第1章RFID概论.

合肥工业大学计算机与信息学院《RFID技术基础》常州工学院2“有了无线识别（RFID）技术，还需要管家吗？”——胡锦涛2006-04-18美国西雅图微软“未来之家”3一、RFID概论•射频识别是无线电频率识别的简称，即通过无线电波进行识别。•RFID系统中，识别信息存放在电子数据载体中，电子数据载体称为应答器。•应答器中存放的识别信息由阅读器读出。•阅读器不仅可以读出存放的信息，而且可以对其进行写入，读写过程是通过双方之间的无线通信来实现的。标签阅读器天线4一、RFID概论阅读器应答器数据通信接口时序能量RFID的基本原理框图Tag/TransponderReader5一、RFID概论•RFID的工作频率01k1M1Gf(Hz)30k300k3M30M300M3G30G125k13.56M常用：433M866～960M5.8GLFHFUHFSHF工作频率分布图6Ⅰ低频LowFrequency(LF)：主要规格125～134KHz。低频的最大优点在于其标签靠近金属或液体的物品能够有效发射讯号，不像其他较高频率标签的讯号会被金属或液体反射回来，但缺点是读取距离短、无法同时进行多标签读取以、及资讯量较低，一般应用于门禁系统、动物晶片、汽车防盗器和玩具等。7Ⅱ高频HighFrequency(HF)：主要规格13.56MHz。•常见的主要规格有13.56MHz；•ISO-14443AMifare和ISO-15693；•电子卷标都是被动式感应耦合，读取距离约10-100公分；•优点在于传输速度较快且可进行多标签辨识；•缺点是环境干扰较为敏感，在金属或较潮湿的环境下，读取率较低；•应用于门禁系统、悠游卡、电子钱包、图书管理、产品管理、文件管理、栈板追踪、电子机票、行李卷标；•技术最成熟且应用和市场也最广泛且接受度高；•故建议现阶段应大力发展此领域技术和应用。图1-23门禁管理和电子钱包（高频HFISO-14443Mifare）8Ⅱ高频HighFrequency(HF)：主要规格13.56MHz。高频HF防伪管理:•运用最新RFID专利技术•可以纪录个人学籍数据或产品制造商讯息•配合专用读码机制，可杜绝各种仿冒，有效达到防伪效果（图1-24高频HF防伪管理）9Ⅱ高频HighFrequency(HF)：主要规格13.56MHz。高频HF病患识别：•减少数据流，减少错误率•改变操作模式，缩短操作时间•及时准确提供病史，随时掌握病患最新情况（图1-26高频HF病患识别）10Ⅱ超高频UltraHighFrequency(UHF)：主要规格433MHz、860MHz～960MHz。常见的主要规格有430～460MHz、860～960Mhz；•ISO-18000、EPCGen2；•电子卷标都是被动式天线可采用蚀刻或印刷的方式制造，因此成本较低，读取距离约5-6公尺；•优点在于读取距离较远、信息传输速率较快，而且可以同时进行大数量标签的读取与辨识，目前已成为市场的主流；•缺点是在金属与液体的物品上的应用较不理想；•应用于航空旅客与行李管理系统、货架及栈板管理、出货管理、物流管理、货车追踪、供应链追踪；•技术门坎高是未来发展的主流且EPCGen2是美国主推；•故建议现阶段应切入发展此领域技术和应用。11Ⅱ超高频UltraHighFrequency(UHF)：主要规格433MHz、860MHz～960MHz。（图1-27超高频电子标签）虽然在金属与液体的物品上应用较不理想，但由于读取距离较远、资讯传输速率较快，而且可以同时进行大量标签的读取与辨识，因此目前已成为市场主流，未来将广泛应用于航空旅客与行李管理系统、货架及栈板管理、出货管理、物流管理…等。12Ⅲ极高频/微波SuperHighFrequency(SHF)/Microwave(uW)：主要规格2.4GHz、5.8GHz（图1-28极高频/微波标签）特性与应用和超高频段相似，但是对于环境的敏感性较高，像是易被水气吸收，实作较复杂，未完全标准化，普及率待观察，一般应用于行李追踪、物品管理、供应链管理…等。13低频(LF)高频(HF)超高频(UHF)微波(Microwave)频率100~500KHz10~15MHz433~950MHz1GHz以上常见频段125KHz135KHz13.56MHz433MHz868~950MHz2.45GHz5.8GHz系统型态被动式被动/主动式被动/主动式被动/主动式全球接受频率是是部分部分通讯距离50cm以内1.5M以内3~10m3~10m传输功率72dBμA/m42dBμA/m10mW~4W4W成熟度成熟成熟新技术开发中读取方式电磁感应电磁感应微波共振微波共振14低频(LF)高频(HF)超高频(UHF)微波(Microwave)价格低中高高环境影响X金属潮湿潮湿数据传输率低高较高最高内存(Bytes)64~1K256~512K64~51216~64ISO对应标准ISO18000-2TwoType被动式ISO18000-3TwoMode被动式ISO18000-6TwoType被动/半主动式ISO18000-4TwoMode被动式/半主动式应用门禁系统动物识别存货控制芯片防盗锁智慧卡图书馆管理商品管理铁路车厢监控仓存管理道路收费系统15一、RFID概论•RIFD工作方式阅读器存储及控制电路应答器C1RsvsR1L1L2VD应答器芯片磁场HC2C3v2i电感耦合16一、RFID概论•RIFD工作方式负载调制阅读器C1RsvsR1滤波放大解调和解码应答器VD二进制数据编码信号L1L2C2C3存储及控制电路SR217一、RFID概论•RIFD工作方式反向散射耦合电源电路存储及控制电路负载调制阅读器收发耦合天线天线P1P2应答器18一、RFID概论•声表面波（SurfaceAcousticWave，SAW）器件是以压电效应和与表面弹性相关的低速传播的声波为依据。偶极子天线换能器反射带压电晶体基片反射器19一、RFID概论•谐波检测法的工作原理基于反向散射耦合方式，它可用于电子防盗系统1kHz方波微波源发送频率fc处理检波接收频率2fc发送器接收器阅读器偶极子天线变容二极管应答器谐波法原理20一、RFID概论•射频识别的应用系统构架高层阅读器1阅读器2阅读器N应答器1-1应答器1-N…应答器2-1应答器2-N…应答器N-1应答器N-N……1、最简单的应用系统只有单个阅读器，它一次对一个应答器进行操作，如公交汽车上的票务操作。2、较复杂的应用需要一个阅读器可同时对多个应答器进行操作，即要具有防碰撞（亦称防冲突）的能力。3、更复杂的应用系统要解决阅读器的高层处理问题，包括多阅读器的网络连接。21一、RFID概论•应答器（射频卡或标签）（a）外形（b）内部结构射频卡22一、RFID概论•应答器（射频卡或标签）标签智能标签UHF电子标签卡UHF电子标签锁UHF金属电子标签2324一、RFID概论•应答器的主要性能参数•工作频率•读/写能力•编码调制方式•数据传输速率•信息数据存储容量•工作距离•多应答器识读能力（亦称防碰撞或防冲突能力）•安全性能（密钥、认证）等。25一、RFID概论•无源、半无源与有源应答器•无源应答器：不附有电池，从阅读器发出射频能量中提取工作所需的电能。采用电感耦合方式的应答器多为无源应答器。•半无源应答器：内装有电池，起辅助作用，对维持数据的电路供电或对应答器芯片工作所需的电压作辅助支持，用于传输通信的射频能量源自阅读器。•有源应答器：工作电源完全由内部电池供给，同时内部电池能量也部分地转换为应答器与阅读器通信所需的射频能量。26一、RFID概论•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27一、RFID概论•阅读器（读写器或基站）28一、RFID概论•阅读器的功能①以射频方式向应答器传输能量；②从应答器中读出数据或向应答器写入数据；③完成对读取数据的信息处理并实现应用操作；④若有需要，应能和高层处理交互信息。29一、RFID概论•阅读器的电路组成发送通道接收通道时钟电路振荡器载波形成天线MCU动作控制通信接口30一、RFID概论•天线•天线的目标是取得最大的能量传输效果。•RFID系统所用的天线类型主要有偶极子天线、微带贴片天线、线圈天线等。•在应答器中，天线和应答器芯片封装在一起。31一、RFID概论•相关的自动识别技术•自动识别技术：包括条形码、接触式IC卡、生物特征识别、光学字符识别（OCR）以及射频识别（RFID）等。•条形码（BarCode）技术：最早产生在20世纪20年代，由一组规则排列的条和空、相应的数字组成。•其它......左空白区起始左层指示符号字符右层指示符号字符数据区右空白区终止空白区空白区横列0横列1横列2横列3横列4横列53233一、RFID概论•RFID的应用•RFID应用领域广泛，且每种应用的实现，都会形成一个庞大的市场，因此可以说射频识别是一个重要的新的经济增长点。•目前，RFID在票务系统（城市公交车、高速公路收费、门票等）、收费卡、城市交通管理、安检门禁、物流、家政、食品安全追溯、药品、矿井生产安全、防盗、防伪、证件、集装箱识别、动物追踪、运动计时、生产自动化、商业供应链等众多领域获得广泛重视和应用。34一、RFID概论•RFID的应用•RFID应用领域广泛，且每种应用的实现，都会形成一个庞大的市场，因此可以说射频识别是一个重要的新的经济增长点。•目前，RFID在票务系统（城市公交车、高速公路收费、门票等）、收费卡、城市交通管理、安检门禁、物流、家政、食品安全追溯、药品、矿井生产安全、防盗、防伪、证件、集装箱识别、动物追踪、运动计时、生产自动化、商业供应链等众多领域获得广泛重视和应用。35一、RFID概论•RFID的应用第二代身份证36373839一、RFID概论RFID技术被认为是近30年来10大最具生命力的技术之一，它正朝着无所不在的方向快速发展。40