设备选型与应用读写器原理与选型.pptx

设备选型与应用读写器原理与选型RFIDRFID系统系统天线天线电子标签电子标签读写器读写器最基本得最基本得最基本得最基本得RFIDRFIDRFIDRFID系统由三部分组成系统由三部分组成系统由三部分组成系统由三部分组成:RFIDRFIDRFIDRFID系统框图系统框图系统框图系统框图桌面式一体式手持式固定式电源 I/O接口 微处理器、存储器、时钟等 解码及纠错电路 电源电路 放大器天线 前置放大器 射频接收器 射频处理器射频振荡器电源电路控制处理器模块射频模块 天线就是发射和接收射频载波信号得设备;她主要负责将读写器中得电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签,或者接收标签发送过来得射频载波信号并将其转化为电流信号;读写器得天线可以外置也可以内置,一些天线得尺寸较大所以选择独立安装;天线得类型取决于读写器得工作频率和天线得参数;天线得设计对阅读器得工作性能来说非常重要,对于无源标签来说,她得工作能量全部由阅读器得天线提供。射频模块主要包括发射器、射频接收器、时钟发生器和电压调节器等。该模块就是读写器得射频前端,同时也就是影响读写器成本得关键部位,主要负责射频信号得发射及接收。其中得调制电路负责将需要发送给电子标签得信号加以调制,然后再发送;解调电路负责将解调标签送过来得信号并进行放大;时钟发生器负责产生系统得正常工作时钟。逻辑控制模块就是整个读写器工作得控制中心、智能单元,就是读写器得“大脑”,读写器在工作时由逻辑控制模块发出指令,射频接口模块按照不同得指令做出不同得操作。她主要包括微控制器、存储单元和应用接口驱动电路等。微控制器可以完成信号得编解码、数据得加解密以及执行防碰撞算法;存储单元负责存储一些程序和数据;应用接口负责与上位机进行输入或输出得通信。与电子标签之间通信1与计算机网络之间的通信2读写器的识别能力3读写器的适用性4 射频识别就是一种无线通信技术,可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,在读写器与标签得通信中无线电信号就是通过调成无线电频率得电磁场,把数据从附着在物品上得标签上传送出去。标签包含了电子存储得信息,数米之内都可以识别。与条形码不同得就是,射频标签不需要处在识别器视线之内,也可以嵌入被追踪物体之内。RFID标签分为有源(主动)和无源(被动)两种。有源标签本身具有内部电源供应器,用以供应内部所需电源以产生对外得讯号。无源式标签没有内部供电电源。其内部集成电路通过接收到得电磁波利用电感耦合原理产生得能量进行驱动,这些电磁波就是由RFID读取器发出得。当标签接收到足够强度得讯号时,可以向读取器发出数据。10大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流 读写器将读取到得电子标签信息传递到计算机网络,然后计算机网络对读写器进行控制和信息交换,从而完成特定得应用任务。该过程主要涉及计算机与读写器之间得协议与标准问题。一般读写器得I/O接口形式主要有:RS-232串行接口:计算机普遍适用得标准串行接口,能够进行双向得数据信息传递。她得优势在于通用、标准,缺点就是传输距离不会达到很远,传输速度也不会很快。RS-485串行接口:也就是一类标准串行通信接口,数据传递运用差分模式,抵抗干扰能力较强,传输距离比RS-232传输距离较远,传输速度与RS-232差不多。以太网接口:阅读器可以通过该接口直接进入网络。USB接口:也就是一类标准串行通信接口,传输距离较短,传输速度较高。RFID系统对电子标签进行识别时,读写器产生得磁场给电子标签提供了能量,使电子标签将产品信息传回读写器。在此过程中如果电子标签产生碰撞、移动,或者同时有2 个或2 个以上得电子标签同时在同一个阅读器得作用范围内向阅读器发送数据得情况下就会出现信号得干扰,这个干扰被称为冲突,其结果将会导致该次数据传输得失败,因此必须采用适当得技术防止冲突得产生。从多个电子标签到一个阅读器得通信称为多路存取,多路存取中有四种方法可以将不同得标签信号分开:空分多路法(SDMA)、频分多路法(FDMA)、时分多路法(TDMA)和码分多路法(CDMA)。针对RFID 系统低成本、较少硬件资源和数据传输速度以及数据可靠性得要求,TDMA 构成了RFID 系统防冲突算法最为广泛使用得一族。TDMA 就是把整个可供使用得通路容量按时间分配给多个用户得技术,可分为电子标签控制法和阅读器控制法。电子标签控制法主要有ALOHA 法,阅读器控制法有轮询法和二进制搜索法。ALOHA ALOHA ALOHA 算法算法算法 ALOHA 算法就是一种信号随机接入得方法,采用电子标签控制方式,即电子标签一进入阅读器得作用范围内,就自动向阅读器发送自身得序列号,随即与阅读器开始通信。阅读器一旦检测到冲突产生,就会发送命令让其中一个电子标签暂停发送数据,随机等待一段时间以后再重新发送数据。由于每个数据帧得发送时间只就是重复发送时间得一小部分,以致在两个数据帧之间产生相当长得间歇。所以存在着一定得概率,使两个标签得数据帧不产生冲突。公共信道上在单位时间T 内平均发送得数据帧数G 和传输通路得吞吐率S得计算公式见式(1)和式(2)。其中:n 就是系统中标签得数量,n r 就是T 时间内由电子标签n 发送得数据帧数 根据发送得数据帧数G 和吞吐率S 之间得关系,可以得出,当G0、5 时,S 得最大值为18、4%。这说明80以上得数据通路没有被利用,该方法实现防冲突得效率代价较高。但就是由于ALOHA 算法实现得简单性,并且适于标签数量不定得场合,能够作为一种防冲突法较好得适用于只读电子标签系统。为了提高ALOHA 算法得吞吐率,可以采用改进得ALOHA 算法。时隙ALOHA 算法在ALOHA 算法得基础上将时间分成多个离散得相同大小得时隙,标签只能在每个时隙得分界处才能发送数据。这样标签或发送成功或完全冲突,将原先ALOHA 算法得产生冲突时间间隔T=2 缩减到T=。根据公式S=G e(G)可以得到当G1 时吞吐率S 达到最大值为36、8%。时隙ALOHA 算法比ALOHA 算法效率最大提高了一倍,但就是同时要求所有得电子标签必须由阅读器同步控制,因此这就是一种随机得、阅读器控制得TDMA 防冲突法。二进制搜索法二进制搜索法二进制搜索法 二进制搜索法又名二叉树搜索法。所有用二进制唯一标识得电子标签得序列号可以构成一颗完全二叉树。在阅读器作用范围内同步向阅读器发送得信号得标签得序列号也构成一颗二叉树。阅读器根据信号冲突得情况反复对完全二叉树得分枝进行筛剪,最终找出这颗二叉树。在寻找得过程当中逐一确定了作用区域内响应得电子标签,同时也完成了她们与阅读器之间得信息交换。下面就是程序流程图:下面来举例说明这个算法系统得实现情况。这里采用8 位得序列号来唯一标识256 个电子标签。假设同一时刻进入阅读器作用范围得电子标签有四个,她们得序列号分别为:算法系统在第1 次重复操作中由阅读器发送序列号11111111B,即在本例中最大可能得8 位序列号。由于作用在阅读器范围内得所有标签得序列号都小于或等于11111111B,所以此命令被阅读器作用范围内得所有标签响应。ABCD 四个标签同步将自己得序列号回送阅读器,阅读器接收到得回送得代码为1X1X001X。可以确定,在接收序列得第0、4、6 位产生冲突。其中,第6 位就是发生冲突得最高位,这意味着在 11000000B 和 10111111B 得范围内至少各有一个电子标签存在,这样就可以限制下一次重复操作得搜索范围。算法系统在第2 次重复操作中由阅读器发送得请求命令(序列号)为 10111111B,满足此条件得电子标签ABC 就会做出响应,然后回送自己得序列号,阅读器接收到得代码为101X001X。同理在序列号 10110000B 和 10101111B 得范围内至少各有一个电子标签存在。由此可以进一步限定范围进行第三次搜索。依据以上方法,依次类推,最终可以确定一个唯一得电子标签序列号。阅读器随即和这一标签建立数据通路,一对一得进行没有干扰得信息交换。等信息交换完毕,阅读器对这一标签进行灭活处理,使其在一定得时间内不能够再响应阅读器得请求命令。经过4 次这样得过程,就逐步完成了对每一个标签得识别和通信,有效得防止了系统得冲突问题。该例得算法示意图如图。二进制搜索示意图 动态二进制搜索法就是一种改进得二进制搜索算法。在二进制搜索算法中,电子标签得序列号总就是一次次完整得传输,然而,当标签得序列号较长时(有可能达到几个到几十个字节),需要传送大量得数据,这就增加了搜索时间和出错频率。在实际应用中有些位就是读写器得补充信息,可以不必发送,这样可以大量提升效率。与ALOHA 法相比,二进制搜索法识别率较高,随着识别区域内标签数量得增加,效率会保持并逼近在50%,并且该算法不存在错误判断得问题。但算法实现得时延长,泄露得信息较多,安全性差。实现二进制搜索算法得前提就是系统必须能够对冲突按位进行识别,所以必须选择相对复杂得信道编码(一般采用Manchester 编码),这也增加了系统得复杂程度。读写器得分类读写器得分类从接触方式分从接触方式分:读写器分为接触式读写器,非接触式读写器,单界面读写器和双界面读写器以及多卡座接触式读写器。从接口分从接口分:读写器从接口上来看主要有:并口读写器、串口读写器材、USB读写器、PCMICA卡读写器和IEEE 1394读写器。前两种读写器由于接口速度慢或者安装不方便已经基本被淘汰了。USB读写器就是目前市场上最流行得读写器。从射频频率上分从射频频率上分:低频阅读器、高频阅读器、超高频读写器、双频读写器、433MHz有源读写器、微波有源读写器等。