qq444848023    QQ号:444848023

加入【我是码农】QQ群:864689844(加群验证:我是码农)

<< 上一篇 下一篇 >>

网站分类

标签列表

最近发表

全站首页 | 数据结构 | 区块链| 大数据 | 机器学习 | 物联网和云计算 | 面试笔试

本站资源大部分来自互联网,版权归原作者所有!