无线传感器网络技术原理及应用课件第7章.pptx

1 1本章目标了解RFID的组成及分类。掌握RFID系统的工作原理。掌握RFID标准。了解RFID组网技术。2 2学习导航3 3射频识别技术即无线电频率识别(Radio Frequency Identification，RFID)的简称，又称电子标签、无线射频识别，是一种无线通信技术。它主要利用无线微波对物体进行近距离无接触的探测和跟踪。在无线传感器网络中往往利用RFID技术赋予无线传感器网络节点ID号。7.1 RFID技术原理技术原理4 47.1.1 组成RFID应用系统由读写器、标签和高层等部分组成，如图7-1所示。读写器和标签可以构成一个简单的应用系统，例如公交车上的消费系统。复杂的应用需要一个读写器同时读取n个标签。更复杂的应用系统需要解决读写器的高层处理问题。射频识别技术的核心在标签上，读写器是根据标签的性能而设计的。虽然在RFID系统中标签的价格和性能比读写器低，但通常情况下，在应用中标签的数量是很大的，尤其是在物流应用中，标签的应用量不仅大而且可能一次性使用，而读写器的数量相对要少并且可以重复使用。5 5图7-1 RFID应用系统组成6 67.1.2 分类RFID的分类多种多样，根据不同的标准和要求以及分类的依据不同，主要可以分为以下几种。1.按供电方式分类根据标签的供电方式可以将RFID系统分为有源、无源和半有源系统。有源的RFID与无源的RFID系统主要是指标签的工作电源是否由内部电池供给。有源电子标签又称为主动标签，标签的工作电源完全由内部电池供给，同时标签电池的能量供应部分转换为电子标签与读写器通信所需的射频能量。7 7无源电子标签又称为被动式标签，没有内装电池。在读写器的读出范围之外时，电子标签处于无源状态；在读写器的读出范围之内时，电子标签从读写器发出的射频能量中提取其工作所需的电源。半有源射频标签内的电池供电，仅对标签内要求供电维持数据的电路，或者标签芯片工作所需电压的辅助支持，及本身耗电量很少的标签电路供电。标签进入工作状态之前，一直处于休眠状态，相当于无源标签，标签内部电池能量消耗很少，因而电池可维持几年，甚至长达10年之久。8 8当标签进入读写器的读卡范围区域内，受到读写器发出的射频信号激励，进入工作状态时，标签与读写器之间信息交换的能量支持以读写器供应的射频能量为主。标签内部电池的作用主要在于弥补标签所处位置的射频场强不足，标签内部电池的能量并不转换为射频能量。9 92.按工作频率分类根据工作频率，RFID系统可以分为低频、高频、超高频和微波。RFID主要频段标准及特性如表7-1所示。10 10表7-1 RFID主要频段标准及特性11 117.1.3 工作原理RFID系统由读写器、标签和应用系统组成。其主要的工作原理简单描述如下：由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号。当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量，电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置的射频天线发送出去。读写器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到读写器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关的处理。12 12 读写器的应用系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制读写器完成相应的读写操作。13 131.读写器读写器又称为阅读器，主要负责与电子标签的双向通信，同时接收来自主机系统的控制指令。读写器的频率决定了RFID系统工作的频段，其功率决定了射频识别的有效距离。读写器根据使用技术的不同可以是读或者读/写装置，它是RFID系统信息控制和处理的中心。读写器系统组成如图7-2所示。14 14图7-2 读写器系统组成15 15读写器由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分组成。下面分别介绍三部分的主要任务和功能。(1)射频接口模块的主要任务和功能如下：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。(2)逻辑控制单元也称为读写模块，其主要任务和功能如下：与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送来的指令。16 16控制读写器和标签的通信过程。对信号进行编码和解码。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。对读写器和标签进行身份验证。17 17(3)天线模块。天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或者将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。在RFID系统中，读写器必须通过天线发射能量，来形成电磁场，通过电磁场对电子标签进行识别。因此，读写器天线所形成的电磁场范围即为读写器的可读区域。18 182.电子标签电子标签是由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于和读写器进行通信。电子标签是RFID系统中真正的数据载体。系统工作时，读写器发出查询信号，电子标签在收到查询信号后，将其一部分能量整流为直流电源，供电子标签内的电路工作；另一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后反射回读写器。电子标签系统组成如图7-3所示。19 19图7-3 电子标签系统组成2020从图7-3中可以看出，电子标签系统包括射频接口、逻辑控制单元和存储单元。其中射频接口部分包括调制器、解调器和电压调节器；存储单元包括EEPROM和ROM。各个部分的功能如下：天线：用来接收由读写器送来的信号，并把要求的数据传送回读写器。调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后，加载到天线并传送给读写器。21 21解调器：去除载波，取出调制信号。电压调节器：把由读写器送来的射频信号转换为直流电源，并经过大电容存储能量，再通过稳压电路来提供稳定的电源。逻辑控制单元：译码读写器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。存储单元：用于系统运行及存放识别数据。22223.应用系统对于独立的应用，读写器可以完成应用需求。例如，公交车上的读写器可以实现对公交票卡的读取和收费。但是对于由多读写器构成的网络架构的信息系统，应用系统是必不可少的，即针对RFID的具体应用，需要在应用系统中将读写器获取的数据有效地整合起来，提供查询历史档案等相关管理和服务功能，通过对数据的加工、分析和挖掘，为正确决策提供依据。在RFID网络应用中，中间件技术提供了将现有的系统与RFID读写器连接起来的技术。2323RFID中间件是介于RFID读写器和后端应用程序之间的独立软件，能够与多个RFID读写器和多个后端应用程序连接，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源。中间件位于客户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和网络通信。图7-4所示为中间件技术系统组成。2424图7-4 中间件技术系统组成2525中间件各部分功能如下：读写器协调控制：终端用户可以通过RFID中间件接口直接配置、监控以及发送指令给读写器。一些RFID中间件开发商还提供了支持读写器即查即用的功能，使终端用户新添加不同类型的读写器时，不需要增加额外的程序代码。数据过滤与处理：当标签信息传输发生错误或有冗余数据产生时，RFID中间件可以通过一定的算法纠正错误并过滤掉冗余数据。RFID中间件可以避免不同的读写器读取同一电子标签的碰撞，确保了读卡的准确性。2626数据路由与集成：RFID中间件能够决定将采集到的数据传递给一个应用。RFID中间件可以将企业现有的资源计划、客户关系管理以及仓库管理系统等软件集成在仪器中，提供数据的路由和集成，同时中间件还可以保存数据，分批地给各个应用提交数据。进程管理：RFID中间件根据客户定制的任务负责数据的监控与事件的触发。如在仓库管理中，设置中间件来监控货品库存的数量，当数量低于设置的标准时，RFID中间件会触发事件，通知相应的应用软件。2727RFID标准化的目的在于，通过制定、发布和实施标准，解决编码、通信、空中接口和数据共享等问题，最大程度地促进了RFID技术与相关系统的应用。RFID标准的主要内容包括以下几个方面：7.2 RFID标准标准2828技术：包含的层面很多，主要是接口和通信技术，如空中接口、防碰撞方法、中间件技术和通信协议等。一致性：主要指数据结构、编码格式和内存分配等相关内容。电池辅助与传感器的融合：目前RFID技术也融合了传感器，例如可进行温控和应变检测的应答器在物品追踪中应用广泛。几乎所有带传感器的标签和有源标签都需要从电池中获得能量。应用：RFID技术涉及众多的具体应用，如停车收费系统、身份识别、动物识别、物流、跟踪和门禁等。各种不同的应用涉及不同的行业，因此标准也涉及了各行业的规范。2929RFID标准主要有国际标准、国家标准和行业标准。国际标准是由国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)制定的。国家标准是各国根据自身国制制定的有关标准，其中日本定义了Ubiquitous ID标准。行业标准的典型一例是由国际物品编码协会(EAN)和美国同一代码委员会(UCC)指定的EPC Global标准，主要用于物品识别。30307.2.1 ISO标准ISO/IEC制定的RFID标准可以分为技术标准、数据标准、性能标准和应用标准四类，如图7-5所示。我国常用的两个RFID标准为ISO14443和ISO15693，这两个标准主要用于非接触智能卡；ISO18000系列包括了有源和无源RFID技术标准，主要是基于物品管理的RFID空中接口参数。31 31图7-5 ISO/IEC制定的RFID标准32321.ISO14443ISO14443是一种非接触式IC卡。非接触式IC卡由于作用距离不同，有三种不同的标准，如表7-2所示。表7-2 三种非接触式IC卡标准3333ISO14443是近耦合非接触式IC卡的国际标准，主要用于身份证和各种智能卡、存储卡等。ISO14443协议总共分为四部分：第一部分规定了卡片的物理特性，即非接触式IC卡的机械性能尺寸应满足85.72 mm54.03 mm0.76 mm容差。第二部分规定了信号能量及信号接口，协议规定了两种信号接口：A型和B型，读写器需要采用两者之一的方式。第三部分规定了卡片初始化和抗冲突特性。ISO14443标准提供了两种不同的防碰撞协议，即A型和B型。A型采用位检测防碰撞协议，B型通过一组命令来管理防碰撞过程。3434第四部分规定了卡片数据传输协议。用于非接触环境的半双工分组传输协议，可应用于电子标签的激活过程和解激活过程。35352.ISO15693ISO15693是疏耦合射频卡的国际标准，该标准由物理特性、空间接口与初始化、防碰撞协议和传输协议、命令扩展和安全特性四部分组成，下面重点介绍前三部分：第一部分规定了卡片的物理特性，即非接触式IC卡的机械性能尺寸应满足85.72 mm54.03 mm0.76 mm容差。第二部分为空间接口与初始化，电子标签能量供应是由发送频率为13.56MHz的读写器的交变电磁场来提供的。电子标签中包含有一个大面积的天线线圈。典型的线圈有36匝。3636第三部分为防碰撞协议和传输协议，ISO15693标准的防碰撞技术采用时隙ALOHA算法。传输协议在本书中不作介绍。37373.ISO18000ISO18000分为6部分，即ISO18000-1ISO18000-4、ISO18000-6和ISO18000-7。ISO18000-1：基于单品管理的射频识别，它规范了空中接口通信协议中共同遵守的读写器与标签的通信参数表、知识产权基本规则等内容。ISO18000-2：基于单品管理的射频识别，适用于125134 kHz，规定了标签和读写器之间通信的物理接口，读写器应具有与A型(全双工)标签和B型(半双工)标签的通信能力；规定了协议和指令以及多标签通信的防碰撞方法。3838ISO18000-3：基于单品管理的射频识别，适用于高频段13.56 MHz，规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。ISO18000-4：基于单品管理的射频识别，适用于微波段2.45 GHz，规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。该标准包括两种模式，模式1是无源标签，工作方式是读写器主动；模式2是有源标签，工作方式是标签主动。3939ISO18000-6：基于单品管理的射频识别，适用于超高频段860960 MHz，规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。它包含A、B、C三种无源标签的接口协议，通信距离最远可以达到10 m。ISO18000-7：适用于超高频段433.92 MHz，属于有源电子标签，规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。其有源标签识读范围大，适用于大型固定资产的跟踪。40407.2.2 EPC Global标准EPC Global是由美国统一代码协会(UCC)和国际物品编码协会(EAN)于2003年9月共同成立的非盈利性组织，其前身是1999年10月1日在美国麻省理工学院成立的非盈利性组织Auto-ID 中心，以创建“物联网”(Internet of Things)为自己的使命。为此，该中心将与众多企业成员共同制订一个统一的、类似于Internet的开放技术标准，在现有计算机互联网的基础上，实现商品信息的交换与共享。旗下有沃尔玛集团、英国Tesco等100多家欧美的零售流通企业，同时有IBM、微软、飞利浦、Auto-ID Lab等公司提供技术研究支持。41 41EPC Global致力于建立一个向全球电子标签用户提供标准化服务的EPC Global网络，前提是遵循该公司制定的技术规范。目前EPC global Network技术规范1.0版给出了所有的系统定义和功能要求。EPC Global已在加拿大、日本、中国等国建立了分支机构，专门负责EPC码段在这些国家的分配与管理、EPC相关技术标准的制定、EPC相关技术在本土的宣传普及以及推广应用等工作。EPC Global体系框架如图7-6所示。4242图7-6 EPC Global体系框架4343EPC Global体系架构分为EPC物理对象交换标准、EPC基础设施标准和EPC数据交换标准三部分。各部分的功能如下：EPC物理对象交换标准：EPC Global体系框架定义了EPC物理对象交换标准，保证当用户将一种物理对象提交给另一个用户时，后者能确定该物理对象有EPC代码并能较好地对其进行说明。EPC基础设施标准：该标准用来收集和记录EPC数据的主要设施部件接口标准，允许用户使用互操作部件来构建其内部系统。4444EPC数据交换标准：该标准为用户提供了一种点对点共享EPC数据的方法，并提供了用户访问EPC Global核心业务和其他相关共享业务的机会。45457.2.3 Ubiquitous ID标准Ubiquitous ID(UID)Center由日本政府的经济产业省牵头，主要由日本厂商组成，目前有300多家日本电子厂商、信息企业和印刷公司等参与。该识别中心实际上就是日本有关电子标签的标准化组织。UID Center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、泛在通信器和ucode解析服务器等四部分构成。其特点如下：4646 ucode是赋予现实世界中任何物理对象的唯一识别码。它具备128位的充裕容量，并可以用128位为单元进一步扩展至256、384或512位。ucode的最大优势是能包容现有编码体系的元编码设计，可以兼容多种编码。ucode标签具有多种形式，包括条码、射频标签、智能卡、有源芯片等。泛在识别中心把标签进行分类，设立了9个级别的不同认证标准。信息系统服务器存储并提供与ucode相关的各种信息。4747 ucode通过解析服务器，确定与ucode相关的信息存放在哪个信息系统服务器上。ucode解析服务器的通信协议为ucodeRP和eTP，其中eTP是基于eTron(PKI)的密码认证通信协议。泛在通信器主要由IC标签、标签读写器和无线广域通信设备等部分构成，用来把读到的ucode送至ucode解析服务器，并从信息系统服务器获得有关信息。4848泛在识别中心对网络和应用安全问题非常重视，针对未来可能出现的安全问题如截听和非法读取等，节点进行信息交换时需要相互认证，而且通信内容是加密的，避免非法阅读。EPC Global和UID Center的概要对比如表7-3所示。4949表7-3 EPC Global和UID Center的概要对比5050日本UID标准和欧美EPC标准，主要涉及产品电子编码、射频识别系统及信息网络系统三个部分，其思路在大部分层面上都是一致的，但在使用的无线频段、信息位数和应用领域等方面有许多不同点。例如，日本的电子标签采用的频段为2.45 GHz和13.56 MHz，欧美的EPC标准采用UHF频段，902928 MHz；日本的电子标签的信息位数为128位，EPC标准的位数为96位。在RFID技术的普及战略方面，EPC global将应用领域限定在物流领域，着重于成功的大规模应用；而UID Center则致力于RFID技术在人类生产和生活的各个领域中的应用，通过丰富的应用案例来推进RFID技术的普及。51 51一般的射频识别系统由标签和读写器组成。标签放置在要识别的物体上；读写器可以对标签进行读或者写。本节将简要介绍低频、高频、超高频系统硬件原理。7.3 RFID系统原理系统原理52527.3.1 低频RFID系统原理与本书配套的低频RFID系统开发套件采用125 kHz频段，读写器射频前端采用EM4095芯片与低频电子标签配合使用。该系统主要应用于动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗等。1.标签低频段射频标签简称为低频标签，其工作频率范围为30300 kHz。典型的工作频率为125 kHz和133 kHz。低频标签一般为无源标签，5353其工作能量通过电感耦合方式从读写器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与读写器之间传送数据时，位于读写器天线辐射的近场区内。54542.读写器低频读写器射频前端读写模块采用EM4095芯片，是EM Microelectronic公司开发的一款CMOS集成的应用于100150 kHz频率的RFID系统的前端收发芯片，其工作电压为5 V，主要完成的工作包括：载波频率的天线驱动。对发送的数据进行AM调制后传送到天线上并发送。解调天线上感应到的AM信号。EM4095芯片的典型应用如图7-7所示。5555图7-7 EM4095芯片的典型应用5656EM4095芯片的SHD引脚和MOD引脚用来操作设备，当SHD为高电平的时候，EM4095芯片为睡眠模式，电流消耗很小，在上电的时候，SHD输入必须是高电平，用来使其能正确的初始化操作；当SHD为低电平的时候，回路允许发射射频场，并且开始对天线上的振幅信号进行调制。引脚MOD用来对125 kHz射频信号进行调制。低频读写器外观如图7-8所示。5757图7-8 低频读写器外观58583.天线低频125 kHz频率天线耦合方式为电感耦合，所以在电路板PCB上制作天线需要考虑具有足够的电感量。线圈的绕制采用螺旋形方式，根据对电感量的要求和线圈的面积来确定电路板的层数，并在各层上以保证每层中电流的方向相同为前提来制作线圈。59597.3.2 高频RFID系统原理与本书配套的高频RFID系统采用典型的13.56MHz频段，读写器射频前端采用MFRC522芯片与高频电子标签Mifare one配合使用。该系统主要应用于一卡通、公交消费、考勤等。1.标签高频标签采用的Mifare one IC卡为A类型卡，该卡必须在13.56 MHz标准内，其主要指标如下：容量为8K位EEPROM。6060分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节，以块为存取单位；每个扇区有独立的一组密码及访问控制。每张卡有唯一的序列号，为32位。具有防冲突机制，支持多卡操作。无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通信逻辑电路。数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次。工作温度为-2050(湿度为90%)，工作频率为13.56 MHz，通信速率为160 kb/s，读写距离为10 cm以内。61 612.读写器读写器射频前端的读写模块采用MFRC522射频芯片，MFRC522是高度集成的非接触式13.56MHz读写芯片。此发送模块利用调制解调原理，完全集成到各种非接触式通信方法和协议中。MFRC522发送模块支持ISO14443A标准。其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO14443A电子标签通信，无需其他电路。其电路原理框图如图7-9所示。6262图7-9 高频读写器原理框图6363高频读写器主控部分由AVR单片机构成，外围集成了RS232、RS485、蜂鸣器和指示灯及液晶显示屏部分等，具有对Mifare one IC卡进行读写、液晶显示及串口输出数据等功能。高频读写器实物图如图7-10所示。6464图7-10 高频读写器实物图65653.天线13.56 MHz射频天线及其匹配电路共由三部分组成：天线线圈、匹配电路(LC谐振电路)和滤波电路。在天线的匹配设计中必须保证产生一个尽可能强的电磁场，以使卡片能够获得足够的能量为其供电。由于谐振电路的带通特性，天线的输出能量必须保证足够的通带范围来传送调制后的信号。6666天线线圈是一个特定的谐振频率的LC电路，其输出阻抗是输入端信号电压与信号电流之比，输入阻抗具有电感分量和电抗分量，电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取。因此在设计中应尽量使电抗分量为零，即让天线表现出纯电阻特性。67677.3.3 超高频RFID系统原理超高频标签符合ISO18000-6标准，标签和读写器之间以命令和应答的方式进行信息交互。读写器为主动，标签为被动。1.标签超高频电子标签分为A型和B型。A型标签向读写器的数据传输采用反向散射的方式，数据传输速率为40 kb/s，采用FM0编码。编码时字节的高位先编码，FM0编码的波形如图7-11所示。图中第1个数字1的电平取决于它的前一位。编码规则是：数字0，在位起始和位中间都有电平的跳变；数字1，仅在位起始电平跳变。6868图7-11 FM0编码的波形图6969B型卡与A型卡相同，应答器向阅读器的数据传输采用反向散射调制，数据编码采用FM0编码，数据传输速率为40 kb/s。70702.读写器读写器射频芯片采用符合ISO18000-6C协议的AS3992，主控芯片采用C8051F340。1)射频芯片AS3992AS3992内部集成了模拟前端和协议处理系统,其主要特点如下：支持ISO18000-6C协议。兼容ISO18000-6A/B协议。71 71具有8位并行接口和SPI串行接口两种数据接口方式与MCU连接。芯片内部集成度高，集成接收电路、发送电路和协议转换单元。采用FM0进行编码。AS3992芯片内集成的接收电路包括混频器、低通和高通滤波器、PM和AM解调器、EPC协议处理器以及CRC校验等，如图7-12所示。7272由图7-12可知，AS3992工作流程下：需要发送出去的命令或信号经过协议处理器转化为标准的数据帧，经过调制、射频放大后输出到天线。来自天线的信号经过混频器和放大滤波以及调制解调和协议处理器后，送至MCU。7373图7-12 AS3992组成框图74742)主控芯片C8051F340C8051F340芯片是集成的混合信号片上系统型MCU，具有片内上电复位、VDD监视器、电压调整器、看门狗定时器和时钟振荡器，其主要特性如下：兼容高速、流水线结构的8051微控制器内核。具有片内电压基准和温度传感器。精确校准的12MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器。多达64KB的片上FLASH存储器。多达4352字节的片内RAM。硬件实现I2C、增强型UART和增强性SPI串行接口。4个通用的16位定时器和多达10个I/O端口。7575读写器网络规划和部署的目标是：以最低的成本构建具有一定服务质量的读写器网络，即达到目标区域最大程度的覆盖，满足要求的通信概率，尽可能地减少干扰，达到所要求的服务质量；尽量减少读写器数量，以降低成本。7.4 RFID组网技术组网技术76767.4.1 读写器网络部署特点在无线传感器网络的应用中，由于被动标签读卡距离较近，需要适当规划读写器的部署，它直接影响着读写器网络的覆盖和识别效果。合理有效的读写器部署方案可以减少网络搭建时间，全面覆盖有效区域。RFID读写器网络部署的特点有以下缺点：RFID网络系统结构呈现严重的非对称性，无源电子标签的性能比较弱，标签之间无法相互通信，无源标签无法主动发送通信信号，只能通过反向散射的方式与读写器进行通信。7777读写器与标签通信的距离一般比较小，属于短距离通信。由于射频信号的本质特性，并且为了保证覆盖，读写识别区域之间的交叉不可必免。由于标签之间不能互相通信，标签和读写器之间只能建立起星型网络，不能建立树型网络或者网状型网络。鉴于RFID网络以上的缺点，本书提出无线传感器网络和RFID网络相结合的方法，可以避免RFID网络的缺点，并且由于RFID主要是标识身份ID，可以弥补无线传感器网络中节点身份识别的难题。无线传感器节点与RFID网络相结合的优点在于：7878利用RFID技术给无线传感器网络中的每一个节点赋予一个身份ID，无线传感器节点利用ID可以明确告知用户节点所处的位置及所执行的功能。RFID可以利用无线传感器网络的组网技术建立起自己的网络，并且增大传输距离。无线传感器网络和RFID技术结合，使无线传感器网络中的节点有了身份标识，RFID可以利用无线传感器网络的组网特性建立起RFID网络。79797.4.2 Zigbee与RFID组网RFID涵盖的频率范围很宽，从几十kHz到几GHz。RFID主要偏向于身份识别，身份识别是生活和生产管理中比较重要的事情。为了便于管理，将个人、车辆、货物进行编号，即日常生活中的身份证号、银行卡号、车牌号和条码等，并使用读写器等设备将这些编号读进计算机进行数字化处理以提高管理的效率。Zigbee网络具有短距离无线传输组网的特点，RFID具有身份识别的功能，将Zigbee网络和RFID相结合，再通过串口或者其他方式将RFID节点与Zigbee终端节点相连接，如图7-13所示。8080图7-13 Zigbee与RFID相连组网81 81RFID给每个Zigbee终端节点一个身份标识，这个身份标识将借助Zigbee网络传输给Zigbee协调器，由Zigbee协调器上传给用户中心进行处理。每个Zigbee终端节点被RFID赋予一个身份标识，可以明确判断每个Zigbee终端节点所负责的不同功能。在无线传感器网络中，RFID的主要作用是为每个传感器节点赋予一个身份标识，以便于解决随机分布的无线传感器网络节点的身份和位置信息，即无线传感器节点在什么位置区域发生了什么事情的问题。8282目前RFID应用已经深入到我们生活的方方面面，应用领域包括交通、物流、库存以及消费等。本节介绍几种典型的RFID技术应用。7.5 RFID技术应用技术应用83831.公交管理系统目前公交车大都采用RFID技术，公交消费系统是日常生活中常见的RFID应用系统。乘车者利用公交IC卡，进行乘车消费记录。此公交IC卡为频率为13.56MHz，乘客上车只需将公交IC卡在读写器前晃动一下即可上车，当到达目的地下车时再晃动一下公交IC卡，以便系统能计算出乘客搭乘的站数和距离，如图7-14所示。目前我国地铁也实行此套RFID公交消费系统。8484图7-14 公交消费系统85852.图书馆管理系统新加坡国立图书馆是新加坡人民的骄傲，它是目前世界上唯一一个完全采用RFID管理的大型图书馆。新加坡的每个公民都可以用其身份证或驾驶证来国立图书馆借阅图书。在每本图书的后面都贴有一个RFID标签，借阅者只需将图书带到自助借阅机前(如图7-15所示)，插入身份证或驾驶证，把图书证放到蓝色面板上即可完成借阅过程。操作起来极其方便。8686图7-15 自助借阅机87873.RFID标签在运动计时中的应用 射频技术的使用使统计上万个马拉松参赛者的比赛时间变得简单，而不像以往的方式会花费大量的人力和物力。运动计时系统是基于TI-RFID技术，可以收集来自世界各地的马拉松运动员的数据。ChampionChip计时系统是将一个TI-RFID感应器固定在运动员的鞋子上，当运动员通过在起跑线和终点线的地面或地下埋藏的感应天线时进行计时，从而保证每一个运动员的信息都可以被记录下来。图7-16所示为带感应器的运动鞋，8888它被世界许多重要的比赛项目所接受，同时还可以对个别的运动员在比赛中的时间进行跟踪，在一些临时检测地点放置感应天线可以防止欺骗行为；它还可以应用到铁人三项、自行车比赛和滑冰比赛中，比赛数据可以放在Internet上让每一个人都能看到。8989图7-16 带感应器的运动鞋9090通过本章的学习，学生应该掌握：RFID由读写器、标签和天线组成。读写器由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分组成。电子标签是由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于和读写器进行通信。天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或者将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。小结小结91 91ISO标准体系分为ISO14443、ISO15693、ISO18000三种。EPC Global体系架构分为EPC物理对象交换标准、EPC基础设施标准和EPC数据交换标准三部分。Ubiquitous ID是日本有关电子标签的标准化组织。