基于RFID技术的校园一卡通系统的设计与实现-11-1

专业学位硕士学位论文

基于RFID技术的校园一卡通系统的设计与实现

Design and implementation of Campus One-card System Based on

RFID Technology

作者姓名：郭创

工程领域：软件工程

学号： 41117430

指导教师：

完成日期： 2013年7月

大连理工大学

Dalian University of Technology

大连理工大学学位论文独创性声明

作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。

学位论文题目：基于RFID技术的校园一卡通系统的设计与实现

作者签名：日期：年月日

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摘要

随着科学技术的不断发展与在应用上的推广与普及，以及现在的社会对于能源节约、环境保护、工作效率等各方面理念上的认知，使得人们在自动识别、自动控制、智能行为等方面的应用需求上不断的显现出来，在计算机网络、传感器、数据采集、传输、存储、分析应用等相互结合、协调发展的基础上，物联网概念也就顺势而起，得到了前所未有的发展机遇、机会和动力。

本文从物联网的发展过程开始，介绍了现阶段应用中的相关物联网的技术。如标识技术、识别技术等，并对相关技术进行了总结和对比。并结合学校的具体情况进行的物联网在校园应用中的相关问题分析与实现时方法的设想。

本文的主要内容包括：

一、学校内各种公共场合的节能环保自动化控制系统的设计分析与实现。教室照明与风扇的自动控制、楼道夜晚照明的自动控制等。

二、校园内各部门的各种计费或统计相关证件的统一（一卡通系统）。这是一种较成熟的物联网技术，各地的城市一卡通都有不同的结合应用系统。我在本地公交与银行结合发行的一卡通的基础上，分析问题，使用现有的性价比上各方都能接受的一种标识技术、阅读技术相结合及在现有各部门的数据库之间进行连通就能够较容易实现的一种校园一卡通系统。“一卡在手，校内无忧。”这是物联网在校园内成功应用的远景目标。

三、结合校园一卡通系统。实现学生动态信息的查询统计。如宿舍夜不归宿人员统计、学生进出校园时间的计录与统计、危险区域人员进出情况计录统计等。

关键词：射频识别；数据库；一卡通技术；物联网

基于RFID技术的校园一卡通系统的设计与实现

Design and implementation of Campus One-card System Based on RFID

Technology

Abstract

With the continuous development of science and technology in the promotion and popularization of applications, as well as the present society for energy conservation, environmental protection, efficiency and other aspects of cognitive concept, making it the automatic recognition, automatic control, intelligent behavior, etc. the application of the continuous demand manifested, in computer networks, sensors, data acquisition, transmission, storage, analysis and applications combined with each other and coordinated development, based on the concept of things also homeopathy, has been an unprecedented development opportunity and motivation.

In this paper, the development process begins things, describes the application of the relevant stage of Things technology. Such as identification technology, identification technology, transmission technology, and related technologies are summarized, contrast. Combined with the specific circumstances of the school's campus networking applications in analysis and implementation issues related to the idea when the method.

The main contents include:

A school of various public energy saving automatic control system design analysis and implementation. Classroom lighting and fan automatic control, corridor lighting at night automatic control.

Second, the various departments within the campus or statistics related billing documents unity (card system). This is a more mature networking technologies over a city card has a different combination of applications. I combine the local bus bank card issued on the basis of analysis of the problem, using existing cost acceptable to all parties on an identification technique, reading technology combined with various departments and the existing connectivity between databases on can more easily achieve a campus card system. "One card in hands, worry-free campus." This is the Internet of Things in the successful application of the campus vision.

Third, the combination of campus card system. Students realize dynamic information query statistics. Statistics such as quarters staff night out, and out of school time students count record and statistics, out of the situation taking into account the hazardous area personnel record statistics.

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Key Words：RFID; Data Base; One-card Technology; Internet of Things

基于RFID技术的校园一卡通系统的设计与实现

目录

摘要............................................................................................................................. I Abstract ............................................................................................................................. II 1 绪论 (1)

1.1 背景和意义 (1)

1.2 应用现状 (2)

1.3 本文研究的主要内容 (2)

1.4 本文的组织结构 (2)

2 主要技术概述 (4)

2.1 物联网技术 (4)

2.1.1 物联网的发展历程 (6)

2.1.2 物联网的体系结构 (7)

2.2 射频识别技术 (9)

2.2.1 RFID的发展历程 (11)

2.2.2 RFID系统的组成 (11)

2.2.3 电子标签 (12)

2.2.4 阅读器 (13)

2.2.5 工作频率 (13)

2.3 其它识别技术 (14)

2.3.1 条形码技术 (14)

2.3.2 生物识别技术 (16)

2.4 RFID技术与其它几种技术对比表 (16)

2.5 物联网的应用 (16)

2.5.1 上海浦东机场应用系统 (16)

2.5.2 京津冀高速公路不停车收费系统 (17)

2.5.3 EPC应用系统 (17)

2.6 物联网发展方向 (18)

2.7 本章小结 (19)

3 校园一卡通的需求分析 (20)

3.1 需求分析 (20)

3.1.1 社会环境需求分析 (21)

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3.1.2 应用状况分析 (22)

3.2 建设校园一卡通系统的意义 (23)

4 校园一卡通的系统设计与实现 (25)

4.1 校园一卡通系统的总体技术架构 (25)

4.1.1 硬件平台架构 (27)

4.1.2 软件平台架构 (28)

4.2 校园一卡通系统的总体设计 (30)

4.2.1 校园一卡通数据中心 (30)

4.2.2 身份认证中心 (30)

4.2.3 小额消费结算中心 (31)

4.2.4 校银财务系统 (31)

4.3 各子系统功能描述 (31)

4.3.1 校园智能卡管理子系统 (31)

4.3.2 食堂消费子系统 (31)

4.3.3 宿舍门禁子系统 (32)

4.3.4 查询子系统 (33)

4.4 一卡通数据中心的详细设计 (34)

4.4.1 硬件架构 (34)

4.4.2 数据库表单设计 (34)

4.4.3 校园智能卡的分类 (35)

4.4.4 校园智能卡的发放 (35)

4.4.5 校园智能卡的选取 (36)

4.6 图书管理子系统 (38)

4.6.1 硬件构成 (38)

4.6.2 数据表单设计 (39)

4.6.3 图书馆E-R图 (39)

4.6.4 读者管理 (39)

4.6.5 图书管理 (40)

4.6.6 借阅管理 (40)

4.6.7 上机阅览 (41)

4.7 小额消费系统 (41)

4.7.1 消费子系统硬件架构 (41)

基于RFID技术的校园一卡通系统的设计与实现

4.7.2 食堂消费流程 (41)

4.7.3 数据表设计 (43)

4.8 宿舍管理子系统 (43)

4.8.1 系统组成 (43)

4.8.2 系统特点 (44)

4.8.3 工作原理 (45)

5 系统的测试 (47)

5.1 一卡通数据中心模块测试 (47)

5.1.1 测试设计 (47)

5.1.2 测试结果 (47)

5.2 图书模块测试 (47)

5.2.1 测试设计 (47)

5.2.2 测试结果 (48)

5.3 消费模块测试 (48)

5.3.1 测试设计 (48)

5.3.2 测试结果 (48)

5.4 宿舍模块测试 (48)

5.4.1 测试设计 (48)

5.4.2 测试结果 (49)

结论 (50)

参考文献 (52)

致谢 (54)

大连理工大学学位论文版权使用授权书 (55)

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1 绪论

随着信息技术的高速发展与广泛应用，催生出了一个新的概念——物联网，它的出现引发了又一场全球性的产业革命，正推动着各国经济的发展与人类社会的进步。而信息化是当今世界经济与社会发展的大趋势，信息化水平已成为衡量一个国家综合国力与现代化水平的主要标志。物联网，顾名思义就物与物相互联的一种网络。它从出现到现今一直在高速并迅速的发展着，现在已在多个领域内得到了大量的广泛甚至是普及性的应用。它以不在是高高在上的一个神秘事物，正在不继的进入人类的日常生活而被人们所熟知与感受。

1.1 背景和意义

近些年随着网络技术的发展和广泛的应用，各类学校都开通了功能较齐全，性能较优越的局域网的典型——校园网。物联网是在互联网上的一种扩展和延伸，在校园上运用物联网技术已具备最基本的网络基础。

随着传感器的大量广泛使用，尤其是在监控、节能、门禁、一卡通、图书管理等领域的大量应用与普及，物联网在校园内运用的低端感知基础已较完备。

阜阳职业技术学院的校园网具有了两路出口，核心校园网络的48小时续航能力，并且完成了不完部门和区域的子网划分与隔离，校园内各部门服务器也已架设完成且经过了两年的运行检验。校园一卡通的网络底层基础完备。教室内节电孤岛也已完成，在此基础上进行物联网升级和改造可行性已经具备。

近年来，节能环保、可持续发展的不断提出和全国全社会的不断关注。而另一方面，年青人在意识思想上有了相关的概念，但在行动上的短缺。在学校表现为相关公共场所，主要表现在教室内的长明灯，不停地转动的电扇。甚至于一些公共物品的人为损坏。这种现象与当前所提出的“环保、节能、节约”的大理念相背。

本文的意义在于通过物联网的相关技术的应用，在现有网络上进行相关物的识别、定位，结合一卡通系统进行校内食堂消费、宿舍门禁、图书借还、学生位置定位及跟踪、教学考勤等一系列的事情，使学校对学生的动态、出勤、夜宿等状况有更方便的一种及时得出过程与方法。另外对学生而言，一卡通的应用，使学生在校园内的生活更加方便，真的可做到“一卡在手，校园任走”，而不是现在的各部门都有各自的一种卡，图书卡、食堂卡、上机卡等。

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1.2 应用现状

学校已建成了功能齐全、高效率的校园网，并对校园网内不同区域进行了子网的划分与分隔。分隔依据以功能区分和建筑相结合进行。如：办公后勤、图书馆、教学部门等，而在教学部门中，又根据教学楼的不同再次划分为：教学楼、生化楼、综合楼等。校园网内做到了建筑群系统的光纤连接，建筑物内超五类铜缆布线的全面覆盖的无缝网络布局。物联网的网络层传输基础完全具备。

校园内已经完成了周边监控、重点区域监控、危险区域入口监控的全面监控系统。在各教室和办公房间内也已全部布设孤岛式的传感器应用。如：人体红外感应传感器、光照亮度感应传感器，温度感应传感器等。并且这些孤岛多是两种传感器的组合应用而非单一传感器的应用。物联网的感知层已初具规模。

学校已建成教学教务管理系统，食堂也建成了饭卡管理系统，图书馆也建成了图书借还管理系统，不过现在这些数据库应用系统还没有做到数据的连网与数据的同步更新，它们是各自运行各自的，互不通信孤岛。但在这几个系统中学生号基本上都是各自数据的关键字，它们具有了数据合一的基础。

1.3 本文研究的主要内容

本文主要是从以下几个方面来进行校园网的改进设计和实现的。通过对现有的几种数据库应用系统的归纳，进行整合，架设一个整合后统一的数据库系统，原各数据库系统都与新整合的数据库系统进行不同程度的连接或数据同步。做到在校园内的一卡通的认证与付费消费。

1.4 本文的组织结构

本文主要是对在已经具备了相关网络、传感器应用、数据库管理系统规模的校园网内进行校园物联网升级的理论思索想法和研究。讨论了传感器与现有系统的对接，孤岛数据库的统一后的运行方式，传感器与相关技术的协同配合工作。并进行了相关的理论论证。网络感应未端的完善，网络系统的进一步优化融合，数据库管理系统间的互通同步是重点。各章内容安排如下：

第一章主要是对课题研究的背景和意义的认知描述，并对论文的主要内容和各章安排做了简要的介绍。

第二章着重介绍了国内外物联网的发展历史、物联网的体系结构、物联网研究的现状。同时介绍了射频识别技术。从射频识别技术的组成结构、发展历程等方向，结合校

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园一卡通系统的应用，对射频识别技术进行了较全面的分析。最后对物联网发展的方向进行了展望。并对本单进行了小结.。

第三章分析了校园一卡通系统在校园内需求分析、可行性分析等工作及校园一卡通系统建设的意义。

第四章讲述了校园一卡通系统的架构设计及其子系统的设计工作。包括了对现有网络的更改，物联网设备的增加，运行时的流程与安全等。并结合相关技术的现状与发展方向。

第五章对本文中的系统进行了测试。

总结。对本文的工作进行了回顾性的总结。对本文中还没有进行了的工作给出了目标和时间。同时对校园一卡通系统的应用进行了展望。总结本文在写作中的设计运行中遇到的一些问题及通过实践得到验证或在别的物联网应用领域中的应用中得到验证的方法。还有就是现阶段物联网还存在的各种不可避免的技术难题及相关联人员的思想顾虑等相关问题。

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2 主要技术概述

2.1 物联网相关技术

物联网是在计算机网络技术、智能化技术等科学技术，在达到一定的发展高度以后，并且在人们对现实生活的舒适条件的不断要求下产生的一个新的技术应用概念。它从诞生的那一时刻就是一个科技时代下的技术概念。

物联网（Internet Of Things，IOT）是在1999年提出的。当时人们提出，凡是具有独立寻址能力的物体都能够作为网络中的一个个信息处理的结点存在，它们之间通过现有的计算机网络和通信网络进行相互连接，而形成的一种全新的网络技术[1]。这种网络因为具备了三个重要的基本特征，机遇被认为是对现有的互联网应用所进行的一种更加广泛的应用的一种扩展。这三个特征分别为：普通对象的设备化、自治终端的互联化和信息服务的智能化。物联网技术在未来发展方向上的核心内容将体现在网络系统的应用创新上，而其灵魂则是主要是通过以围绕用户的体验上的创新来表现的。物联网作为计算机网络的深层次的发展应用，最早也是由于军事的需求而建立并发展起来的，随着传感器网络技术和无线传输技术的不断快速发展，它的应用不再局限于军事等高精密领域，正在向大众化、社会化的各个领域快速的普及应用。而物联网在当下的发展状况，也使它成为现代社会继计算机技术、计算机网络技术以及信息通信技术之后的新一轮科技发展新领域[2，3]。

随着科学技术的不断发展与进步，人们的生活出现了很大的变化，人与人之间的距离不断缩小，而生活的各方面发生了巨大的变化。人们对信息存在形式、传递方式以及处理信息和利用信息方式与手段也都有了翻天覆地的认识上的变化。这一变化主要是由这第三次浪潮革命——由互联网到物联网的技术变革的产生而带来的。在2003年2 月《技术评论》杂志评出了对人类未来生活影响深远的十大新兴技术中，传感器网络占居榜首。而无论是传感器还是无线传感网络都是物联网中的重要的组成部分。无线传感器网络更是物联网的雏形，被认为是当下振兴经济与确立竞争能力优势的战略性关键技术。为现今世界各国关注，成为信息技术发展的前沿和研究热点。

物联网就是通过运用各种单一类型的传感器或复杂集成化传感器，来对一些事物进行实时的目标监测与感知识别，对当前环境的各种信息或对目标对像的相关信息进行采集，并通过集成或嵌入式系统对信息进行必要的加工处理，再通过网络将感知、收集到的信息传送到数据中心，对数据再进行二次加工与挖掘后与用户终端相配合运行的一种智能化的网络。无论在哪种应用领域中，都包含了对物的感知、识别，信息的采集、处

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理、传递，按照事先约定好的协议，把物与物、物与人、物与网络进行互连的一种新型的关系，同时在它们之间能够进行交换信息并进行通信，从而用之进行对物的识别、定位、跟踪等相关的管理与利用。

因特网出现，这使得世界上所有的计算机之间都能够进行无论是在时间上、还是在空间上的跨越式的交流与对话。从而也让人与人之间的对话与交互，通过计算机网络的存在而发生的变化也是天翻覆地。而物联网作为对网络应用扩展的新网络，它给当前的世界带来的改变是巨大的，这主要表现在现实世界中的信息的获取、处理及反馈上。如物品与物品之间信息交换与传递、人与物品之间信息获取与控制、人与自然环境之间的信息获取与利用等。通过布设下各种的传感器，配备使用各种射频识别电子标签（RFID 标签）对物品的属性进行标识与收集，并利用现有的全球定位以及激光扫描等技术与设备器件，有机组合在一起，从而形成的一种极具智能化的网络技术。它能够通过相关的接口和各种的网络相互连接并进行信息的传递，从而完成人与物品、物品与物品之间的信息的智能化地获取。物联网的核心技术主要有以下几个：智能化的感知识别技术、信息的传输交换技术及综合的数据库应用技术。

物联网作为一种新型的综合性的网络架构，其网络的核心技术决定了物联网既是一种独立于各种固有网络之外的，具有自有网络架构，通信协议的新型网络，同时，由于它具有的开放性的接口技术，物联网又可与现有的固有的网络，如互联网、移动通信网络等网络架构进行无缝隙的对接，使网络间的通信不存在障碍。物联网与现有网络的之间是一种重叠交错的关系。从而形成了如下图2.1所示的广域综合性网络架构。

物联网的开展步骤主要如下：

首先是对物体本质的属性进行抽象归纳和特性标识。生活中的每一个物品都有其本质的属性特点，人们可以在实际的应用中根据需要通过抽象分析，归纳总结出物品的固有若干特性，这些特性的集合就组成了一个物品的模型。这些属性根据人们认识物体的获取途径及存储方式的不同，大体上被分为静态属性和动态属性两种。其中直接存储在物品特性标签内的是其静态属性，而通过各种传感器实时监测得到的物体的实时特性是其动态属性。

其次是对物品的识别。通过相关的具有识别功能的机器设备，从对应目标上获取相应的物体属性，并将取得的信息为了方便的使用与网络传输而进行对应的处理与转换。最后再把信息传送到相关的数据库中进行识别比对。

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图2.1 物联网相关技术与其他网络架构关系图

Fig 2.1 Diagram of Related Technology of Internet of Things and Network Architecture

2.1.1 物联网的发展历程

1995年比尔·盖茨在《未来之路》一书中首次提出“物联网”一词，但由于当时计算机网络以及传感器技术等软硬件条件的限制，未能引起人们的普遍关注。

1999年，美国麻省理工学院（MIT）的Auto-ID实验室明确提出了“物联网”的概念，但当时就是运用RFID技术的射频识别标签对所粘贴物品的相关信息的记录，也就是“电子产品编码网络（EPC Network）”。同年，在美国召开的移动计算和网络国际会议上，参会人员再次指出，传感网络将是人类在21世记新时期所要面临的一个全新的发展机遇。传感网的重要性得到学术界的充分肯定。

2003年，美国《技术评论》进行了对人类未来生活影响深远的十大新兴技术的评选活动，在这次的活动评选中，传感器网络的得票独占鳌头。

但是“物联网”的概念的正式提出是在2005年，国际电信联盟在突尼斯举办了全球信息社会世界大会，在这次大会上，国际电信联盟通过并出台发表了著名的报告——《ITU互联网报告2005：物联网》。在这次出台并发表的报告中首次提出了物联网的概

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念并对物联网作出了明确的定义说明：物联网就是一种是通过不同的传感器设备和先进的通信技术（如传感器元件和技术、射频识别（RFID）设备和技术、全球定位设备和技术等）实时的对物品的属性和状态等进行识别与采集，同时与互联网络相结合，从而形成的一个功能更加强大与全面的新型的网络系统。物联网目的在于实现了实物与实物之间、人与实物之间、甚至所有的能够寻址的物品之间都能够通过计算机网络和通信网络进行连接，从而能够方便地达到对要监测物品的进行识别、定位和管理控制等[4，5]。

2009年温家宝总理就提出“感知中国”的理论概念，而且不止一次的在相关科技调研会议上加以强调，并同时指出了我国的物联网未来产业的发展构想。自从“感知中国”的概念被温总理提出后，物联网在中国受到了极大的社会关注，甚至作为我国五大战略性新兴产业而被写入我国的“政府工作报告”，同时社会上的一些前沿科技研究所也专门成立了物联网研究项目小组，专门进行物联网应用方面的开发和研究。这样的关注程度远远超过了美国、欧盟及其他经济发达国家。

继我国五大战略性新兴产业被提出以后，2010年9月，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中提出了新一轮抢占世界经济、科技制高点国家发展战略，其中确定了七大战略性新兴产业，明确表示要将物联网作为新一代具有战略性信息技术产业。并根据该决定，我国发改委、工信部会同多个相关的技术、产业部门，展开当前时期急需解决的信息技术的研究，同时联合社会力量组建了专门研究新一代信息技术的部门。国家也根据信息技术发展需求及时发布了相关的扶持政策与措施，进一步推动了我国信息技术产业的发展。

2.1.2 物联网的体系结构

物联网是一种包括了通信技术、电子技术、网络技术等多种技术的综合应用，形式复杂多样。根据数据信息的生成、传输、处理与应用为原则，我们把物联网划分成不同的层次。

从物联网的技术架构组成上来分，是由感知层、网络层、应用层三结构组成。如图2.2所示为物联网的三层模型及相关技术的结构框架图。

感知层：是对物品的识别与感知。这是物联网的最低层，应用RFID阅读器、红外感应器、温度感应器、光亮感应器、监控摄像等对指定区域内的相关物体动态或环境参数进行获取并进行一定的加工并在相应网络上进行传递及深加工再利用。也就是说这一层是让物品“开口说话”的。是联系物理世界与信息世界的纽带。这层中应用的技术是物联网的核心技术。主要有对象的智能标签、环境监控和对象跟踪等[6，7]。

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图2.2 物联网的三层模型

Fig 2.2 Three Layer Model of the Internet of Things

对象的智能标签。这是一种通过条码技术、磁条技术、IC卡技术、RFID技术等对特定的对象进行标识的一种方法。这主要用来对个体对象（如在生活中我们使用的各种智能卡等）进行区分的技术与方法。它的最基本用途之一通过对物品的本质属性标识，形成属于该物品的唯一的用于区别于其他物品的信息。此外，智能标签还可在子分区中存储物品的外廷性信息，用以对物品所包含的扩展信息的标识（例如各种智能卡上的余额信息等，条码中所包含的各种信息等）。

网络层：是为数据传输提供一条安全、可靠、时延可控的路径。该层处理的主要内容是信息的传送，也即是说网络层的主要功能是实现信息的传送和通信。而在信息的传送中所使用的网络不外乎就是各种类的专用网络及公众网络，所以说网络层是建立在企业或行业的专用网，发及电信网、互联网等公用网络之上的，而在现实的应用中一般都是包含了这里所列的两大类网络的。从技术实现上来看主要有有线通信和无线通信两大类[8]。

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无线通信也可根据距离划分为：短距离和长距离两类。短距离无线接入技术包括：ZigBee等无线网状网、RFID、WIFI 等。长距离无线接入技术包括：GSM、CDMA（2G、3G）、卫星通信等。

应用层：相关行业内的专业技术的深度优化与整合都是发生在这一层上的，主要是用来对物联网实现。只有在与行业实际需求相结合才能够充分地为实现行业的智能化、及与行业专业的深度优化，才能最终为用户提供更完善与合理的应用级服务。应用层还可进一步的细分为两个功能相对独立的小层次：中间件层与应用服务层。在这两个小层次中，中间件层是连接网络层与应用服务层间的信息传递接口层和能力调用。应用服务则是各种类型具体而实际的应用服务[9]。

对象的智能控制。物联网是在云计算技术和智能网络技术的基础上搭建的综合性的应用平台，可以根据传感器对物品的实时监测所得到的大量的相关数据进行分析、判断，最终作出智能决策，并根据决策结果对所控制的对象进行相对应的调整，使其更加人性化、智能化（例如通过光敏传感器对光亮度的强弱的监测，实现不同光照强度下对路灯的开关进行自动控制等）。

物联网各层之间既是相互独立的又有着紧密的联系。在综合应用层以下，同一层次上的不同技术之间是一种相互补充的关系，它们适用于不同的环境，从而构成该层次技术的全套应对的策略。而不同层次提供的各种技术，可根据应用的需求进行相应的组合与配置来构成完整的解决方案。

因此，在物联网应用设计时，对使用的相关技术进行选择时，一定要以具体应用为导向，同时结合现实的具体应用需求和应用环境来进行选择和合当前应用的感知技术、联网技术及信息处理技术。

2.2 射频识别技术

射频识别（即Radio Frequency Identification，缩写为RFID），是利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到自动识别目的一种高科技新技术。它是通过芯片来提供存储在其中的大量的“无形”信息的，改变了条码只能依靠“有形”的一维或二维几何图案来提供信息的方式。

射频识别系统主要的组成部分包括以下的三个部分，分别为：标识标签、阅读应答器及传送天线。而系统组成中最主要的部分还是标识标签与阅读应答器，在这两部分的配合下，就能够完成了对物品基本特征信息向标签中的写入工作、从标签中的读取物品特征信息的工作以及对物品的识别工作等。RFID的工作原理是：当电子标签进入某个阅读器磁场空间之后，就能在感应电流的供能下，将存储在芯片内的信息通过天线进行

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发送。可以根据提供能量的不同方式而划分为无源标签（Passive Tag，被动标签）和有源标签（Active Tag，主动标签）。这种信息由阅读器接收后，再通过阅读器中的解码器进行解码，然后再送到信息处理系统内进行有关数据的处理及进一步的应用。而RFID 应用系统在实际的具体应用中，由于应用系统完成的目的和应用系统所运行的外界环境的不确定性与随机性等，在系统的具体组成上也需要作出相应的变化与调整，只有这样才能够最大程度的满足用户的实际需要。

信号发送器：在RFID系统中，信号传输器在不同的应用程序中，由于应用的目的的不同，而以不同的形式存在，而标签（TAG ）是其最典型的存在形式之一。RFID 智能标签同条形码标签一样都是利用了标签来对物品的相关的属性进行标记的编码并进行存储的一种信息识别技术。而不同之处则是RFIF标签必须能够自动或在外部条件因素的控制下实现发送存储在标签内的相关物品的信息。

信号接收器：在RFID系统中，信号接收器，通常也被我们称作为阅读器。由于所在阅读与识别的标签类型及完成的具体工作的不同，阅读器在其复杂性上有着较为明显的差异性。但其所具有的最基本的功能则是提供一种能够用于读取标签中存储的数据信息，并根据情况进行相应的处理和传输。此外，阅读器还能够提供精密的控制信号，奇偶校验错误检查和纠正等。阅读器与RFID标签之间的数据传输，是依据目标所具有的信息并通过相关协议约束好的流程进行的。只有在阅读器得到正确的接收并解码该信息的情况下，阅读器才会能通过特定的算法来计算并确认信号发射器发出信号是否需要重新传输。这就是当前被从业人员叫的命令响应协议，在这份协议的作用下，能保证阅读器即使在很短的时间内或较小的空间内，即使同时读取了多个标签也能够有效地通过防碰撞算法，对标签的争用冲突进行回避，从而防止了因标签冲突而带来的多重扣费等问题。

编码器：只有当应用系统既要对标签进行写入操作，同时还要对标签进行读取操作的应用系统中才需要编码器。所以编码器是向标签内写数据时必不可少的重要元件。编码器在对标签进行写数据时，大多情况下都是工作在离线（OFF-LINE）的状态下的，它是基于预先写好的标签的，把标签直接粘贴到项目物品上。还有编码器则是工作在（ON-LINE）状态下。

信号天线：特别是在电磁耦合型的标签和读写器设备之间要进行数据传输时，天线就成为了一个必不可少的设备。在实际应用中，信息传递时的功率、方向、速率等，都会对天线的形状及安放时的相对位置产生较大的影响，因此，在在天线的选用上要结合实际应用系统的需求而进行相应的调整。

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RFID的工作原理是：当电子标签进入某个阅读器磁场空间之后，就能在感应电流的供能下，将存储在芯片内的信息通过天线进行发送。可以根据提供能量的不同方式而划分为无源标签（Passive Tag，被动标签）和有源标签（Active Tag，主动标签）。这种信息由阅读器接收后，再通过阅读器中的解码器进行解码，然后再送到信息处理系统内进行有关数据的处理及进一步的应用。

2.2.1 RFID的发展历程

RFID技术是由二战时的敌我方飞机自动识别（IFF）技术发展来的。

到了二十世纪六十年代，人们对RFID的探索和研究才正式的拉开序幕。

1964年，R. F. Harrington等人对RFID电磁理论进行研究并发表了论文“Theory of Loaded Scatters”。这时期出现了商用的标签系统，因为只能检测被标识目标是否存在，携带的信息较少，且多个物体存在时，无法分出被标识物的差别。所以只是用于防止物体被偷窃问题。

到了七十年代，人们开发出了适用于特殊场合的传输距离达到5米的被动式标签原型。

进入八十年代，更加完善的RFID应用开始大量出现。

进入九十年代以后，RFID技术的发展更是进入一个快速发展的时期。

2.2.2 RFID系统的组成

图2.3 RFID体系架构

Fig 2.3 RFID system architecture diagram

基于RFID技术的校园一卡通系统的设计与实现

典型的RFID技术系统主要有以下四部分组成：电子标签、天线、阅读器、中间件、应用系统[10,11,12]。RFID技术源于雷达技术，所以其工件原理和雷达极为相似。阅读器通过天线广播额定频率的电子信号，标签收到信号后，在磁场感应电流的供电下，把自身标签内部存储的标识信息以特定的频率进行广播，阅读器再通过天线接收并识别标签发回的信息并进行处理，最后阅读器再跟据处理结果，来决定是把信息识别结果发送给主机，进行数据库内继续操作还是对信息进行丢弃。如下图2.3所示为RFID系统体系架构图。

2.2.3 电子标签

标签，即电子标签（tag），又叫应答器、射频标签等。一般由耦合元件、芯片及微型天线等组成的，每个标签内部都有一个唯一的电子编码，用以对目标对象进行标识。当标签进入RFID的阅读器的读取区域时，根据协议约定或凭借阅读器发出的射频信号驱动下发送出存储在芯片中的电子编码（被动式标签），或主动发送某一频率的信号（主动式标签）。

表2.1 主动标签与被动标签的对比

Tab 2.1 Comparison of active tags and passive tags

主动式被动式

能量来源自带电源电磁感应获取

工作距离可达10M 一般20cm至40cm

存储容量16KB 128B

信号强度低高

工作频率高频或超高频低频或高频

经济投入高低

工作年限2至4年较长

依据射频标签工作所需能量的供给方式，可以将RFID系统分为：有源（卡片内有锂电池，主动上传ID号）、无源（通过读卡器发出的感应电流工作）和半有源系统（低频唤醒、高频传输）。标签存储数据的方式主要有电可擦可编程只读存储器（EEPROM），静态随机存取存储器（SRAM）和铁电随机存取存储器（FRAM）。一般射频识别系统主要采用EEPROM的存储方式。下表2.1为主动式标签与被动式标签的特性的对比。

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