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1、,RFID技术及应用,1 认识物联网的物品标识技术,教学内容, 1.1 案例呈现与任务描述 1.2 任务解读与实施 1.3 任务小结与作业,教学目标,通过本任务的学习，希望能解答下述问题： （1）自动识别主要有哪些技术方式？ （2）一维条形码和二维条形码的编码方式有哪些？两类条码各有什么特点？条码的识读设备有哪些类型，各有什么特点？ （3）说明磁卡的存储结构及国际标准，并分析磁卡的特点。 （4）IC卡如何分类？各有什么特点？ （5）什么是RFID技术？RFID与其它自动识别技术有何区别？RFID应用系统由哪些部分组成？,1.1 案例程序与任务描述, 1.1.1 案例呈现,图1.1 物联网物品标
2、识技术在日常生活中的应用,1.1 案例呈现与任务描述,1.1.2 任务描述,请结合图1.1所示案例，查阅有关资料，理清下述问题： （1）自动识别主要有哪些技术方式？ （2）一维条形码和二维条形码的编码方式有哪些？两类条码各有什么特点？条码的识读设备有哪些类型，各有什么特点？ （3）说明磁卡的存储结构及国际标准，并分析磁卡的特点。 （4）IC卡如何分类？各有什么特点？ （5）什么是RFID技术？RFID与其它自动识别技术有何区别？RFID应用系统由哪些部分组成？,1.2 任务解读与实施, 1.2.1 物品识别技术的发展过程,图1.2 物品识别方式的发展过程示意图,1.2 任务解读与实施, 1.2
3、.2 条形码技术,图1.3 条形码火车票对比示意图,图1.4 一维条形码编码方法,1.2.2 条形码技术, 一维条形码技术, 二维条形码技术,二维条形码是在一维条形码的基础上扩展出另一维具有可读性的条形码，使用黑白矩形图案表示二进制数据，其优点是信息容量大、译码可靠性高、纠错能力强。 二维条形码的编码方法有矩阵式二维条形码和行列式二维条形码两种。 具有代表性的矩阵式二维条形码有Code One、Maxi Code、QR Code、Data Matrix，行排式二维条形码有CODE49、CODE 16K、PDF417等。,1.2.2 条形码技术, 一维条形码与二维条形码的区别,表1.1 一维条形
4、码和二维条形码的性能比较,1.2.2 条形码技术,图1.5 条形码数据采集设备,条形码数据采集设备,1.2.2 条形码技术,磁卡的类型及存储结构,1.2.3 磁卡技术,磁卡（magnetic card）是一种卡片状的磁性记录介质，利用磁性载体记录字符与数字信息，与各种读卡、读写器配合，用来标识身份或其它用途。 按照使用基材的不同，磁卡可分为PET卡、PVC卡和纸卡三种；视磁层构造的不同，又可分为磁条卡和全涂磁卡两种。,磁条上有一般3个磁道，称为TK1、TK2、TK3。TK1与TK2是只读磁道，在使用时磁道上记录的信息只能读出而不允许写或修改。TK3为读写磁道，在使用时可以读出，也可以写入。TK
5、1可记录数字（09）、字母（AZ）和其它一些符号（如括号、分隔符等），最大可记录79个数字或字母。TK2和TK3所记录的字符只能是数字（09），TK2最大可记录40个字符，TK3最大可记录107个字符。,图1.6 磁卡与磁卡读卡器,磁卡的识读原理,1.2.3 磁卡技术,IC卡的概念,1.2.4 IC卡技术,所谓IC卡（Integrated Circuit Card，集成电路卡），是指将一个微电子芯片嵌入符合ISO 7816标准的卡基中封装而成的一种集成电路卡，又称智能卡(Smart Card)、智慧卡(Intelligent Card)、微电路卡(Microcircuit Card)或微芯片卡
6、等。,IC卡的类型,1.2.4 IC卡技术,1. 依据IC卡与IC卡读卡器是否需要接触才能够读写数据来分类，IC卡可分为接触式IC卡和非接触式IC卡。,图1.7 接触式IC卡,图1.8 非接触式IC卡,表1.2 非接触式IC卡的识读距离及相关信息,2. 依据IC卡是否有微处理器来分类,存储器卡,逻辑加密卡,CPU卡,3. 依据IC卡的应用领域来分类分类,金融卡,非金融卡,IC卡应用系统的构成,1.2.4 IC卡技术,图1.9 IC卡应用系统的组成,图1.10 基于IC卡和WSN的实验室刷卡考勤系统,RFID的发展历史,1.2.5 RFID技术,RFID起源于20世界40年代，最早的应用要追溯到
7、第二次世界大战时期，其功用主要是用来辨识友方的飞机。RFID的具体发展过程为：19411950年 雷达的改进和应用催生了RFID技术，1948年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别RFID的理论基础。 。 19511970年 RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 19711980年 RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术测试得到加速，出现了一些最早的RFID应用。 19811990年 RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用出现。 19912000年 RFID技术标准化问题日趋得到重视，RFID产品得到广泛采用，RFID产品逐渐成为
8、人们生活中的一部分。 2001今 标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加丰富，有源电子卷标、 无源电子卷标及半无源电子卷标均得到发展，电子卷标成本不断降低，规模应用行业扩大。,图1.11 RFID系统的组成,RFID系统的组成,1.2.5 RFID技术,图1.12 RFID标签结构示意图,1. 电子标签,图1.13 RFID标签的分类,图1.14 RFID标签实物图,2. RFID读写器,图1.15 RFID读写器实物图,(1) RFID读写器的机械结构,图1.16 RFID在汽车收费系统中的应用示意图,图1.17 RFID在图书管理系统中的应用示意图,图1.18 RFID读写器的电
9、路结构,(2) RFID读写器的电路结构,图1.19 不同频段RFID的天线实物图,射频通信模块的主要功能是： 产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量。 对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签。 接收并调制来自电子标签的射频信号。,在高频、甚高频和超高频RFID领域，射频通信模块通常采用集成芯片辅以少量的外围器件实现。典型的集成芯片有13.56MHz 频段的MF RC500/522/532/562及复旦微电子FM172/1725、UHF频段的Impinj R500/2000。,射频处理模块的主要功能是： 对读写器和标签的身份进行验证。 与RFID中间件或RFID数据管理系统进行通信，执
10、行从它们发送来的指令。 控制读写器与电子标签的通信过程。 信号的编码与解码。 对读写器和标签之间传输的数据进行加密和解密。 执行防碰撞算法。, RS232/422/485传输协议。 USB传输协议。 TCP/IP传输协议。 韦根传输协议 Modbus传输协议,在RFID应用系统中，电子标签是物品标识，读写器是前端设备，数据管理系统则是系统的核心，它们的功能因应用领域不同而各异。,在分布式异构系统中，通常存在多种硬件系统平台（如PC、工作站、小型机等），这些硬件平台上又存在各种各样的系统软件（如不同的操作系统、数据库，语言编辑器等），及各种风格的用具界面，这些硬件系统平台可能采用不同的网络协议和
11、网络体系结构连接。为了解决如何将这些系统集成起来，人们提出了中间件（middleware）的概念。,图1.20 中间件的层次,如图1.20所示，中间件是位于平台（硬件和操作系统）和应用之间的通用服务，它使用系统软件提供的基础服务，衔接网络上应用系统的各个部分或衔接不同的应用系统，以达到资源共享、功能共享的目的。其典型的特点有： 满足大量应用的需要； 支持标准的协议和接口，可实现不同硬件和操作系统的数据共享和应用互操作； 支持分布计算，提供跨网络、硬件和OS平台的透明性的应用或服务的交互。 能运行于多种硬件和操作系统平台上。,图1.21 RFID 中间件在企业RFID项目的存在位置,图1.22
12、RFID 中间件的主要功能,RFID中间件主要的功能如下： 读写器协调控制 数据过滤与处理 数据路由与集成 进程管理,表1.3 国外知名RFID中间件厂商及其产品,表1.4 国内知名RFID中间件厂商及其产品,图1.23 RFID系统工作原理图,RFID系统的工作原理,1.2.5 RFID技术,图1.23 电感耦合方式能量传送原理图,图1.24 RFID反向散射耦合方式原理,RFID与其它自动识别技术的比较,1.2.5 RFID技术,表1.5 常见自动识别技术的性能比较,RFID技术以无线方式进行双向通信，不受空间限制，可快速进行物品追踪和数据交换，具有以下几个显著特点：1. 数据的读写功能只
13、要通过RFID读写器即可不需接触，直接读取标签信息至数据库内，且可一次处理多个标签，并可以将处理的状态写入标签，供后续处理读取判断使用。2. 容易小型化和多样化的形状RFID在读取中并不受尺寸大小与形状限制，标签可往小型化与多样形状方向发展，以应用在不同领域。,RFID 特点,3. 耐环境性RFID经封装处理后对水、油和化学药品等物质有强力的抗污性，RFID在黑暗或强光环境之中，也可以读取数据。4. 可重复使用RFID标签可以重复擦写，因此可以回收标签重复使用。5. 穿透性RFID被纸、木材和塑料等非金属或非透明的材质包覆时，也可以进行穿透性通信，但遇到金属材质阻挡时，通常需经特殊处理才能通信
14、。,6. 数据的记忆容量大数据容量会随着记忆规格的发展而扩大，未来物品所需携带的信息量愈来愈大，对标签所能扩充容量的需求也在增加，RFID很容易扩展存储芯片来满足这些需求。7. 更好的安全性RFID电子标签不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性。8. 动态实时通信RFID标签能以每秒50100次的频率与读写器进行通信，所以只要RFID标签所附着的物体出现在读写器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态的追踪和监控。,1.3 任务小结与作业,在本任务中，首先介绍了条形码的类型及编码方法，磁卡的存储结构及国际标准，IC卡的概念、结构、类型及国际标准，RFID的概念、类型、国际标准、应用系统的构成，其次对各类技术的性能特点做了对比。在实际应用中，需要结合应用环境、性能要求、成本预算等多方面综合考虑选用何种技术手段。学习本任务后，请完成下述作业：1. 简述自动识别技术的发展过程？2. 简述一维条形码和二维条形码的编码方式？并举例说明二者的特点和区别？3. 说明磁卡的存储结构及国际标准，并分析磁卡的特点。4. 简述IC卡的类型，并说明其特点？5. 什么是RFID技术？RFID应用系统由哪些部分组成？RFID与其它自动识别技术有何区别？,RFID技术及应用,
