物联网技术与应用实践(项目式)熊茂华项目

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1、1 1项目四 射频识别技术应用项目的开发项目四 射频识别技术应用项目的开发4.1 任务一：射频识别技术基础知识4.2 任务二：RFID系统的组成4.3 任务三：几种常见的RFID系统4.4 任务四：RFID中间件技术4.5 任务五：RFID典型模块应用实践2 2项目四 射频识别技术应用项目的开发4.1 任务一：射频识别技术基础知识 4.1.1 射频识别1. 概述 RFID是Radio Frequency Identification的缩写，意为射频识别。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。 3 3项目四 射频识别

2、技术应用项目的开发2. 射频识别技术特点(1) 数据的读写功能。 (2) 电子标签的小型化和多样化。 (3) 耐环境性。 (4) 可重复使用。 (5) 穿透性。 (6) 数据的记忆容量大。 (7) 系统安全性。 4 4项目四 射频识别技术应用项目的开发4.1.2 RFID技术分类1. RFID技术分类1) 根据标签的供电形式分类(1) 有源式电子标签。 (2) 无源式电子标签。 (3) 半有源式电子标签。 5 5项目四 射频识别技术应用项目的开发2) 根据电子标签的工作频率分类(1) 低频段电子标签。 (2) 中高频段电子标签。 (3) 超高频与微波标签。 6 6项目四 射频识别技术应用项目的

3、开发3) 根据标签的可读性分类(1) 只读电子标签。 (2) 可读可写标签。 (3) 一次写入多次读出标签。 7 7项目四 射频识别技术应用项目的开发4) 根据标签的工作方式分类(1) 主动式电子标签。 (2) 被动式电子标签。 (3) 半主动式电子标签。 8 8项目四 射频识别技术应用项目的开发2. RFID系统的分类 1) EAS系统 EAS( ELECTRONIC ARTICLE SURVEILLANCE)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。 9 9项目四 射

4、频识别技术应用项目的开发2) 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。 1010项目四 射频识别技术应用项目的开发3) 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。 1111项目四 射频识别技术应用项目的开发4) 定位

5、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、半成品或成品上，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。 1212项目四 射频识别技术应用项目的开发4.1.3 RFID技术标准由于RFID的应用牵涉到众多行业，因此其相关的标准非常复杂。从类别看，RFID标准可以分为以下四类：技术标准(如RFID技术、IC卡标准等)；数据内容与编码标准(如编码格式、语法标准等)；性能与一致性标准(如测试规范等)；应用标准(如船运标签、产品

6、包装标准等)。具体来讲，RFID相关的标准涉及电气特性、通信频率、数据格式和元数据、通信协议、安全、测试、应用等方面。1313项目四 射频识别技术应用项目的开发1414项目四 射频识别技术应用项目的开发4.2 任务二：RFID系统的组成4.2.1 RFID的工作原理及系统组成1. 工作原理 RFID的工作原理是：标签进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能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(即Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(即Active Tag，有源标签或主动标签)，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处

7、理。 1515项目四 射频识别技术应用项目的开发2. RFID系统的组成 射频识别系统至少应包括以下两个部分，一是读写器，二是电子标签(或称射频卡、应答器等，本文统称为电子标签)。另外还应包括天线，主机等。 1616项目四 射频识别技术应用项目的开发图4.1 RFID系统的组成1717项目四 射频识别技术应用项目的开发图4.2 射频识别系统基本组成1818项目四 射频识别技术应用项目的开发4.2.2 RFID系统中的软件组件1. 边沿接口系统边沿接口系统还具有以下功能：(1) 从不同读写器中过滤重复数据。(2) 设置基于事件方式触发的外部执行机构。(3) 提供智能功能，选择发送到软件系统。(4

8、) 远程管理功能。1919项目四 射频识别技术应用项目的开发2. RFID中间件使用RFID中间件有三个主要目的：(1) 隔离应用层和设备接口。(2) 处理读写器和传感器捕获的原始数据，使应用层看到的都是有意义的高层事件，大大减少所需处理的信息。(3) 提供应用层接口用于管理读写器和查询RFID观测数据，目前，大多数可用的RFID中间件都有这些特性。2020项目四 射频识别技术应用项目的开发3. 企业应用接口前端软件最重要的功能是保障电子标签和读写器之间的正常通信，通过硬件设备的运行和接收高层的后端软件控制来处理和管理电子标签和读写器之间的数据通信。前端软件完成的基本功能有：(1) 读/写功能

9、： (2) 防碰撞功能： (3) 安全功能： (4) 检/纠错功能： 2121项目四 射频识别技术应用项目的开发4. 应用软件应用软件也是系统的数据中心，它负责与读写器通信，将读写器经过中间件转换之后的数据，插入到后台企业仓储管理系统的数据库中，对电子标签管理信息、发行电子标签和采集的电子标签信息集中进行存储和处理。一般说来，后端应用软件系统需要完成以下功能：(1) RFID系统管理： (2) 电子标签管理： (3) 数据分析和存储： 2222项目四 射频识别技术应用项目的开发4.3 任务三：几种常见的RFID系统从电子标签到读写器之间的通信和能量感应方式来看，RFID系统一般可分为电感耦合(

10、磁耦合)系统和电磁反向散射耦合(电磁场耦合)系统。电感耦合系统是通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律；电磁反向散射耦合，即雷达原理模型，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传播规律。2323项目四 射频识别技术应用项目的开发图4.3 电感耦合和电磁耦合2424项目四 射频识别技术应用项目的开发4.3.1 电感耦合RFID系统电感耦合方式电路结构如图4.4所示。电感耦合的射频载波频率为13.56MHz和小于135 kHz的频段，应答器和读写器之间的工作距离小于1m。2525项目四 射频识别技术应用项目的开发图4.4 电感耦合方式的电路结构2626

11、项目四 射频识别技术应用项目的开发1. 应答器的能量供给电磁耦合方式的应答器几乎都是无源的，能量(电源)从读写器获得。由于读写器产生的磁场强度受到电磁兼容性能有关标准的严格限制，因此系统的工作距离较近。2727项目四 射频识别技术应用项目的开发2. 数据传输应答器向读写器的数据传输采用负载调制方法。应答器二进制数据编码信号控制开关器件，使其电阻发生变化，从而使应答器线圈上的负载电阻按二进制编码信号的变化而改变。 2828项目四 射频识别技术应用项目的开发4.3.2 反向散射耦合RFID系统1. 反向散射雷达技术为RFID的反向散射耦合方式提供了理论和应用基础。当电磁波遇到空间目标时，其能量的一