物联网射频识别(RFID)技术与应用 - 第7章

物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2013年物联网系列教材荣获陕西省高等教育教学成果二等奖点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用第7章电子标签的体系结构点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映利用物理效应的标签7.1具有存储功能的电子标签7.2含有微处理器的电子标签7.3物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映利用物理效应的标签7.1物联网射频识别（RFID）技术与应用7.1.1一位标签1位系统的数据量为1位，当电子标签是1位（1bit）时，电子标签只有“1”和“0”两种状态。该系统读写器只能发出两种状态，这两种状态分别是“在读写器的工作区有电子标签”和“在读写器的工作区没有电子标签”。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用1.射频法工作原理射频法工作系统由读写器（检测器）、电子标签和去激活器三部分组成。（1）读写器（检测器）（2）电子标签（3）去激活器点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用图7.1射频法的工作原理点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2.电子商品防窃系统简介现今电子商品防盗系统（ElectronicArticleSurveillance，EAS）在零售商业系统的应用越来越广泛。（1）将防盗标签附着在商品上；（2）在商场出口安装检测器；（3）付款后的商品经过解码器使标签失效或开锁取下标签；（4）未付款商品（附着标签）经过出口时，门道检测器测出标签并发出警报，拦截商品出门。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用7.1.2采用声表面波技术的标签1.声表面波器件概述声表面波（SAW）器件是近代声学中的表面波理论、压电学研究成果和微电子技术有机结合的产物。SAW器件是在压电基片上采用微电子工艺技术，制作各种声表面波器件，利用基片材料的压电效应，将电信号转换成声信号，并局限在基片表面传播。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2.声表面波器件的特点（1）实现器件的超小型化（2）实现器件的优越性能（3）易于工业化生产（4）性能稳定点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用3.声表面波标签图7.3声表面波标签的结构点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用声表面波标签的特点如下。（1）读取范围大且可靠，读取范围可达数米；（2）可使用在金属和液体产品上；（3）标签芯片与天线匹配简单，制作成本低；（4）不仅能识别静止物体，而且能识别速度达300千米/小时的高速运动物体；（5）可在高温度差(-100℃～300℃)、强电磁干扰等恶劣环境下使用。点击此处结束放映具有存储功能的电子标签7.2物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用具有存储功能的电子标签是以集成电路芯片为基础的电子数据载体，这也是目前使用最多的电子标签。具有存储功能的电子标签基本由天线、模拟前端（射频前端）和控制电路三部分组成。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用7.2.1射频前端射频前端电路主要有电感耦合和微波电磁反向散射两种工作方式。这两种方式的工作原理各不相同，电感耦合工作方式主要工作在低频和高频频段，而电磁反向散射工作方式主要工作在微波波段。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用1.电感耦合工作方式的模拟前端电感耦合工作方式的模拟前端通过与读写器电感耦合，产生交变电压，该交变电压通过整流、滤波和稳压后，给电子标签的芯片提供所需的直流电压。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2.电磁反向散射工作方式的射频前端当电子标签采用电磁反向散射的工作方式时，射频前端有发送电路、接收电路和公共电路三部分。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用（1）射频前端发送电路▪调制电路▪上变频混频器▪带通滤波器▪功率放大器点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用（2）射频前端接收电路▪射频滤波电路▪放大电路▪下变频混频器▪中频滤波电路▪电压比较器点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用（3）公共电路▪电源产生电路▪限幅电路▪时钟恢复电路▪复位电路点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用7.2.2控制电路具有存储功能、但不含微处理器的电子标签包括简单的只读电子标签和高档的具有密码功能的电子标签。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用1.电子标签结构框图点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2.控制部分结构框图点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用具有存储功能的电子标签种类很多，包括简单的只读电子标签以及高档的具有密码功能的电子标签。数据存储器采用ROM、EEPROM或FRAM等，用于存储不变的数据。数据存储器经过芯片内部的地址和数据总线，与地址和安全逻辑电路相连。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用7.2.3地址和安全逻辑这种电子标签没有微处理器，地址和安全逻辑是数据载体的心脏，通过状态机对所有的过程和状态进行有关的控制。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用1.地址和安全逻辑电路的构成（1）电源电路（2）时钟电路（3）I/O寄存器（4）加密部件（5）状态机点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2.状态机地址和安全逻辑电路的核心是状态机，状态机对所有的过程和状态进行控制。（1）现态（2）条件（3）动作（4）次态点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用7.2.4存储器具有存储功能的电子标签种类很多，电子标签的档次与存储器的结构密切相关。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用1.只读电子标签在识别过程中，内容只能读出不可写入的电子标签是只读型电子标签。只读型电子标签所具有的存储器是只读型存储器。（1）只读标签（2）一次性编程只读标签（3）可重复编程只读标签点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2.可写入式电子标签在识别过程中，内容既可以读出又可以写入的电子标签，是可写入式电子标签。例如，可写入式电子标签可以采用SRAM或FRAM存储器。静态随机存储器（SRAM）是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。铁电存储器（FRAM）是非易失性随机存取储存器，能提供与RAM一致的性能,但又有与ROM一样的非易失性。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用3.具有密码功能的电子标签（1）分级密钥分级密钥是指系统有多个密钥，不同的密钥访问权限不同，在应用中可以根据访问权限确定密钥的等级。（2）分级密钥在公共交通中的应用点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用4.分段存储的电子标签各个存储段单元有单独的密钥保护，以防止非法的访问。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用7.2.5非接触式IC卡芯片介绍1.IC卡与ID卡IC卡全称为集成电路卡(IntegratedCircuitCard)，又称智能卡(SmartCard)。IC卡可读写，容量大，有加密功能，数据记录可靠，使用很方便。ID卡全称为身份识别卡(IdentificationCard)，是一种不可写入的感应卡。ID卡含有固定的编号。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2.芯片及应用介绍（1）Temice5551感应式IC卡▪芯片：Temic(Atmel下属子公司)e5551；▪工作频率：125KHz；▪存储容量：264bits/320bits，8分区，8位密码；▪读写距离：3-10cm；▪擦写寿命：大于100,000次；▪数据保存时间：10年；▪尺寸：ISO标准卡85.6×54×0.80mm/厚卡85.6×54×1.80mm；▪封装材料：PVC、ABS、PETG；▪典型应用：感应式智能门锁、企业一卡通系统、门禁、通道系统等。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用（2）AtmelAT88RF256-12感应式IC卡（3）EM4069感应式读写ID卡（4）EM4150感应式读写ID卡（5）SR176感应式读写ID卡（6）SRIX4K感应式读写IC卡（7）UCODEHSL点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用7.2.6MIFARE技术MIFARE技术的IC卡应用领域占世界80%的市场份额，是目前射频IC卡的工业标准，也是目前世界上使用量最大、内存容量最大的一种感应式智能IC卡。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用1.MIFARE卡具有的优点（1）操作简单、快捷（2）抗干扰能力强（3）可靠性高（4）适合于一卡多用点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2.MIFARE卡的技术参数（1）M1fareoneICS50（2）MifareoneICS70点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用3.MIFARE卡的安全性2008年2月，德国研究员亨利克•普洛茨（HenrykPlotz）和弗吉尼亚大学计算机科学在读博士卡尔斯腾•诺尔（KarstenNohl）成功破解了恩智浦公司的Mifare卡。MifareOne卡是加密存储卡，尽管它能进行动态的安全验证，但其性能远不如CPU卡。有效防范MifareOne卡算法破解的根本方法，就是升级现有的IC卡系统，并逐步将逻辑加密卡替换为CPU卡。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映含有微处理器的电子标签7.3物联网射频识别（RFID）技术与应用含有微处理器的电子标签拥有独立的CPU处理器和芯片操作系统。含有微处理器的电子标签可以更灵活地支持不同的应用需求，并提高了系统的安全性。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用7.3.1结构框图点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用1.编解码电路2.微处理器中央处理器（CPU）是指计算机内部对数据进行处理并对处理过程进行控制的部件。随着大规模集成电路技术的迅速发展，芯片集成密度越来越高，CPU可以集成在一个半导体芯片上，这种具有中央处理器功能的大规模集成电路器件，统称为“微处理器”。3.存储器点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用7.3.2智能卡实例智能卡芯片内部包含微处理器单元（CPU）、存储单元（RAM、ROM和EEPROM）和输入/输出接口单元。其中，RAM用于存放运算过程中的中间数据，ROM中固化有片内操作系统（ChipOperatingSystem，COS），EEPROM用于存放持卡人的个人信息以及发行单位的有关信息。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用1.MIFARE（r）PRO智能卡方案MIFARE（r）PRO是新一代的智能卡方案，它内部有微处理器。MIFARE是一个完整的产品家庭，MIFARE（r）PRO保证了与MIFARE（r）S和MIFARE（r）PLUS的兼容性，与现有的MIFARE（r）读写设备完全兼容。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2.技术参数▪内置工业标准80C51微控制器；▪可以工作在接触和非接触2种模式下；▪低电压、低功耗工艺，内置TDES协处理器；▪20(16)K字节用户ROM区；▪256字节RAM；▪接触界面的配置和串行通讯符合ISO7816标准；▪符合ISO14443-A非接触接口（Mifare（r）RF）；▪13.56MHz工作效率;▪完整的硬件防碰撞算法。点击此处结束放映