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03 项目三 射频识别技术.pptx

页数:45页文件大小:389.6 KB来源: 物流信息技术与应用ppt课件

本课件为课程项目三,先区分无线射频 RF 与射频识别 RFID 的概念并说明其先进性,再讲清电感耦合与电磁反向散射耦合两种工作原理、事件模型与工作流程,随后展开系统组成、频段划分与分类,最后系统介绍读写器的功能选型、RFID 中间件与标准体系。

项目三射频识别技术章节首页,列出知识目标与技能目标,涵盖 RFID 概念、原理、工作频率与中间件
RFID 技术用于医疗的导入案例页,提出标签选高频还是低频与紧急救援瓶颈两道思考题
项目三内容框架页,列出 RFID 基础知识、读写器、中间件、标准体系与 EPC 物流应用五项任务
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第1页:项目三射频识别技术学习目标

学习目标

技能目标
  • 培养学生分析问题的能力。
  • 解决现实 RFID 应用问题的能力。
  • 培养学生掌握 RFID 中间件的基础知识,以及区分不同场合选择 RFID 工作频率的技术能力。
  • 培养学生运用 RFID 专业知识解决物流供应链问题的能力。
知识目标
  • 要求熟练掌握 RFID 的基本概念。
  • 熟练掌握 RFID 的工作原理、分类和工作频率。
  • 理解与掌握 RFID 中间件的基本知识。
  • 了解 RFID 应用标准及射频技术在物流上的具体应用。

第2页:导入案例:RFID 技术用于医疗

导入案例:RFID 技术用于医疗

思考:

  1. 射频标签选择是高频还是低频的?为什么?
  2. RFID 用于紧急救援的主要瓶颈是什么?

第3页:项目三内容框架

项目三 射频识别技术

  • 任务一 RFID 基础知识
  • 任务二 RFID 读写器
  • 任务三 RFID 中间件
  • 任务四 RFID 的标准体系
  • 任务五 EPC 在物流中的应用

第4页:无线射频(RF)技术

射频技术(简称 RF 或无线射频)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。目前 RF 用得较多的是 IEEE 802.11b 标准,且 2.4GHz 的高频道使服务器与终端之间的通讯速度可达 12Mbps,这段频道干扰小,在绝大部分国家都不受无线管理制约。

RF 技术以无线信道作为传输媒体,建网迅速,通信灵活,可以为用户提供快捷、方便、实时的网络连接,也是实现移动通信的关键技术之一。

第5页:射频识别(RFID)技术

射频识别技术(简称 RFID)是指利用射频信号及其空间耦合(交变磁场或电磁场)和传输特性进行非接触双向通信,实现对静止或移动物体的自动识别,并进行数据交换的一项自动识别技术。

第6页:RFID 技术的先进性

先进性主要表现:

  1. 唯一性:识别码无法仿造。
  2. 非接触性:采用无线电射频,可透过外部材料读取数据,识读距离可从十厘米至几十米。
  3. 同时性:可以同时对多个目标对象进行识读。
  4. 无方向性:读取时不需对准被读物体,只需在阅读器范围内即可,并可识别高速运动物体。
  5. 抗干扰性能好:全天候作业,抗恶劣环境能力强(如油渍、灰尘污染等),不容易污损或遭受破坏。
  6. 数据容量大:存储能力可达几百字节,并可重复读写。
  7. 保密性能好:具有难以伪造和智能化等特性,具有极高保密性。

第7页:RFID 的工作原理

通过几厘米到几米甚至十几米的距离内读写器发出的无线电波,读取电子标签内的储存信息,通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合,在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递、数据的交换。

第8页:电感耦合与电磁反向散射耦合

电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合;在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递和数据的交换。发生在阅读器和电子标签之间的射频信号主要有电感耦合和电磁反向散射耦合。

第9页:电感耦合

变压器模型,通过空间高频交变磁场实现耦合,依据的是电磁感应定律。电感耦合一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。

典型的工作频率有:125kHz、225kHz 和 13.56MHz。识别距离小于 1m,典型作用距离为 10~20cm。

第10页:电磁反向散射耦合

雷达原理模型,发射出去的电磁波,碰到目标后反射,同时携带回目标信息,依据的是电磁波的空间传播规律。电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。

典型的工作频率有:433MHz、915MHz、2.45GHz 和 5.8GHz。识别距离大于 1m,典型作用距离为 3~10m。

第11页:RFID 的三种事件模型

在 RFID 工作的空间通道中存在三种事件模型:

  1. 读写器向电子标签提供工作能量的事件模型(无源标签)。
  2. 时序方式实现数据交换的事件模型(时序是指阅读器和标签的工作次序问题)。
  3. 以数据交换为目的的事件模型(包括离线数据写入和在线数据写入)。

第12页:RFID 的工作流程

读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号,当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流,射频卡获得能量被激活;射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去;系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号,经天线调节器传送到读写器,读写器对接收的信号进行解调和解码,然后送到后台主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性,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动作。

第13页:RFID 系统的组成与射频标签

从 RFID 系统的工作原理来看,系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。

1.信号发射机(射频标签):典型的形式是标签(TAG),一般是带有线圈、天线、存储器与控制系统的低电集成电路。标签主要有以下几种类型:

  • 主动式标签、被动式标签和半被动式标签
  • 只读标签与读写标签
  • 无源标签和有源标签
  • 标识标签与便携式数据文件

第14页:信号接收机(读写器)

2.信号接收机:射频识读器一般由天线、射频模块、读写模块组成。阅读器基本的功能就是利用射频技术读取标签信息,或将信息写入标签,然后通过计算机及网络系统进行管理和信息传输。

第15页:RFID 频段与现有标准对照

RFID 系统工作频率与对应标准:下表列出各频段所遵循的现有标准、频率范围与频段名称。

RFID 系统频段与现有标准对照
现有标准频率范围名称
11784/85,14223125~134kHz低频
18000-3.1/1444313.56MHz高频
18000-3.1/15693,A,B 和 C13.56MHz高频
EPC C0,C1,C2,G2868~915MHz超高频
18000-42.45~5.8GHz微波

说明:源文本该表存在字符粘连(如多余字符“JM”)且第 3 行频段名称缺失,此处按标准号对应的频段归属还原,建议对照原课件图片核对。

第16页:编程器

3.编程器:只有可读写标签系统才需要编程器。编程器是向标签写入数据的装置。

编程器写入数据一般来说是离线(off-line)完成的,也就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;也有一些 RFID 应用系统,写数据是在线(on-line)完成的,尤其是在生产环境中作为交互式便携数据文件来处理时。

第17页:天线

4.天线:天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。

第18页:RFID 系统的分类

  1. 按作用距离分类:密耦合、遥耦合和远距离系统三类。
  2. 根据 RFID 系统完成的功能不同:EAS 系统、便携式数据采集系统、网络系统、定位系统四种类型。
  3. 按工作频率分类:低频、高频、超高频和微波系统。
  4. 按应答器供电方式分类:有源系统和无源系统两大类,电子标签属于无源标签;按信息注入方式可分为集成电路固化式、现场有线改写式和现场无线改写式三大类,电子标签属于现场无线改写式;按读取数据的技术实现手段可分为广播发射式、倍频式和反射调制式三大类。

第19页:RFID 技术在物流中的应用

五、RFID 技术在物流中的应用:

  1. RFID 在零售环节的应用
  2. RFID 在存储环节的应用
  3. RFID 在运输环节的应用
  4. RFID 在配送/分销环节的应用
  5. RFID 在生产环节中的应用

第20页:RFID 读写器概述

读写器的频率决定了射频识别系统的工作频率,读写器的功率直接影响射频识别的距离。

RFID 读写器通过天线与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。典型的读写器包含有射频部分、控制处理单元部分、I/O 接口部分和电源部分四个方面。

第21页:读写器的工作原理

读写器是 RFID 系统中的基本单元,RFID 系统的基本组成包括标签和读写器两部分,RFID 应用系统包括标签、读写器和 RFID 应用平台三大部分。

第22页:读写器的基带模块与射频模块

主要包括基带模块和射频模块两大部分。

基带模块
包括基带信号处理、应用程序接口、控制与协议处理、数据和命令收发接口及必要的缓冲存储区等。
射频模块
分为发射通道和接收通道两部分,主要包括射频信号的调制解调处理、数据和命令收发接口、发射通道和接收通道、收发分离(天线接口)等。

第23页:读写器的功能

1.读写器的功能:

  1. 读写器与标签之间的通信:在规定的技术条件下,读写器与标签之间可以进行通信。
  2. 读写器与计算机之间可以通过标准接口(如 RS232 等)进行通信。
  3. 读写器可以在读/写区域内实现多标签同时被识读,具备防碰撞功能。
  4. 读写器适用于固定和移动标签识读。
  5. 读写器能够校验读/写过程中的错误信息。
  6. 对于有源标签,读写器能够标识电池相关信息(如电量等)。
  7. 读写器和标签的所有行为均由应用软件来控制完成。
  8. 在 RFID 系统的工作程序中,应用软件向读写器发出读取命令,作为响应,读写器和标签之间就会建立起特定的通信。

第24页:读写器的特征

2.读写器的特征:

  1. 协议和频率的抽象
  2. 适应性
  3. 易于扩展
  4. 易于维护
  5. 网络设备的适应性

第25页:读写器的分类

  1. 按通信方式分类:读写器优先和标签优先两类。
  2. 按传送方向分类:全双工和半双工。
  3. 按应用模式分类:固定式读写器、便携式读写器、一体式读写器和模块式读写器。

第26页:读写器的选择

  1. 工作频率:读写器的工作频率要和电子标签统一。
  2. 输出功率:必须符合使用国家或地区对于无线发射功率的许可标准,以满足人类健康等需要。
  3. 输出端口:根据需要可选择 RS232、RS485、RJ45、韦根、无线网络等接口类型的一种或多种。
  4. 读写器形式:考虑选择固定式读写器还是手持式读写器。
  5. 匹配天线:读写器选定后,还需要考虑与之相配的天线的类型和数量。

第27页:中间件的概念

1.中间件:中间件是基础软件的一大类,属于可复用软件的范畴。中间件处于操作系统与用户的应用软件的中间,在操作系统、网络和数据库之上,在应用软件的下层,总的作用是为处于自己上层的应用软件提供运行与开发的环境,帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。

第28页:RFID 中间件的概念

2.RFID 中间件:扮演 RFID 标签和应用程序之间的中介角色。从应用程序端使用中间件所提供的一组通用的应用程序接口(API),即能连到 RFID 读写器,读取 RFID 标签数据。

RFID 中间件是一种面向消息的中间件,信息以消息的形式从一个程序传送到另一个或多个程序,信息可以以异步的方式传送。

第29页:RFID 中间件分类:以应用程序为中心

以应用程序为中心的设计概念是通过 RFID Reader 厂商提供的 API,以 Hot Code 方式直接编写特定 Reader 读取数据的 Adapter,并传送至后端系统的应用程序或数据库,从而达成与后端系统或服务串接的目的。

第30页:RFID 中间件分类:以架构为中心

以架构为中心:随着企业应用系统的复杂度增高,企业无法负荷以 Hot Code 方式为每个应用程式编写 Adapter,同时面对对象标准化等问题,企业可以考虑采用厂商所提供标准规格的 RFID 中间件。

第31页:以架构为中心(源文件重复页)

本页内容与上一页相同,源文件中重复出现。

以架构为中心:随着企业应用系统的复杂度增高,企业无法负荷以 Hot Code 方式为每个应用程式编写 Adapter,同时面对对象标准化等问题,企业可以考虑采用厂商所提供标准规格的 RFID 中间件。

说明:源文件第 30、31 页内容完全一致,属原课件重复页,此处原样保留未作删减。

第32页:RFID 中间件特征:独立于架构与数据流

1.独立于架构
RFID 中间件独立并介于 RFID 读写器与后端应用程序之间,并且能够与多个 RFID 读写器以及多个后端应用程序连接,以减轻架构与维护的复杂性。
2.数据流
RFID 的主要目的在于将实体对象转换为信息环境下的虚拟对象,因此数据处理是 RFID 最重要的功能。RFID 中间件具有数据的搜集、过滤、整合与传递等特性,以便将正确的对象信息传到企业后端的应用系统。

第33页:RFID 中间件特征:处理流与标准

3.处理流
RFID 中间件采用程序逻辑及存储再转送的功能来提供顺序的信息流,具有数据流设计与管理的能力。
4.标准
RFID 为自动数据识别与采集的具体应用。EPCglobal 目前正在研究为各种产品的全球唯一识别码提出通用标准,即 EPC(产品电子代码)。

第34页:RFID 中间件的发展趋势

RFID 中间件的发展趋势:

  1. 应用程序中间件
  2. 架构中间件发展阶段
  3. 解决方案中间件发展阶段

第35页:RFID 中间件的应用方向

1.面向服务架构的 RFID 中间件
面向服务架构(SOA)的目标就是建立沟通标准,突破应用程序对应用程序沟通的障碍,实现商业流程自动化,支持商业模式的创新,让 IT 变得更灵活,从而更快地响应需求。
2.面向商业信息安全问题的 RFID 中间件
在 RFID 的应用上,最让外界质疑的是 RFID 后端系统连接的大量厂商数据库可能引发的商业信息安全问题,尤其是消费者的信息隐私权。

第36页:RFID 的主要技术标准体系

目前 RFID 存在 3 个主要的技术标准体系,即总部设在美国麻省理工学院(MIT)的 EPC Global、日本的泛在 ID 中心(Ubiquitous ID Center)和 ISO 标准体系。

第37页:EPC Global 体系架构

1.EPC Global:EPC Global 的“物联网”体系架构由 EPC 编码、EPC 标签与读写器、EPC 中间件、ONS 服务器和 EPCIS 服务器等部分构成。

第38页:EPC Global 系统构成

EPC Global 物联网体系架构的构成:下表列出各组成部分、对应名称与作用。

EPC Global 体系架构的系统构成
系统构成名称用来标识/说明
EPC 编码体系EPC 代码用来标识特定代码
射频识别系统EPC 标签贴在物品之上或内嵌在物品之中
EPC 系统读写设备读写器识读 EPC 标签
EPC 系统的软件支持系统EPC 中间件为应用程序提供通用接口与数据处理
信息网络系统对象解析服务、EPC 信息服务提供对象解析服务与 EPC 信息服务

说明:源文本该表为图片提取的粘连文本,列名与单元格归属由语义推断,建议对照原课件图片核对后再入库。

第39页:泛在 ID 中心

2.泛在 ID 中心:泛在中心于 2003 年 3 月成立,并得到日本政府经产省和总务省以及大企业的支持。泛在 ID 中心的泛在识别技术体系架构由泛在识别码(uCode)、信息系统服务器、uCode 解析服务器和泛在通信器这 4 部分构成。

第40页:ISO 标准体系

3.ISO 标准体系:RFID 国际标准的主要制定机构有国际标准化组织(ISO)和其他国际标准化机构,如国际电工委员会(IEC)、国际电信联盟(ITU)等。大部分 RFID 标准都是由 ISO(或与 IEC 联合组成)的技术委员会(TC)或分技术委员会(SC)制定。

第41页:电子产品编码标准

二、电子产品编码标准:

  1. 产品电子代码 EPC
  2. EAN.UCC
  3. GB 18937(NPC)

第42页:EPC 在物流中的应用

任务五 EPC 在物流中的应用:

  1. EPC 在制造业的应用
  2. EPC 在运输中的应用
  3. 电子标签在拣货系统的应用
  4. EPC 系统在零售业的应用

第43页:项目三小结

项目小结:RFID 技术

  • RFID 的系统组成
  • RFID 工作原理
  • RFID 中间件
  • RFID 标准体系

第44页:实训三 RFID 系统使用

实训三 RFID 系统使用

【实训任务】

  1. 利用网络搜索引擎,进行射频标签主要频带及工作特性的查询工作。
  2. RFID 标签的高频和超高频标签的读写实验,掌握读写器频率和距离的关系。

第45页:致谢

本页为项目三课件的结束致谢页,正文内容为「谢谢!」。

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