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《传感器与物联网》论文题目:智能识别学院(系):交通运输(智能运输工程)专业年级:运输1110班学生姓名:谢一德,王薇,向万晓,王一方任课教师:魏秀琨传感器与物联网论文第2页共25页目录:射频识别…………………………3图像识别…………………………13语音识别…………………………17传感器与物联网论文第3页共25页射频识别(RFID)1、射频识别相关概念1.1无线射频(RF)射频技术(RadioFrequency,简称RF,也称无线射频或无线电射频技术)是一种无线电通信技术,其基本原理是电磁理论,利用无线电波对记录媒体进行读写。1.2射频识别(RFID)技术RFID是英文RadioFrequencyldentification(无线射频识别技术)的缩写,即射频识别。射频识别技术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来获取相关数据,并利用无线电波进行双向通信。其完成识别工作时无需人工干预,适于实现自动化且不易损坏,可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡,操作快捷方便。简单说,RFID就是利用无线电波进行数据信息读写的一种自动识别技术或无线电技术在自动识别领域中的应用。2、RFID系统组成RFID系统一般都由信号发射机(射频标签)、信号接收机(阅读器)、编程器及发射接收天线等部分组成。2.1信号发射机(射频标签)2.1.1射频标签的组成RFID系统的射频标签由射频模块、存储器、控制模块及天线四个主要部分构成,它能够自动或在外力的作用下,将存储的信息主动发射出去。其中,标签中存储器的内存容量在几个比特到几十干字节之间,可储存永久性数据和非永久性数据;而控制模块则完成接收、译码及执行读写器命令,控制读写数据,负责数据安全等功能。2.1.2射频标签的分类①按调制方式的不同,射频标签可分为:主动式标签和被动式标签。主动式标签内部自带电池进行供电,使用自身的射频能量主动地发射数据给阅读器,工作可靠性高,信号传送的距离远。但其使用寿命也因此受到限制,随着标签内电池电力的消耗,数据传输的距离会越来越小,影响系统的正常工作。有源射频标签通常应用于需要限制数据传输量或者使用数据有限制的地方,如军事、交通控制等方面。被动式标签主要靠外界提供能量(从阅读器发射的电磁波中获得),可分为不含电源的标签及半主动标签(电源只为芯片运转提供能量)。被动式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,但其数据传输的距离传感器与物联网论文第4页共25页比主动式标签短,因此其通常应用于标签信息需要每天读写或频繁读写多次的地方,如零售行业的传统标签等。②按内部使用存储器类型的不同,射频标签可分为:只读标签和可读可写标签。只读型标签的内容只能读出,不可写入,其存储器是只读型存储器。只读型标签可分为只读标签、一次性编程只读标签以及可重复编程只读标签。其中,只读标签的内容在标签出厂时已被写入,识别时只可读出,不可再改写,其存储器一般由ROM组成;一次性编程只读标签的内容只可在应用前一次性编程写入,识别过程中标签内容不可改写,其存储器一般由PROM、PAL组成;可重复编程只读标签的内容经擦除后可重新编程写入,识别过程中标签内容不改写,其存储器一般是由EPRoM或GAL组成。读写型标签的内容既可以被阅读器读出,又可由阅读器写入,其可以只具有读写型存储器(如RAM或EERoM),也可以同时具有读写型存储器和只读型存储器。读写型标签应用过程中数据是双向传输的。③按有无电源的不同,射频标签可分为:无源标签和有源标签。无源标签中不含有电池,其工作时距识读器的天线比较近,使用寿命长。有源标签中含有电池,其工作时距识读器天线的距离较无源标签要远,但需定期更换电池。④按标签中存储器数据存储能力的不同,射频标签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,且标签中除了存储标识码外,还存储有大量的被标识项目其他的相关信息,如包装说明、工艺过程说明等。⑤按频率的不同,射频标签可分为:低频标签、高频标签、超高频标签以及微波标签。低频标签:使用的频段范围为10KHz~1MHz,常见的主要规格有125KHz、135KHz。一般这个频段的电子卷标都是被动式的,低频的最大的优点在于其标签靠近金属或液体的物品上时能够有效发射讯号,但缺点是读取距离短、无法同时进行多卷标读取以及信息量较低,一般应用于门禁系统、动物芯片、汽车防盗器和玩具等。高频标签:使用的频段范围为1MHz~400MHz,常见的主要规格为13.56MHz。传感器与物联网论文第5页共25页这个频段的标签主要还是以被动式为主,最大的应用就是我们所熟知的SmartCard。和低频相较,其传输速度较快且可进行多标签辨识,一般应用于图书馆管理、产品管理等。超高频标签:使用的频段范围为400MHz~1GHz,常见的主要规格有433MHz、868~950MHz。主动式和被动式的应用在这个频段都很常见,被动式标签读取距离约3~4公尺左右,传输速率较快,而且因为天线可采用蚀刻或印刷的方式制造,因此成本较低,虽然在金属与液体的物品上的应用较不理想,但由于读取距离较远、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,因此目前已成为市场的主流,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。微波标签:使用的频段范围为1GHz以上,常见的主要规格有2.45GHz、5.8GHz。微波频段的特性与应用和超高频段相似,读取距离约为2公尺,但是对于环境的敏感性较高,一般应用于行李追踪、物品管理、供应链管理等。2.1.3射频标签的基本功能①具有一定容量的存储器,用以存储被识别对象的信息。②在一定的工作环境及技术条件下标签数据可读写。③具有确定的使用期限,使用期限内无需维修。④维持对识别对象的识别及相关信息的完整。⑤数据信息编码后,工作时可传输给读写器。⑥可编程,且一旦编程后,永久性数据不能再修改。⑦对于有源标签,通过读写器能显示出电池的工作情况。2.2信号接收机(阅读器)阅读器主要由天线、射频模块、读写模块三大部分组成,其基本功能是利用射频技术读取标签信息或将信息写入标签并通过计算机及网络系统进行管理和信息传输,以及信号状态控制、奇偶错误校验与更正等。2.3编程器编程器是向标签写人数据的装置。只有可读写标签系统才需要编程器。编程器主要包括两种方式:离线(ox—line)式和在线(on—line)式。其中,离线式是预先在标签中写入数据,等到开始应用时直接把标签附在被标识项目上;而在线式则是在生产环境中作为交互式便携数据文件来处理时使用。2.3天线天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中除了系统功率,天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收,需要专业人员对系统的天线进行设计。传感器与物联网论文第6页共25页3、RFID工作流程①编程器预先将数据信息写入标签中。②阅读器经过发射天线向外发射无线电载波信号。③当射频标签进入发射天线的工作区时,射频标签被激活后即将自身信息经标签天线发射出去。④系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号,经天线的调节器传给阅读器,阅读器对接到的信号进行解调解码,送后台计算机。⑤计算机控制器根据逻辑运算判断射频标签的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号控制执行机构的动作。⑥执行机构按计算机的指令动作。⑦通过计算机通信网络将各个监控点连接起来,构成总控信息平台。4、RFID工作原理无线射频识别技术是一种非接触的自动识别技术,其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性,实现对被识别物体的自动识别。RFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分。RFID阅读器(读写器)通过天线与RFID电子标签进行无线通信,可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。通常由阅读器在一个区域内发射射频能量形成电磁场,作用距离的大小取决于发射功率。标签通过这一电磁场时接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送存储在标签中的数据,或根据阅读器的指令改写存储在标签中的数据。阅读器可接收标签发送的数据或向标签发送数据,并能通过标准接口与计算机网络进行通信。5、RFID系统分类根据RFID系统完成的功能不同,可以把RFID系统分成四种类型:EAS系统、便携式数据采集系统、物流控制系统和定位系统。5.1EAS系统EAS(ElectronicArticleSurveillance,电子物品监视技术)是一种设置在需要控制物品出入门口的RFID技术。EAS系统主要由附着在物品上的电子标签、电子传感器和在出入口形成一定监视区域的监视器组成。其工作原理是发射器在监视区以一定的频率发射无线电波,当携带有一定特征的电子标签的物品进入该监视区时,会对发射器发出的信号产生干扰,这种干扰信号也会被接收器所接收,微处理器对此信号作出分析判断,控制警报器的响鸣,从而完成对通过监视区的物品的监视。传感器与物联网论文第7页共25页这种技术的典型应用场合是商店、图书馆和数据中心等地方,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。5.2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来采集RFID标签上数据的系统。其工作方式是手持式阅读器(数据输入终端)在读取数据的同时,通过无线电波数据传输方式实时向主计算机系统传输数据,或暂时将数据存储在阅读器中,成批地向主计算机系统传输数据。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。5.3物流控制系统在物流控制系统中,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、人流经过阅读器时,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进行存储、分析和处理,以达到控制物流的目的。5.4RFID定位系统阅读器安装在移动的车辆、轮船上,或自动化流水线上移动原材料、半成品、成品上,通过无线或有线方式与计算机信息系统相连;信号发射机则嵌入到操作环境的地表下面或其他位置,存储有位置识别信息。通过阅读器和发射器的配合工作,可用于自动化加工系统中定位以及提供对车辆、轮船等的运行定位支持。6、RFID技术的特点6.1RFID技术的优点①不局限于视线,读取数据方便快速:RFID读取设备利用无线电波,可以全自动瞬间读取大量的卷标信息。②可重复使用:条形码印刷之后就无法更改,但RFID可不限制次数地新增、删除、修改RFID内的储存数据。③方便数据辨读:RFID标签只要在无线电波的范围内,即可传递讯号。④数据储存容量大:RFID的数据储存容量可达数Megabytes(一维条形码的容量是50Bytes;二维条形码最大的容量可储存2至3000字符)。⑤可同时读取数个数据:条形码阅读器一次只能读取单一条形码数据;RFID的辨识器可同时辨识读取数个RFID,读取速度每秒可达250个标签,这种多任务成效远比传统条形码一次扫描一个高得多。⑥体积小:传统的磁性条形码受限于体积,不易嵌在较小的物品上,RFID则不然。日立(Hitachi)甚至已经发展出厚度仅有0.1mm、面积为0.4mmX0.4mm传感器与物联网论文第8页共25页的微型RFID芯片,薄到可以嵌入纸币中;因此RFID的迷你体积可以隐藏在各种物品里面。⑦不容易损坏:条形码属于易碎标签,很容易退色、撕毁;RFID属于电子产品,可以在条件苛刻的环境下使用,RFID具有可重复使用数十万甚至数百万次以上的特性,其材质也能够被放置于较为恶劣的环境中。⑧识别距离比光学系统远。⑨难以伪造和有智能。6.2RFID技术的缺点RFID技术的缺点主要体现在价格与隐私方面。RFID目前的成本除了标签部分外,配套的周边与服务对一
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