RFID原理与应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,RFID,原理与应用,第,1,章,第一章 认知,RFID,RFID,和,RFID,技术,RFID,和条形码,RFID,和,IC,卡,RFID,电子标签的分类,RFID,技术标准,物联网,1.RFID,和,RFID,技术,RFID,是,Radio Frequency Identification,（射频识别）的简称，是利用可用于无线电通信的电磁波射频来自动识别个体的技术。,RFID,技术是一种先进的非接触式,自动识别技术,，自动识别技术（,Automatic identification and data capture,，,AIDC,）是将信息数据自动识别、采集、输入计算机的重要手段和方法。自动识别技术的技术手段方法非常广泛。,RFID,技术因其,非接触,识别特性及同时能识别多个个体的特点而具有应用范围广、系统运用效率高、成本低的优势。,自动识别技术介绍,在我们的现实生活中，各种各样的活动或者事件都会产生这样或者那 样的数据，这些数据包括人的、物质的、财务的，也包括采购的、生 产的和销售的，这些数据的采集与分析对于我们的生产或者生活决策 来讲是十分重要的。如果没有这些实际工况的数据支援，生产和决策 就将成为一句空话，将缺乏现实基础。,在计算机信息处理系统中，数据的采集是信息系统的基础，这些,数据通过数据系统的分析和过滤，最终成为影响我们决策的信息。,在信息系统早期，相当部分数据的处理都是通过人工手工录入，,这样，不仅数据量十分庞大，劳动强度大，而且数据误码率较高，也 失去了实时的意义。为了解决这些问题，人们就研究和发展了各种各样的自动识别技术，将人们从繁沉的重复的但又十分不精确的手工劳动中解放出来，提高了系统信息的实时性和准确性，从而为生产的实时调整，财务的及时总结以及决策的正确制定提供正确的参考依据。,自动识别技术介绍,自动识别技术是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术，它是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，归根到底，自动识别技术是一种高度自动化的信息或者数据采集技术。,自动识别方法,条形码,条形码技术最早产生在风声鹤唳的二十年代，诞生于,Westinghouse,的实验室里。那时候对电子技术应用方面的每一个,设想都使人感到非常新奇。他的想法是在信封上做条码标记，条,码中的信息是收信人的地址，就象今天的邮政编码。为此,Kermode,发明了最早的条码标识，设计方案非常的简单，即一个“,条”表示数字“,1”,，二个“条”表示数字“,2”,，以次类推。然后，他又发,明了由基本的元件组成的条码识读设备：一个扫描器,(,能够发射光,并接收反射光,),；一个测定反射信号条和空的方法，即边缘定位线,圈；和使用测定结果的方法，即译码器。,条码技术是实现,POS,系统、,EDI,、电子商务、供应链管理的技术基,础，是物流管理现代化的重要技术手段。条码技术包括条码的编,码技术、条码标识符号的设计、快速识别技术和计算机管理技术,，它是实现计算机管理和电子数据交换不可少的前端采集技术。,自动识别方法,光学符号识别（,OCR,）,OCR,技术是光符号识别技术的缩写,(Optical Character Recognition),，,是通过扫描等光学输入方式将各种票据、报刊、书籍、文稿及其它印,刷品的文字转化为图像信息，再利用文字识别技术将图像信息转化为,可以使用的计算机输入技术。可应用于银行票据、大量文字资料、档,案卷宗、文案的录入和处理领域。适合于银行、税务等行业大量票据,表格的自动扫描识别及长期存储。相对一般文本，通常以最终识别率,、识别速度、版面理解正确率及版面还原满意度,4,个方面作为,OCR,技,术的评测依据；而相对于表格及票据，通常以识别率或整张通过率及,识别速度为测定,OCR,技术的实用标准。,OCR,识别技术不仅具有可以自动判断、拆分、识别和还原各种通用,型印刷体表格，在表格理解上做出了令人满意的实用结果，能够自动,分析文稿的版面布局，自动分栏、并判断出标题、横栏、图像、表格,等相应属性，并判定识别顺序，能将识别结果还原成与扫描文稿的版,面布局一致的新文本。,自动识别方法,生物识别,生物识别是一个能毫不含糊地用惟一的、独特的生物特征的方法辨识人的过程。在这方面，可以给出生理学和行为学的特征上的区别。如果方法所测试的特性直接与个人的身体有关而且完全独立于意识行为的模式之外，则被称之为生理学的生物特征。相反，基于行为学的生物测试方法，是利用了某些可在一定限度内有意识地加以改变，但仍能代表某一特殊个人的特性。生物测试法的分类如图,1,所示：,自动识别方法,语音识别,语音也是人的特征，也可用于识别的目的。被识别人对着麦克风说一句或更多句话，每次说话时都必须不同，否则系统会受到回放录人在磁带中的预先识别了的说话而受到攻击。述说的这段文字波形将被进行,Fourier,分析，产生讲话者的特征频谱，并被用来和基准值相比较以确定说话人身份的真实性。现代计算技术的成果，诸如模糊逻辑、神经网络等等，都被包括在这一方法之中。,当然，这个方法也有不足之处，一个人的语音在很大程度上受到他当前身体状况的影响。此外，首要的是要可靠地滤去所有的背景噪音以便能做出明确的频谱分析。每次测试都必须说不同的语句以防止回放记录的语言，这个非常复杂的过程使识别起来比较困难。然而这些技术上的困难被用户的良好可接受性补偿了，使得它成为极具吸引力的生物测试识别法。,自动识别方法,指纹识别,毫无疑问，指纹是最知名的基于生理特征的生物测试识别法。在电子,方案中，自然不再需要用墨水把指纹印在纸上。把大拇指或其他指尖,放在一透明板上，用一个安装在板下的摄像机非接触地扫描皮肤表面,，再和基准图案进行比较。通常是根据,EdHald,Richard,Henn,研发,的分类方案，它用弓形纹，箕形纹和斗型纹来标志其特征。有关类型,、位置和取向的大约有项左右的信息被存储起来，这些信息可用来、位置和取向的大约有项左右的信息被存储起来，这些信息可用来,产生基准图案。,由于众所周知的事实，用户中的某些群体不喜欢这种方法，因为它长,久以来就是和罪犯斗争的工具。指尖上的小小伤口也会导致识别上的,困难，很多系统具有测量手指湿度或脉搏的传感器，补充于光学扫描,，这种设计在于防止把切除的手指做识别之用。,尽管存在有这些问题，指纹系统仍是最广泛应用的，因为它们在技术,上相对简单，在用户接受的问题上也比较少，从读出指纹到后继的测,试所需的时间也都处在合理的限度之内，光学的和半导体电容传感器,是目前主要使用的，它们的分辨率大约为,400dpi,。,自动识别方法,虹膜识别,虹膜是一个可变的控光机构，以限制到达视网膜的光量，和视网膜一样它也是一项每个人都独有的生物特征。虹膜扫描可在较视网膜扫描略远的距离上进行，因此测量方法要简单些。用这种方法时以可见光将虹膜（它位于眼睛的前方）映像在,CCD,摄像机上，数据的估算类似用于视网膜方法。然而，仍旧是镜头会严重地影响测试结果，从而引起问题。,自动识别方法,IC,卡,IC,卡,(Integrated Circuit Card,，集成电路卡,),，有些国家和地区也,称智能卡,(smart card),、智慧卡,(intelligent card),、微电路卡,(microcircuit card),或微芯片卡等。它是将一个微电子芯片嵌入符,合,ISO 7216,标准的卡基中，做成卡片形式。,IC,卡是继磁卡之后出,现的又一种新型信息工具。,IC,卡是指集成电路卡，一般用的公交,车卡就是,IC,卡的一种，一般常见的,IC,卡采用射频技术与,IC,卡的读,卡器进行通讯。,IC,卡与磁卡是有区别的，,IC,卡是通过卡里的集成,电路存储信息，而磁卡是通过卡内的磁力记录信息。,IC,卡的成本,一般比磁卡高，但保密性更好。非接触式,IC,卡又称射频卡，,成功地解决了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，是电子器,件领域的一大突破。主要用于公交、轮渡、地铁的自动收费系统,，也应用在门禁管理、身份证明和电子钱包。,自动识别方法,CPU,卡,CPU,卡也称智能卡，卡内的集成电路中带有微处理器,CPU,、存储,单元（包括随机存储器,RAM,、程序存储器,ROM,（,FLASH,）、用户,数据存储器,EEPROM,）以及芯片操作系统,COS,。装有,COS,的,CPU,卡相当于一台微型计算机，不仅具有数据存储功能，同时具有命,令处理和数据安全保护等功能。,由于没有掌握关键的生产工艺，原来我国设计的,CPU,卡芯片一直,在国外生产。目前我国自主设计、制造的,CPU,卡容量达到了,122K,。,CPU,卡可适用于金融、保险、交警、政府行业等多个领域，具有,用户空间大、读取速度快、支持一卡多用等特点，并已经通过中,国人民银行和国家商秘委的认证。,自动识别方法,射频识别（RFID）,射频识别系统与上述,IC,卡有着密切的联系，数据存储在电子数据载体中，是通过磁场与电磁场进行数交换，这方面采用了无线电技术与雷,达技术，通过无线电波进行识别，下面我们进行一下各系统对比，由此可知射频识别的优越性，在本书中我们将详细介绍射频识别技术。,1-1 RFID,的发展历史,1941,1950,年代,1960,年代,1970,年代,二战时期，盟军为了解决因天气原因能见度差难以识别敌我飞行器的问题，成功研发出一套利用无线电波来进行敌我飞行器识别（,Identification Friend or Foe,，,IFF,）的装置。这个,IFF,装置是世界上公认的第一个利用,RFID,技术的实例,美国应用,RFID,技术开发了商品防盗装置，这个装置的应用被公认为是开辟了,RFID,技术商业应用的先河。,在美国,RFID,技术被应用于汽车防盗、工业自动化等商业和产业领域，大约在同一时期欧洲一些国家也开始利用,RFID,技术实现了家畜的识别、跟踪的实际应用。,1-1 RFID,的发展历史,1980,年代,1990,年代,2000,年代,80,年代前期，被应用于非接触方式更新半导体内存数据；,80,年代后期，在挪威和美国被应用于道路不停车自动收费系统（现今高速公路,ETC,系统的雏形）；,90,年代前期，,RFID,技术受到广泛关注，很多企业争相进入到,RFID,电子标签等行业，但由于成本高、存在技术瓶颈等原因没有得到大规模普及；,90,年代后期，随着相关技术的提高，,RFID,电子标签基本上实现了小型化和低成本化，开始迈向大规模实际应用（比如门禁系统等），,1998,年,ISO/IEC,开始制定标准，,1999,年以,MIT,为中心设立了,AutoID,中心。,RFID,技术真正开始大规模应用，,2000,年,IATA,（,国际航空运输协会,）决议在航空货物上粘贴,RFID,电子标签，,2003,年,EPCglobal,组织成立，,2005,年美国国防部、沃尔玛要求供应商在货物上粘贴,RFID,电子标签。,1-2 RFID,在我国的发展,我国虽然在基础研究方面起步比欧美等发达国家晚，但在,RFID,技术的应用和普及方面却已经走在很多国家的前面，我国相继利用,RFID,技术研究开发了第二代身份证、城市交通一卡通、电子门票，电子导游机等，近年来新的应用案例更是层出不穷。,1-3 RFID,系统,RFID,系统从广义来讲是利用了,RFID,技术的系统，大规模的业务系统的数据采集可能包含很多不同数据识别采集技术，比如现阶段很多物流系统上条形码和,RFID,电子标签并存，这样的只要是部分利用了,RFID,技术的系统可以称为,RFID,系统。,RFID,系统从狭义来讲是专注于处理,RFID,电子标签数据的系统。,1-4 RFID,系统的最小硬件组成,RFID,电子标签、读写器（,+,天线）、服务器,2.RFID,和条形码,条形码技术被认为是最古老最成熟、应用最成功最广泛的自动识别技术。常用的条形码是一维条形码和二维条形码。,一维条形码,二维条形码,2-1,条形码的工作原理,由扫描器发出红外线或可见光照射条码符号，深色条吸收光，浅色条反射光，扫描器将光反射信号转换为电子脉冲，再由译码器转换成二进制码传送至主机。,方式,-1,方式,-2,方式,-3,2-2,条形码和,RFID,电子标签的比较,2-2,条形码和,RFID,电子标签的比较,3.RFID,和,IC,卡,IC,卡又称智能卡，是一种电子数据存储器系统，,IC,卡分接触式和非接触式，非接触式,IC,卡是,RFID,技术的一种应用，,RFID,电子标签的范畴要远大于非接触式,IC,卡的范畴。另外非接触式,IC,卡要求具有高强度的加密防伪认证功能，而大多数,RFID,电子标签并不需要。,接触式,IC,卡,非接触式,IC,卡,3-1 RFID,电子标签和非接触,IC,卡的比较,4.RFID,电子标签的分类,-,按工作方式,RFID,电子标签按工作方式可分为,被动式,和,主动式,标签：,被动式,主动式,4.RFID,电子标签的分类,-,按工作频率,低频（,135KHz,以下,LF,段）、高频（,13.56MHz,，,HF,段）、超高频（,433MHz860,960MHz,，,UHF,段）和微波段（,2.45GHz,，,5.8GHz,，,Microwave,）,频率：,125kHz,；,134kHz,只读,只有,UID,号码，不能写入数据,识读距离近,通常为,10cm,1m,不能同时读取多个标签,对金属和液体都不敏感,典型应用,门禁,考勤,停车场,4-1 RFID,各种频段电子标签的技术特点,-,低频,4-1 RFID,各种频段电子标签的技术特点,-,高频,频率：,13.56MHz,可读写,电感耦合工作方式,电磁场的绕射能力强,对于金属比较敏感，对液体不敏感,方向性不强,识读距离近,1m,；,可同时读取多个标签,典型应用,物流,生产制造,资产管理,4-1 RFID,各种频段电子标签的技术特点,-,超高频,频率：,860-960MHz(433MHz),；,可读写,电磁波发射工作方式,方向性强,容易形成盲区,对金属和液体都敏感,识读距离远,最大距离可达到,810m,可同时读取多个标签,典型应用,物流供应链,生产制造,资产管理,车辆管理,4-1 RFID,各种频段电子标签的技术特点,-,微波段,读写速度快，读取数据的可靠性高，但使用频率接近,WiFi,无线网，容易受到周围无线网通信的干扰，主要被应用于定位管理、集装箱管理等领域。,4-2 RFID,各种频段标签识别范围比较,5.RFID,技术标准,RFID,技术标准主要由无线通信协议（空中接口规范,-Air Interface,）、物理特性、读写器协议、编码规则、测试应用规范、信息安全等标准组成。,有关,RFID,技术的国际标准现在主要由国际标准化组织（,ISO,）和,EPCglobal,两大组织来制定（日本有,UID,标准）。掌握了标准，就掌握了技术的制高点和专利，相关国家正在通过加快,RFID,技术标准的制定和推广，激烈争夺国际标准。,5-1,有关,RFID,的,ISO/IEC,标准,注：,EPCglobal,的,EPC,标准将在第三章详细论述,6.,物联网,2005,年，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（,WSIS,）上，国际电信联盟（,ITU,）发布,ITU,互联网报告,2005,：物联网,，引用了,“,物联网,”,的概念。,随着技术的发展和应用的推进，物联网的概念及内涵不断发生变化，覆盖范围不断拓展。,温家宝总理提出的,“,感知中国,”,、,IBM,提出的,“,智慧地球,”,都很好地描画了物联网的应用前景。,物联网在我国得到了极大关注，已被正式列为我国五大新兴战略性产业之一，物联网技术的实际应用，我国已经走在了世界前列。,6-1,物联网的概念,物联网（,Internet of Things,，,IOT),是在计算机,互联网,的基础上，利用,信息传感设备,，如传感器、全球定位、射频识别（,RFID,）等各种装置与技术，构造一个,覆盖人与物的网络,(Internet of Things),。在这个网络中，物与物、物与人能够实现网络的连接，进行,自动化,识别、信息共享、,智能化,管理和控制。,6-2,物联网的层次结构,物联网的三层结构,6-2,物联网的层次结构,物联网的四层结构,和三层结构没有本质的区别,6-3,物联网与,RFID,技术,RFID,技术是物联网发展的排头兵，物联网,(Internet of Things),这个名称是在,1999,年,MIT Auto-ID Center,的,阿什顿,教授在研究,RFID,时最早提出来的。,RFID,技术是物联网系统感知层的一种最重要的信息采集技术之一，其他的各种传感技术及自动识别手段也都属于物联网系统的前段技术，,RFID,系统只是物联网的一种应用。,6-4,物联网的应用,6-4,物联网的应用,(RFID),RFID,的,LF/HF,段的典型,应用,LF/HF,段的典型,应用,-,门禁系统,LF/HF,段的典型,应用,-,票证和收费,LF/HF,段的典型,应用,-,主题公园应用,背景：,Sunway,是马来西亚最大的主题公园。有水上和陆上娱乐区，还有商店和餐馆。,挑战,游客携带现金十分不便,加强个区域的管理,解决方案,游客佩戴,RFID,手镯,采用,RFID,检票和零售终,收益,为游客提供了更快捷、方便和轻松的购物体验,整体消费金额大幅上升,LF/HF,段的典型应用,-,证件防伪,LF/HF,段的典型应用,-,图书管理,LF/HF,段的典型应用,-,动物管理,LF/HF,段的典型应用,-,小结,大多为一对一识读，需要明确的出示动作,中、近距离识读,可以应用到液体工作环境,6-4,物联网的应用,(RFID),RFID,的,UHF,段的典型,应用,UHF,段的典型应用,EPC,系统,EPC系统粘贴RFID标签,EPC系统,-RFID,信息采集,EPC系统,-,货物追踪与查询,UHF,段的典型应用,交通领域,交通应用不停车收费,交通应用海关电子车牌,交通应用,智能交通管理系统,交通应用车辆防伪,UHF,段的典型应用,航空包裹管理,UHF,段的典型应用,-,小结,大多为一对多识读，不需要明确的出示动作，自动完成读取,中、远距离识读,6-4,物联网的应用,(RFID),有源,RFID,的典型,应用,人员,/,资产管理解决方案,关键区域全覆盖,应用案例伦敦国家艺术画廊,应用案例,A1,国际汽车大奖赛,应用案例,Why Club,应用案例,新生儿位置追踪,有源,RFID,的典型应用,-,小结,大多为一对多识读，不需要明确的出示动作，自动完成读取,中、远距离识读,以监控和实时追踪应用为主,RFID,国际市场与国内市场应用方向的差别,6-5,物联网（,RFID,）的课题,成本问题,：比如,RFID,电子标签、读写器的成本虽然越来越低，但要比条形码和扫描器还是高得多，这在一定程度上阻碍了大规模的普及应用。,技术问题,：特别是无线通信（比如,RFID,）易受环境的干扰和影响，对于新的领域的应用需要研发新技术新产品，进行大量的仿真测试和评价。,信息安全问题,：网络数据安全直接影响物联网在敏感领域的应用。,标准问题,：多种标准体系的共存导致产品和系统规格不兼容，数据不匹配，系统构建成本加大。,产业链和人才问题,：物联网是一项非常复杂的综合性系统性应用，没有完整的产业链，就很难大幅度降低成本和大规模推广应用。具有综合知识结构的研发人员、应用工程人员的缺少也是物联网产业的发展瓶颈。,第一章 习题,你身上携带的第二代身份证和交通一卡通采用的是什么通信技术？用的是什么频段的电磁波？没有电池它为什么能通信？下次乘车请试验一下交通一卡通的识别距离（范围）。,你的教科书后面贴有,ISBN,（国际统一书号）条形码，上网调查一下代码数字的含义。,RFID,射频识别技术比起条形码有什么技术特点和优势？你认为条形码会很快被,RFID,电子标签取代吗？,为什么各个国家对无线电频谱进行法律管制？我国的超高频段（,UHF,）频率范围是？,为什么技术标准很重要？为什么各国激烈争夺国际标准？,RFID,技术有哪两大国际标准化组织？请上网找出,ISO/IEC 18000-6,标准的原本。,有人说,RFID,系统就是物联网，你怎么认为？,登录中国物联网官方网站（,,/,），在,企业服务,栏里点击,应用案例,，找出你最感兴趣的,1,例案例介绍给全班同学。,附录,:,物联网的应用案例,(,我国,),1,智慧城市,2,智慧校园,3,老年人用物联网信息终端,4,智能电网,5,智能家居,1.1,智慧城市,几个基本应用,1.2,智慧城市,智,慧,城市的全景图,1.3,智慧城市,系统架构,2.1,智慧校园,信息平台,2.2,智慧校园,未来校园,2.3,智慧校园,终端设备,3.1,老年人用物联网,信息终端,4.1,智能电网,智能电网用电,5.1,智能家居,比尔,盖茨的家,比尔,盖茨的家,首富比尔,.,盖茨花,1.13,亿美元历时七年盖了一座豪宅,这算不了什么奇事，,但这座豪宅号称是当今智能建筑的经典之作，就不能不引起世界的瞩目,基本数据：,总的估价为,1.13,亿美元；,房间：,7,间卧室，,24,间浴室,(,包括,10,个沐浴,),，,6,间厨房，,6,个壁炉,在这座房子里，共铺设了,52,英里电缆，将房内的所有电器设备连接成一个绝对标准的家庭网络。,功能：,豪宅的大门设有,气象情况感知器,，电脑可根据各项气象指标，控制室内的温度和通风的情况。,电脑住宅门口，安装了,微型摄象机,，除主人外，其他人欲进入门内，必须由摄象机通知主人，由主人向电脑下达命令，大门方可开启，否则，任何人无法进入。,来到盖茨家的客人们每个人都别者一只,小电子针,，里面装着内置电脑，随时显示他们所处的位置。所有的照明、音乐、温湿度等等都可以根据客人自己的需要通过电脑任意调节。,图为：盖茨豪宅客厅摆放了一个水族宫,5.2,智能家居系统的目标,舒适丰富的生活环境,身心健康，个性化，,安全有效的防御体系,防火，盗，抢，毒，漏。,方便灵活的生活方式,单一监控，远程监控，医疗，。,高效可靠的工作模式,资料收集，整理，分析，决策，保存，信息交流，。,5.3,智能家居的基本结构,控制网：主要实现对白色家电和设备的控制，调节和监测，如：微波炉，洗衣机，灯光，电动窗帘，防盗报警，医疗紧急报警，自动门，烟雾报警，温度控制和调节，风量控制与调节，各种受动的开关控制，有害气体的监测等。,信息网：主要为黑色家电和设备沟通信息通道和必要的管理，比如：电视机，录,/,摄象机，计算机，,VCD/DVD,数码相机、医疗监护设备等。,5.4,智能家居发展问题,管理和运行,