射频识别(RFID)技术培训讲义(一)

华南理工大学电子与信息学院华南理工大学电子与信息学院赖晓铮赖晓铮博士博士电话：电话：020020--8711458787114587手机：手机：1382643233213826432332Email:Email:[e-mail]@tom.com射频识别（RFID）技术培训讲义（一）讲义纲要一、原理篇概念、RFID原理概述；二、系统篇标签、天线、阅读器、中间件；三、标准篇ISO、EPC、UID标准体系介绍、频谱规划。四、应用篇国内外应用动态及RFID系统部署建议RFID原理篇基本概念基本概念•射频识别技术(RFID，RadioFrequencyIdentification)是一种非接触式自动识别技术，其基本原理是利用射频信号的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。•附在被识别物体表面或内部的电子标签存储着物体的信息，当电子标签进入阅读器的适度区域时，阅读器以无接触的方式将电子标签内的信息按照一定的规则传输给后台计算机处理系统或电控系统，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。RFID系统组成Reader标签通过电感耦合标签通过电感耦合//反射调制的能反射调制的能量将识别信号发射出去量将识别信号发射出去RFID阅读器通过天线发射信号SystemSystem阅读器将信息和数据传输到信息阅读器将信息和数据传输到信息系统进行数据管理、处理系统进行数据管理、处理Transponder标签接收信号标签接收信号AntennaAntenna　　信息载体信息载体信息信息量量读读//写写性性读取方式读取方式保密保密性性智能智能化化抗干扰抗干扰能力能力寿寿命命成成本本条码条码纸、塑料纸、塑料薄膜、金薄膜、金属表面属表面小小只读只读CCDCCD或激或激光束扫描光束扫描差差无无差差较较短短低低磁卡磁卡磁性物质磁性物质一般一般读读//写写电磁转换电磁转换一般一般无无较差较差短短较较低低ICIC卡卡EEPROMEEPROM大大读读//写写电擦除、电擦除、写入写入好好有有较好较好较较长长较较高高RFIDRFID标签标签EEPROMEEPROM大大读读//写写无线通信无线通信好好有有好好长长较较低低自动识别技术的比较射频识别技术(RFID)射频识别技术(RFID)供电方式供电方式供电方式有源有源无源无源半有源半有源系统工作频率系统工作频率系统工作频率低频系统低频系统高频系统高频系统超高频系统超高频系统微波系统微波系统读写性能读写性能读写性能只读系统只读系统可读写系统可读写系统工作时序工作时序工作时序标签优先标签优先读写器优先读写器优先RFIDRFID系统分类系统分类电感耦合形式的电感耦合形式的RFIDRFID工作原理工作原理反射调制形式的反射调制形式的RFIDRFID工作原理工作原理100kHz10GHz1MHz10MHz100MHz1GHz125kHz13.56MHz915MHz2.45GHz•LowFrequency:125kHz中、短识别范围,0.1米～1米，低数据传输率,低成本。•HighFrequency:13.56MHz短识别范围，0.1米～0.5米，高数据传输率，较高成本。•UltraHighFrequency:860MHz-960MHz远识别范围，1-8米,甚高数据传输率，较高成本。•Microwave:2.45GHz中识别范围，1-2米,高数据传输率，较高成本。RFIDRFID系统工作频率系统工作频率RFID系统篇RFID标签标签芯片标签天线标签天线RFID标签组成标签组成电子标签的封装形式与材质电子标签的封装形式与材质915MHz超高频标签天线RFIDRFID标签天线的分类标签天线的分类DuraDura--LabelLabel®®910910(forlowKdielectrics)(forlowKdielectrics)DuraDura--LabelLabel®®950950(forhighKdielectrics)(forhighKdielectrics)®®SCSCorp.SCSCorp.13.56MHz高频标签天线标签天线的形式标签天线的形式x微带偶极子天线x折合偶极子天线x弯折线天线x双极化天线x片上天线x分形天线微带偶极子天线微带偶极子天线z对称偶极子天线z非对称偶极子天线折合偶极子天线折合偶极子天线弯折线天线双极化天线双极化天线片上天线片上天线KochcurveHilbertcurveFractaltreeMinkowskiline分形标签天线分形阅读器天线KochMonopoleSierpinskiGasketSierpinskiCarpetSierpinskiKoch分形阅读器天线SierpinskiMinkowski分形阅读器天线蚀刻天线蚀刻天线vsvs导电油墨印刷天线导电油墨印刷天线x用导电油墨印刷UHF天线将比铜或铝蚀刻的天线更有优势x在大批量时(1千万以上),蚀刻铜/PET天线每个约0.045美元x蚀刻铝(1千万以上)天线每个约0.035美元x使用导电油墨，每个印刷天线成本约0.0065美元导电油墨印刷的RFID标签总成本少于0.025美元x导电油墨天线可完全利用原材料，无蚀刻天线所产生的浪费x直接在纸上印刷RFID标签成本更低，可以再回收循环使用。常规常规导电油墨导电油墨印刷工艺印刷工艺金属颗粒金属颗粒（银粉）（银粉）聚合物粘合剂聚合物粘合剂印刷固化聚合物收缩聚合物收缩––导电金属颗粒随机接触并被导电金属颗粒随机接触并被非导电的树脂包围，增大了非导电的树脂包围，增大了电阻率电阻率纳米金属颗粒纳米金属颗粒印刷固化具有金属活性的有机具有金属活性的有机质质有机金属化合物把纳米金有机金属化合物把纳米金属颗粒连接在一起，得到属颗粒连接在一起，得到33倍以上的导电性能倍以上的导电性能纳米导电油墨印刷工艺纳米导电油墨印刷工艺平底丝网滚筒丝网丝网凸版丝网凹版丝网印刷速度印刷速度RFIDRFID每个标签成本每个标签成本较高的印刷速度较高的印刷速度==较低的较低的单个费用单个费用100’smillionTensofbillionsRFID印刷工艺平版印刷平底丝网印刷平底丝网印刷优点限制x启动资金低x投资少x印刷银浆较厚(~5-20µ)x好的印刷分辨率(100µ)x适合于短期项目和样品制作x印刷速度受幅面影响x相对于紧凑的滚筒对滚筒(roll-to-roll)印刷要用较重的基材(成本较高）凸版印刷滚筒丝网印刷滚筒丝网印刷优点限制x中等的启动资金x投资高于平底印刷但低于凹版印刷x速度不低于滚筒印刷x好的印刷分辩率(100µ)x较薄的银浆厚度x以前的生产线不能用于高导电银浆的固化x需要多次碰压x可能需要调整或产生间隙优点优点凹版凹版//凸版丝网印刷凸版丝网印刷优点限制x非常快x极好的边际分辩率x极好的间隙重复性x对大量印刷最节约x只一次碰压x高的启动资金/投资x最适合于高导电率的银浆导电油墨印刷天线效率平板丝网滚筒丝网凹版丝网2020--5050英尺英尺//分钟分钟7575--150150英尺英尺//分钟分钟100to500+100to500+英尺英尺//分钟分钟RFIDRFID标签集成工艺标签集成工艺RFIDRFID标签集成工艺标签集成工艺–针对应用环境进行天线设计–选择封装工艺（绑定/倒封装）–选择导电胶种类•各向异性导电胶/菲林(ACP/ACF),导电胶(ICP)或绝缘胶(NCP)–老化测试•在85°C/85RH下500–1000小时•-40°Cto+80°C热冲击温度–弯曲测试•弯曲直经•弯曲次数RFID阅读器RFID系统组成－阅读器ReaderAntenna标签通过电感耦合的能量将识别标签通过电感耦合的能量将识别信号发射出去信号发射出去RFID阅读器通过天线发射信号System阅读器将信息和数据传输之电脑阅读器将信息和数据传输之电脑系统进行数据管理、处理系统进行数据管理、处理Transponder标签接收信号标签接收信号电源装置电源装置电源装置射频振荡器射频振荡器射频振荡器射频接收器射频接收器射频接收器射频发射器射频发射器射频发射器天线天线天线放大器放大器放大器放大器放大器放大器电源装置电源装置电源装置解码及纠错电路解码及纠错电路解码及纠错电路微处理器存储器标准接口时钟电路微处理器微处理器存储器存储器标准接口标准接口时钟电路时钟电路其他设备其他设备其他设备辅助显示辅助显示辅助显示计算机及网络计算机及网络计算机及网络发射模块发射模块控制模块控制模块阅读器基本形式阅读器基本形式固定式阅读器固定式阅读器分离式阅读器分离式阅读器集成式阅读器集成式阅读器手持式阅读器手持式阅读器发卡器（标签注册机）发卡器（标签注册机）OEMOEM模块模块工业阅读器工业阅读器RFIDRFID阅读器阅读器阅读器参数示例多标签识别（防冲撞）原理•多标签识别的三种基本方法：空分多路——即应答器与阅读器之间的通信作用区域可以以空间格里，在不同方向的应答器传输数据给阅读器是不会受其他应答器的干扰。频分多路——把若干个使用不同载波频率的传输通路同时使用通信用户使用的方法。时分多路——把整个可供使用的通路容量按时间分配给多个用户的技术，TDMA首先在数字移动无线电系统的范围内推广使用，他也是构成RFID系统反碰撞法适用最大量的技术。多标签识别－多标签识别－ALHOA冲突的数据流冲突的数据流删除的数据流删除的数据流标签１标签１标签２标签２标签３标签３ALOHA抗冲突协议机理是RFID标签在随机的时间向阅读器发送自身的唯一编号。多标签识别－二进制树搜索多标签识别－二进制树搜索0000010100111001011101110001111010RFID中间件EPC网络构架应用事件管理（ALE）在早期版本的EPC标准中称为SAVANT读写器与应用系统的中间件负责处理的任务：x事件数据收集x事件管理x数据过滤x数据报告EPC信息服务（EPCIS）WebService：(WSDL)andXMLschema(XSD)物名解析器（ONS）SUN RFID SoftwareSUN RFID SoftwareSUN RFID SoftwareOracle SensorOracle Sensor‐‐Based ServicesBased ServicesRFIDReaderRFIDTagOracleRFIDPilotKitnSelectDriverqAutomaticDataArchiveinSensorDatabasepScanTagsoSelectFilterrViewDataAnalysisandVisibilityReportstConfigure/DevelopnewFilteruCustomAnalyticsandwithBusinessIntelligenceToolssConfigure/DevelopnewDriveryCaptureandanalyzedataout-of-the-boxyTestnewdevicesandfilters,andperformcustom,advanceddataanalysisyIntegrationwithexistingenterprisesystemsanddeploymentBuildCustomApplications:Oracle SensorOracle Sensor‐‐Based ServicesBased ServicesEdgeServerApplicationsAntennaChipSensorDataHubRFIDTagReaderHardware&PhysicsInformationTechnologyOracleProvidesEnd-to-EndSoftwareSolutionforSensor-BasedServicesOraclePartnerswithSensorHardwareVendorsforIntegratedSolutionsIBM RFID StrategyIBM RFID StrategyIBM RFID StrategyIBM RFID