第2讲RFID的系统构成

第2讲RFID的系统构成AntennaReaders&PrintersetcMiddleware“EdgeServer”BusinessApplicationsTags,BarCodesetc标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。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。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元、振荡电路以及阅读器天线几部分。一、RFID的应用系统架构3RFID系统工作原理1.认识RFID（第1章）2.RFID的系统构成（第2、4、6章）3.能量的传递（第7、8章）4.RFID的编码和调制（第9章）5.RFID数据的完整性（差错控制、防碰撞）（第10章）6.RFID的安全性（第10章）7.电子标签和读写器的体系结构（第11、12章）8.RFID中间件（第13章）9.RFID的标准体系（第3、14章）注：ISO14443协议在第5讲和第9讲中涉及课程内容智能家居遭遇黑客，让你欲哭无泪在刚刚结束的2013年“黑帽大会”上，他们跟几个黑客一起，用行动证实了这一点。在这场世界著名的黑客大会上，人们发现通过电脑，可以打开陌生人家的车库门，也能关掉千里之外浴室的热水器，或者侵入智能电视机，让看似关闭的电视录下屏幕前发生的一切。过不了一会儿，慵懒的人在家里穿着睡衣乱走的画面，就会实时传输到互联网上，出现在另一个人的电脑里。RFID产业链标签芯片设计与制造读写模块设计与制造天线设计与制造标签封装技术与设备读写器天线设计与制造读写器设计与制造终端用户软件中间件系统集成标签打印和贴标RFID测试培训与服务应用示范远望谷(002161)公司是我国最早从事超高频射频识别技术(RFID)研究和开发的高科技公司之一。公司已在铁路RFID市场取得垄断地位、在烟草行业RFID市场和军事应用RFID市场取得了市场先入优势，同时具备了RFID技术在行业间成功复制实施的能力。2013年7月19日公告，公司拟与深圳市粮食集团有限公司(深粮集团)共同出资1000万元，投资设立深圳市远粮信息技术有限公司，从事RFID技术在粮食行业、农产品安全溯源及大数据交易平台的建设等行业开发及应用。其中，公司以自有资金出资490万元，持有49%股权。中瑞思创(300078)公司是世界领先的EAS标签企业，上市后积极布局RFID新业务。公司与中科院物联网产业园合作开展RFID技术的研究，已经完全掌握和成功完善了RFID天线及电子标签产品的生产工艺，并已经拥有了一支完善的研发和工程团队进行RFID应用系统解决方案的开发和实施。公司RFID产能储备提前完成计划，并实施扩产，到2013年底将实现月产4000万张RFID标签产能，2014年预计能实现年产能6亿张。上海贝岭(600171)公司从2003年开始涉足RFID芯片研发和制造，控股的上海阿法迪智能标签系统技术有限公司是国内顶尖的专业RFID应用集成开发公司。阿法迪曾向位于上海临港地区的金山石化物流有限公司提供了RFID技术解决方案，在与金山石化物流仓库管理系统(WMS)无缝连接的环境下，实现货物在物流中心的入出盘移信息采集的自动化。阿法迪同时还是目前国内唯一一家具有RFID图书馆全部自主知识产权的公司，公司的RFID智能图书馆系统目前已占据了全国40%以上的市场。华虹计通(300330)公司承建了规模宏大的2010世博RFID门票系统，体现出在系统设计集成、终端产品设计与生产、项目管理和工程实(财苑)施等方面的综合实力。目前公司已为中国印钞造币总公司、上海烟草集团等国内大型企业完成了基于射频识别技术(RFID)的生产、仓储及物流等管理系统的试点工程，公司承建大型项目的丰富经验和先进技术，可为自贸区RFID物流管理提供高效的信息共享服务，进而降低整个物流环节成本并有效地防止走私。厦门信达(000701)自动识别芯片生产商。厦门信达专注于射频识别(RFID)电子标签产品研发、设计、生产和推广，拥有多项完全自主的射频识别知识产权专利，涵盖电子标签、RFID读写设备、RFID天线以及RFID应用系统等。公司聚集了具有丰富经验的各类人才，拥有多项完全自主的射频识别知识产权专利。公司可年产各式高频、超高频电子标签上亿片，产品广泛应用于图书馆管理、危险品管理、防伪识别、工业制造、交通运输管理、供应链物流仓储管理等领域，其中包括图书标签、金属标签、电子票证及航空行李标签等。同时，公司还可针对不同客户的需求设计电子标签产品，并根据不同行业应用特点制订相应生产工艺及检测标准。目前公司生产的电子标签产品，已经成功应用在多个领域。特别是高频ISO15693标签，支持目前所有芯片厂家的芯片产品，还能根据客户需求进行订制产品，市场占有率高达70%。RFID主要频段和特性二、RFID系统的分类参考P76第4章RFID使用的频率及电磁波的工作特点按标签获取电能的方式不同，可分为：有源射频标签(主动式标签)、无源射频标签(被动式标签)和半主动式。有源射频标签内部自带电池进行供电，电能充足、工作可靠性高、信号传送的距离远。无源射频标签内部不带电池，要靠外界提供能量。无源射频标签具有永久的使用期，支持长时间的数据传输和永久性的数据存储。缺点：数据传输的距离要比有源射频标签小半主动式射频标签本身有电池,电池只对自身的数字电路供电,数据发送通过阅读器的能量场激活后,通过反射方式发送。感应的距离较远RFID系统的分类按内部使用存储器类型的不同，可分为：只读标签和可读可写标签。只读标签内部只有只读存储器(ReadOnly：Memory，ROM)和随机存储器(RandomAccessMemory，RAM)。可读可写标签内部的存储器除了ROM、RAM和缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。RFID系统的分类按标签中存储器数据存储能力的不同，可分为：标识标签与便携式数据文件。标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定的标识项目，如人、物、地点进行标识，关于被标识项目的详细的特定信息，只能在与系统相连接的数据库中进行查找。便携式数据文件是指标签中存储的数据非常大，可以看作是一个数据文件。这种标签一般都是用户可编程的，如包装说明、工艺过程说明等。电子标签的分类AntennaReaders&PrintersetcMiddleware“EdgeServer”BusinessApplicationsTags,BarCodesetcRFID的应用系统架构参考第2章、第4章、第6章三、电子标签RFID电子标签是RFID系统中必备的一部分，相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息。RFID电子标签是一种微型的无线收发装置，标签中存储着被识别物体的相关信息，通常被安置在被识别的物体表面上。当RFID电子标签被RFID读写器识别到或者电子标签主动向读写器发送消息时，标签内的物体信息将被读取或改写。由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信RFID标签类型与成本的关系（a）外形（b）内部结构智能标签UHF电子标签卡UHF电子标签锁UHF金属电子标签各种电子标签电子标签构造示例图中黑色区域就是该应答器的CPU、存储器、编解码功能单元，外围印制铜模线即为应答器的天线单元。电子标签（应答器）电路的基本结构解调解码电源电路负载调制控制器编码器存储器射频前端时钟可存储几个字节到几十k字节电子标签的技术参数标签激活的能量要求标签信息的读写速度：可达毫秒级标签信息的传输速率标签信息的容量标签的封装尺寸标签的读写距离标签的可靠性标签的工作频率标签的价格我的速度很快哦！但是我不便宜，有点贵四、读写器与应答器的通信功能：读写器的基本功能与应用系统之间的通信功能：让应用系统能够对读写器进行控制并处理应答器的数据信息在读写区内实现多应答器识别，完成防冲突功能校验读写过程中的错误读写器的功能手持式读卡器读写器的技术参数：工作频率：与电子标签的工作频率保持一致，可支持多协议输出功率：满足应用的需要，符合国家和地区对无线发射功率的许可输出接口：接口形式多样，根据需要具有RS232、RS485、USB、Wifi、GSM等多种接口读写器形式：固定式、手持式、工业读写器等工作方式：全双工、半双工和时序读写器优先与电子标签优先五、天线天线用于在RFID标签与识读器之间建立数据通信的通道，天线的设计和位置对天系统的覆盖范围、识读距离和操作通信的准确信性起重要的作用。标签天线识读器天线电子标签和读写器通过各自的天线构建起两者之间的非接触信息传输通道。在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写器天线两大类，分别承担接收能量和发射能量的作用。无论是射频标签还是读写器的正常工作，都离不开天线或耦合线圈：一方面，无源射频标签芯片要启动电路工作，需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面，天线决定了射频标签与读写器之间的通信信道和通信方式，它在射频标签与读写器实现数据通信过程中起到了关键的作用。RFID天线分类：（1）按工作频段分类。RFID天线可分为短波天线、超短波天线、微波天线等。（2）按方向性分类。RFID天线可分为全向天线、定向天线等。（3）按外形分类。RFID天线可分为线状天线、面状天线等。（4）根据天线的设计工艺分类。根据RFID天线的设计工艺分类，主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型三种基本形式的天线。其中，小于1m的近距离线圈型天线，它们主要工作在中低频段；而1m以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子型的RFID天线，它们工作在高频及微波频段。这几种类型天线的工作原理是不相同的。电子标签天线在电子标签中，天线面积占主导地位，即标签面积主要取决于其天线面积。然而天线的物理尺寸受到其工作频率电磁波波长的限制。设计要求：•足够小，能够贴到需要的物品上•有全向或半球覆盖的方向性•有提供最大可能的信号给标签的芯片•无论物品在什么方向上，天线的极化都能与阅读器的询问信号相匹配•非常便宜RFID标签天线读距问题超高频电子标签读取距离计算公式Pth为芯片最小发射功率Pt为阅读器发射功率Gt为阅读器天线增益Gr为标签天线增益天线增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。阅读器天线设计要求：•天线线圈的电流最大，用于产生最大的磁通量•功率匹配，以最大限度地利用磁通量的可用能量•足够的带宽，保证载波信号的传输，这些信号是用数据信号调制而成的。电感耦合型系统一般用线圈天线电磁散射型系统一般采用平板天线RFID天线结构和环境因素对天线性能有很大影响。天线的结构决定了天线方向图、阻抗特性、驻波比、天线增益、极化方向和工作频段等特性。天线特性也受所帖附物体形状及物理特性的影响。例如，磁场不能穿透金属等导磁材料，金属物附近磁力线形状会发生改变，读写器天线发出的能量被金属吸收，读写距离就会大大减小。另外，液体对电磁信号有吸收作用，弹性基层会造成标签及天线变形，宽频带信号源（如发动机、水泵、发电机）会产生电磁干扰等。没反射板的E面方向图有反射板的E面方向图注：金属板可以充当反射板，提高天线的增益，但同时牺牲掉了全向性，成了定向天线。对于近距离RFID应用，天线一般和读写器集成在一起，对于远距离RFID系统，读写器天线天线和读写器一般采取分离式结构，通过阻抗匹配的同轴电缆连接。一般来说，方向性天线由于具有较少回波损耗，比较适合标签应用；由于标签放置方向不可控，读写器天线一般采用圆极化方式。对于分离式读写器，还将涉及到天线阵的设计问题。国外已经开始研究在读写器应用智能波束扫描天线阵，读写器可以按照一定的处理顺序，“智能”的打开和关闭不同的天线，使系统能够感知不同天线覆盖区域的标签，增大系统覆盖范围