王超梁--RFID原理及应用实验指导书

-1-RFID原理及应用实验指导书王超梁、尤晓蕾主编周鹏审校郑州航院电子通信工程系电子信息实验中心2014年9月目录-2-前言RFID基础知识………………………………..………3实验一UHF超高频实验............………………..……………5实验二HF高频实验.......................................………………..19实验三LF低频实验.................................................................30实验四有源标签实验...............................................................32实验五IC卡点台灯..................................................................34实验六IC卡门禁系统.............................................................40实验七校园卡消费、充值.....................................................46-3-前言物联网定位技术实验主要用于引导学生对GPS全球移动定位系统的入门及应用，了解GPS移动定位的原理及过程。加强对GSM数字移动通信网的认识及理解运用。最后进行物联网定位技术综合运用实验从而实现GPS/GSM移动车载防盗反劫、定位追踪、调度管理等等综合智能型控制系统的理解认识。1、RFID基础知识1.1RFID简介RFID(射频识别：radiofrequencyidentification)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，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、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，其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。RFID按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)，相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M~960MHz、微波2.4GHz，5.8GHz。RFID按照能源的供给方式分为无源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。无源RFID读写距离近，价格低；有源RFID可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电，成本要更高一些，适用于远距离读写的应用场合。1.2RFID工作原理RFID（radiofrequencyidentification）技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所-4-获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag，有源标签或主动标签)；解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理。一套完整的RFID系统,是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成,其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder,用以驱动Transponder电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据,送给应用程序做相应的处理。以RFID卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成,感应偶合(InductiveCoupling)及后向散射偶合(BackscatterCoupling)两种,一般低频的RFID大都采用第一种式,而较高频大多采用第二种方式。阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元。1.3RFID应用短距离射频识别产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，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。长距射频识别产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。-5-1．在零售业中，条形码技术的运用使得数以万计的商品种类、价格、产地、批次、货架、库存、销售等各环节被管理得井然有序。2．采用车辆自动识别技术，使得路桥、停车场等收费场所避免了车辆排队通关现象，减少了时间浪费，从而极大地提高了交通运输效率及交通运输设施的通行能力。3．在自动化的生产流水线上，整个产品生产流程的各个环节均被置于严密的监控和管理之下。4．在粉尘、污染、寒冷、炎热等恶劣环境中，远距离射频识别技术的运用改善了卡车司机必须下车办理手续的不便。5．在公交车的运行管理中，自动识别系统准确地记录着车辆在沿线各站点的到发站时刻，为车辆调度及全程运行管理提供实时可靠的信息。6.在设备管理中，RFID自动识别系统可以将设备的具体位置做与RFID读取器做绑定，当设备移动出了指定读取器的位置时，记录其过程。RFID电子标签的技术应用非常广泛，目前典型应用：移动支付、动物晶片、门禁控制、航空包裹识别、文档追踪管理、包裹追踪识别、畜牧业、后勤管理、移动商务、产品防伪、运动计时、票证管理、汽车晶片防盗器、停车场管制、生产线自动化、物料管理等等。-6-实验一UHF超高频实验1、Gen2读、写标签号实验一、实验目的理解UHFRFID的工作原理，并掌握其与HFRFID工作原理的异同点。掌握EPC标签号的存储区域以及结构特点。二、实验器材UHF读卡器一个、UHF天线一个、USB连接线一条、9V电源适配器一个、电脑一台、UHF实验上位机软件。三、实验准备1.硬件连接：1）、为UHF读卡器安装连接9V电源，关闭电源开关。2）、打开UHF读卡器电源开关，确定右边D1-D4灯那一个亮起，关闭电源开关，把UHF天线与UHF读卡器亮灯那个天线接口连接起来。3）、通过USB线把计算机与UHF读卡器连接起来。-7-图、读卡器连接示意图2.USB驱动安装当选择USB与上位机通信是，电脑系统会提示安装USB驱动，打开驱动CDM20824_Setup.exe。安装成功在设备描述中有一个串口端口，安装完成后在设备管理器中查看COMxx端口，（例如COM8）如下图所示：图：查看系统分配的串口号四、上位机软件介绍确保硬件连接正确，然后打开上位机软件RFIDread.exe，COM口完成自动选择连接，如下图。-8-功能选择EPC—EPC命令实验窗口Findtags---询卡窗口天线参数设置Frequence�Main–主频率�Aux--辅频率Rxatten--接收灵敏度Link--连接速率Coding--编码方式AntennaANT1~4分别对应读卡器4个天线通道-9-RFPOWERAutopoweroff–功率发送自动关闭Enable手动设置功耗使能五、实验过程1、按实验准备内容提示完成驱动安装、硬件连接，打开上位机软件。2、读取标签EPC号(1)运用盘点命令读取标签EPC号把标签放在天线射频范围内，选择开始盘点（beginround）命令，点击执行（execute），读出标签EPC号；-10-（2)运用读写数据块命令读标签EPC号：a)先选取一张盘点到的EPC标签，b)在命令窗口中选择读取（Read）命令，c)软件窗口内输入EPC号存储区，BankNumeber01、Block1~7。点执行（Execute）命令查看读出的数据3、修改标签EPC号a)先选取一张盘点到的EPC标签；b)在软件窗口内输入要修改的EPC号地址和数据，写入标签EPC号并记录相应数据；c)重新盘点标签，查看修改后的EPC号并对比；-11-2、Gen2协议读写用户数据块实验实验一、实验目的本实验熟悉Gen2协议标签数据块的读取和写入过程。二、实验器材UHF读卡器一个、UHF天线一个、USB连接线一条、9V电源适配器一个、电脑一台、UHF实验上位机软件。三、实验步骤1、完成驱动安装、硬件连接，打开上位机软件。2、读标签用户数据块a)先选取一张盘点到的EPC标签，b)在命令窗口中选择读取（Read）命令，c)软件窗口内输入要读取的用户区地址和数量，点执行（Execute）命令，查看读出的数据-12-3、写标签用户数据块a)先选取一张盘点到的EPC标签，b)在命令窗口中选择写入（write）命令，c)软件窗口内输入要写入的用户区地址和数量，点执行（Execute）命令，查看读出的数据并与修改之前做对比；-13-3、UHF标签综合应用实验一、实验目的通过综合应用实验使学生了解UHF的优点以及工程应用，并了解UHF应用开发的流程。二、实验器材UHF读卡器一个、UHF天线一个、USB连接线一条、9V电源适配器一个、电脑一台、UHF综合应用实验上位机软件。三、实验过程1）为UHF读卡器安装连接9V电源，关闭电源开关。2）打开UHF读卡器电源开关，确定右边D1-D4灯那一个亮起，关闭电源开关。把UHF天线与UHF读卡器亮灯那一个天线接口连接起来。3）通过USB线把计算机与UHF读卡器连接起来。4）打开读卡器电源开关。-14-5）此时打开配置上位机软件RFID演示软件。6)根据不同应用场景，点击图标进入不同实验界面。图门禁-15-图超市图物流7）选择“系统设置”进行配置，在此可配置计算机与网关主板通信方式，端口设置。-16-8）点击“开始寻卡”，然后根据不同应用场景在“卡片注册”或“实时演示”中开始实验界面，如下图所示图门禁-17-图超市图物流此时点击“开始读取”等待标签读取。9)把UHF标签靠近UHF天线，网关主板液晶屏显示对应的标签地址。RFID演示软件上显示如下图所示。-18-图门禁图超市-19-图物流此时，点击确认即可为每个标签注册一个物品。10)根据不同标签在“实时演示”界面中进行实验，如下图所示。如果是门禁，此时把标签靠近UHF读卡器，由于该标签上一步注册为2号门，因此，-20-此时在RFID演示软件上可以看到，2号门自动打开了，如上图所示。一段时间过后，2号门自动关闭，如下图所示。如果是超市，此时把标签靠近UHF读卡器（注意打开RFID演示软件右上角的“开始读取”），由于该标签上一步注册为红酒，因此，此时在RFID演示软件上可以看到，成功扫描一瓶红酒。再把该标签靠近HF读卡器一次，即显示成功扫描了2瓶红酒，如下图所示，这成功演示了一个超市商品管理系统，点击“确认购买”即完成产品出库销售。-21-11)完成门禁开关，超市商品管理，物流管理中物品进出库的实时演示后，我们可以通过历史查询来了解以前的操作，如下图所示。图门禁图超市-22-图物流-23-实验二HF高频实验1、读写器原理一实验目的了解RFID读写器的原理，理解非接触式无源RFID卡的双向数据通信过程。通过本实验了解RFID读写器的系统结构、工作原理、读写过程。二实验设备硬件：PC机（一台，Windows操作系统）RFID读写器及无源RFID读写卡图0-1RFID读写器及无源RFID读写卡软件：VB读写程序三实验预备RFID技术是一种非接触的自动识别技术，通过无线射频的方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据。RFID系统通常主要由电子标签、读写器、天线3部分组成。读写器对电子标签进行操作，并将所获得的电子标签信息反馈给PC机。射频识别技术以其独特的优势，逐渐被广泛应用于生产、物流、交通运输、防伪、跟踪及军事等方面。按工作频段不同，RFID系统可以分为低频、高频、超高频和微波等几类。-24-目前，大多数RFID系统为低频和高频系统，但超高频