电子标签

射频识别技术与应用第3章电子标签Page23.1电子标签的分类3.2电子标签协议3.3电子标签和条形码3.4电子标签的组成和制造3.5电子标签的性能3.6电子标签的发展趋势3.7本章小结第3章电子标签Page3第3章电子标签3.1电子标签的分类电子标签是RFID系统中存储可识别数据的电子装置，通常安装在被识别对象上面，存储被识别的相关信息，标签存储器中的信息可由读写器进行非接触式读写。电子标签的形状Page4第3章电子标签3.1电子标签的分类电子标签内部芯片使用存储器类型：只读标签：ROM、RAM、缓冲存储器可读写标签：ROM、RAM、缓冲存储器、可插写存储器（EEPROM）。Page5第3章电子标签3.1.1能量来源电子标签需要能量来处理从读写器接收的信号并且发送编码后的信号返回给读写器。根据标签获取能量的方式，可分为有源标签和无源标签；根据使用能量的方式，可分为被动式、半被动式和主动式标签。1.有源标签和无源标签有源RFID，又称主动式RFID（Activetag）。其作用距离可达几十米甚至上百米，其寿命有限，成本较高，体积相对较大。卡内电池通常能使用2到7年。常用的有源标签工作于433MHZ和2.4GHZ。Page6第3章电子标签3.1.1能量来源Page7第3章电子标签3.1.1能量来源1.有源标签和无源标签无源电子标签不含电池，利用耦合读写器发射的电磁场能量作为自己的能量，其重量轻，体积小，寿命长，便宜。但无源电子标签发射距离相对较近，且需要有较大的读写器发射功率。常用的无源标签工作低于135KHZ以下，高频13.56MHZ、超高频860MHZ～960MHZ、2.4GHZ。Page8第3章电子标签3.1.1能量来源对比项有源标签无源标签频率高低距离长短成本高低体积大小主要用途追踪物流、认证表3－1有源标签和无源标签的特点对比Page9第3章电子标签3.1.1能量来源2.被动式、半被动式和主动式电子标签1)被动式电子标签本身没有电源，工作于低频和高频时，利用电感耦合获取能量；更高工作频率时，利用电磁耦合获取能量。电感耦合读取范围0.5m，而电磁耦合读取范围可达到6m。功能有限，只存储和发送少量数据。无电噪声，价格低，常实用在无法回收循环的场合。Page10第3章电子标签3.1.1能量来源2.被动式、半被动式和主动式电子标签1)被动式电子标签Page11第3章电子标签3.1.1能量来源2.被动式、半被动式和主动式电子标签2)半被动式电子标签半被动式标签也称为半主动式标签或者是电池辅助无源标签。内部电池给芯片供电，驱动芯片工，另外可以给标签中的传感器供电，以便获取最新信息。利用接收到电磁场能激发标签工作，平时无线电噪声。有更长的读取范围，更大的内存等。使用寿命有限，成本较高。Page12第3章电子标签3.1.1能量来源2.被动式、半被动式和主动式电子标签3)主动式电子标签其内部有能量源和主动发射器。标签芯片处理功率高，可用来完成一些附加功能。有更宽带或扩频技术，增强数据传输性能。传输数据距离远，但有无线电噪声。主动式标签常常应用在实时位置系统上。Page13第3章电子标签3.1.2电子标签频率电子标签根据工作频率进行分类，可分为4个主要范围：低频（30－300KHZ）、高频（3－30MHZ）、超高频（300MHZ－3GHZ）和微波（2.45GHZ以上）。另外，以上频谱范围都是ISM（IndustrialScientificMedical）频段一部分，电子标签可以设计为工作在其中作何一个频段上。Page14第3章电子标签3.1.2电子标签频率低频(LowFrequency)：使用的频段范围为30KHz-300MHz，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优点：其标签靠近金属或液体的物品上时能够有效发射讯号，缺点：读取距离短、无法同时进行多卷标读取以及信息量较低，应用：门禁系统、动物芯片、汽车防盗器和玩具…等。Page15第3章电子标签3.1.2电子标签频率高频(HighFrequency)：使用的频段范围为3MHz-30MHz，常见的主要规格为13.56MHz。这个频段的标签主要还是以被动式为主。优点：和低频相较，传输速度较快且可进行多标签辨识，具有防碰撞能力。应用：最大的应用就是SmartCard，一般应用于图书馆管理、产品管理等。高频标签成为目前世界上使用范围最广的标签。Page16第3章电子标签3.1.2电子标签频率超高频(UltraHighFrequency)使用的频段范围为300MHz-1GHz，常见的主要规格有433MHz（主动式）、868-950MHz（被动式和一些半被动式）。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。另外，该类型标签具有防碰撞能力，允许多个标签同时在读取区被读取。Page17第3章电子标签3.1.2电子标签频率超高频(UltraHighFrequency)其典型特点集中在是否无源、无线读写距离、是否支持多标签读写、是否适合高速识别应用等。超高频天线很细，容易制造，厚度少于100um。典型的数据容量有：1Kbit、8Kbit、64Kbit等将频段分成几个更窄的频带使用，每个频带称为信道。规范要求读写器不能始终使用一个信道而是在可用的信道上伪随机地跳跃。Page18第3章电子标签3.1.2电子标签频率微波(Microwave)：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。此频段产品多，易受干扰，技术相对复杂，对人体有伤害，发射功率受限制。Page19第3章电子标签3.1.2电子标签频率5.标签通信方式被动式和半被动式超高频标签以及微波标签采用电磁耦合，被动式低频和高频标签采用电感耦合方式进行通信，电感耦合方式依据的是电磁感应定律，通过空间高频交变磁场实现耦合。一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有:125KHz,225KHz,13.56MHz。识别作用距离小于lm，典型作用距离为10-20cm。例如第二代身份证就工作在此模式下。Page20第3章电子标签3.1.2电子标签频率5.标签通信方式被动式和半被动式超高频标签以及微波标签采用电磁耦合，被动式低频和高频标签采用电感耦合方式进行通信，电磁耦合方式利用所谓的雷达原理模型，发射出去的电磁波碰到目标电子标签后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。一般适合于高频、微波工作的远距离系统。作用距离大于lm，典型的作用距离为3-l0m。典型的工作频率有:433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz。Page21第3章电子标签3.1.2电子标签频率电感耦合的电磁通量强度与标签和天线的距离的六次方成反比，而电磁耦合方式的电磁波强度与天线和标签的距离二次方成反比。因此地电磁耦合的有更大的读取范围。Page22第3章电子标签3.1.3只读标签与可读写标签只读标签内部只有只读存储器和随机存储器。ROM用于存储发射器操作系统说明和安全性要求较高的数据，它与内部的处理器或逻辑处理单元完成内部的操作控制功能，里面还保存有标签的标识信息，在生产中有制造商写入。其中的RAM用于存储标签响应和数据传输过程中临时产生的数据。Page23第3章电子标签3.1.3只读标签与可读写标签可读写标签除了ROM、RAM和缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。这种存储器除了存储数据的功能外，还具有在适当的条件下允许多次写入数据的功能。EEPROM是常见的一种，这种存储器在加电的情况下，可以实现对原有的数据的擦除以及数据的重新写入。Page24第3章电子标签3.1.4标识标签与便携式数据文件标识标签特点：•存储标识号码，用于对特定的标识项目，如人、物、地点进行标识。•被标识项目的详细的特定的信息，需与系统相连接的数据库中进行查找。Page25第3章电子标签3.1.4标识标签与便携式数据文件便携式数据文件标签中存储的数据非常大，足可以看作是一个数据文件。特点：用户可编程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。Page26第3章电子标签3.2电子标签协议1.标签协议的概念就是标签同读写器之间相互通信所采用语言的定义和语法，读写器和标签必须相同的协议才能进行通信。读写器可能具有多协议的能力，但在某一时文只能使用一种协议。通常制造商设计的协议一般都是私有的，标准化组织的协议称为开放性的协议。Page27第3章电子标签3.2电子标签协议1.标签协议的概念电子标签协议定义了空中接口层－－标签和读写器是如何使用电磁波进行通信的，具体包括工作的频率、发射功率、数据传输速率、信号编码、防碰撞算法等。Page28第3章电子标签3.2电子标签协议2.协议的种类目前，电子标签协议主要分为私有协议和开放性协议。3.Gen2协议2005年被递交给国际标准化组织申请作为一个国际标准，2006年7月，被正式定为ISO/IEC18000－6C标准。Gen2是一个开放性的协议，符合该标准的标签被设计成工作在860－960MHZ。目前大部分制造商都能生产满足该标准的读写器和标签。Page29第3章电子标签3.3电子标签和条形码3.3.1条形码介绍条形码(barcode)是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。常见的条形码是由反射率相差很大的黑条（简称条）和白条（简称空）排成的平行线图案。条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等许多信息，因而在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到广泛的应用。Page30条形码是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术。利用传统的一维条形码一次可采集几十位字符的信息，二维条形码更可以携带数千个字符的信息，并有一定的自动纠错能力。条形码标识既可以作为一种识别手段单独使用，也可以和有关识别设备组成一个系统实现自动化识别，还可以和其他控制设备联接起来实现自动化管理。另外，条形码标签易于制作，对设备和材料没有特殊要求，识别设备操作容易，不需要特殊培训，且设备也相对便宜。成本非常低。在零售业领域，因为条码是印刷在商品包装上的，所以其成本几乎为‘零’。第3章电子标签3.3电子标签和条形码Page31但与电子标签相比，电子标签的优势如下：1）快速扫描2）体积小型化3）抗污染能力和耐久性4）穿透性和无障碍读取5）数据的记忆量大6）安全性第3章电子标签3.3电子标签和条形码Page32第3章电子标签3.4电子标签的组成和制造电子标签通常由三个部分组成：芯片（IC）、天线和底层。Page33第3章电子标签3.4电子标签的组成和制造天线：接收读写器的射频能量和相关的指令信息，发射携带有标签信息的反射信号。检波电路：将标签天线接收到的高频电磁能量转换为可以供其他电路工作所需要的直流电源。调制电路：把存储在电子标签内部的被识别物体的相关数据信息调制到反射的电磁波上，实现电子标签到读写器的数据传输。底层：固定、隔离和绝缘等作用。Page34第3章电子标签3.4.1芯片及其设计电子标签芯片分为通用芯片和专用芯片两大类。通用芯片：1）封装成集成电路2）以裸芯片提供给商家专用芯片：有特定应用及符合国标，安全性较高。电子标签使用的芯片有存储器芯片和微处理器芯片。存储器芯片分为：ROM，RAM，PROM,EPROM,EEPROM.微控制芯片分为：