无线射频技术

二、RFID系统的组成
（2）射频标签的分类 按内部使用存储器类型的不同，可分为：只读标签 和 可 读可写标签。 只读标签内部只有只读存储器和随机存储器。 可读可写标签内部的存储器除了ROM、RAM和缓冲 存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。
二、RFID系统的组成
（2）射频标签的分类 按标签中存储器数据存储能力的不同，可分为：标识标 签与便携式数据文件。 标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定的标识 项目，如人、物、地点进行标识，关于被标识项目的 详细的特定信息，只能在与系统相连接的数据库中进 行查找。
时钟发生器 供电 主机系统 电压调节器 存储单元


（1）射频接口模块主要任务和功能： ①产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量。 ②对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签。 ③接收并调制来自电子标签的射频信号。 注意，在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别来 往于电子标签和阅读器两个方向的数据传输。 （2）逻辑控制单元也称读写模块，主要任务和功能： ①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。 ②控制阅读器与电子标签的通信过程。 ③信号的编码与解码。 ④对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密。 ⑤执行防碰撞算法。 ⑥对阅读器和标签的身份进行验证。
四种识别技术的优缺点比较
比较因素 信息载体 信息量 读/写性 读取方式 安全性 智能化 抗干扰性 寿命 成本 四种技术 条码技术 纸、塑料、 金属表面 磁卡技术 IC卡技术 RFID技术 磁性介质 EEPROM EEPROM
小 一般 大 大
只读 读 /写 读 /写 读 /写
激光束扫 描 电磁转换 电擦除、 写入 无线通信
差 一般 好 好
无智能 无智能 智能 智能
差 较差 好 很好
较短 最低 短 长 低 较高
最长 较高
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、RFID系统的组成
二、RFID系统的组成 RFID系统主要由两部分组成：读写器和射频标签，如下图所 示。
读
计算机 网络 系统 写 器
射 频 签
标
1. 阅读器
阅读器（Reader）又称读写器。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。阅读器的频率决定了RFID系统工作的频段，其功 率决定了射频识别的有效距离。阅读器根据使用的结构 和技术的不同可以是读或读 /写装置，它是RFID系统信 天线 射频接口 逻辑控制单元 息控制和处理中心。 发射器 微控制器 阅读器通常由射频接口、逻辑控制单元和天线三部 接收器 应用接口驱动 分组成。
三、RFID的工作原理及过程
RFID的工作过程
标签与阅读器之间的数据传输是通过空气介质以无线电波的形式 进行的。
① 读写器将设定数据的无线电载波信号经过发射天线向外发射。 ② 当射频标签进入发射天线的工作区时，射频标签被激活后即将自身信息代码经 天线发射出去。 ③ 系统的接收天线接收到射频标签发出的载波信号，经天线的调制器传给读写器。 读写器对接到的信号进行解调解码，送后台电脑控制器。 ④ 计算机控制器根据逻辑运算判断该射频标签的合法性，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的动作。 ⑤ 执行机构按计算机的指令动作。 ⑥ 通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息平台，根据不同的 项目设计不同的软件来完成要达到的功能。
四、RFID的种类
一、射频识别技术
一.什么是RFID？ RFID是Radio FrequencyIdentification 的缩写，即射频识别。常称为感应式电子晶 片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子条码 等等，俗称电子标签。
一、射频识别技术

射频识别技术 射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术

通过射频信号自动识别目标对象来获取相关数据
阅读器 电子标签
C1 Cr
C2
芯 片
BP 解调
fs fH
图 4-5 电感耦合型 RFID 系统

2 数据传输
对于电子标签和阅读器天线之间的作用距离不过 0.16 ， 并电子标签处于近场范围内，电子标签与阅读器的数据传输为负 载调制（电感耦合、变压器耦合）。 如果把谐振的电子标签放入阅读器天线的交变磁场，那么电 子标签就可以从磁场获得能量。采用从供应阅读器天线的电流在 阅读器内阻上的压降就可以测得这个附加的功耗。电子标签天线 上负载电阻的接通与断开促使阅读器天线上的电压发生变化，实 现了用电子标签对天线电压进行振幅调制。而通过数据控制负载 电压的接通和断开，这些数据就可以从标签传输到阅读器了。 此外，由于阅读器天线和电子标签天线之间的耦合很弱， 因此阅读器天线上表示有用信号的电压波动比阅读器的输出电压 小。在实践中，对13.56MHz的系统，天线电压（谐振时）只能 得到约10mV的有用信号。因为检测这些小电压变化很不方便， 所以可以采用天线电压振幅调制所产生的调制波边带。如果电子 标签的附加负载电阻以很高的时钟频率接通或断开，那么在阅读 器发送频率将产生两条谱线，此时该信号就容易检测了，这种调 制也称为副载波调制。
电感耦合RFID系统
电感耦合工作方式对应于ISO/IEC14443协议。电感耦合 电子标签由一个电子数据作为载体，通常由单个微芯片及天线 （大面积线圈）等组成。在标签中的微芯片工作所需的全部能 量由阅读器发送的感应电磁能提供。高频的强电磁场由阅读器 的天线线圈产生，并穿越线圈横截面和周围空间，以使附近的 电子标签产生电磁感应。

从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式来看，系 统一般可以分为两类：电感耦合（Inductive Coupling） 系统和电磁反向散射耦合（Backscatter Coupling）系统。 电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁 感应定律。该方式一般适合于中、低频工作的近距离RFID 系统，典型工作频率：125kHz，225kHz，和13.56MHz。 识别作用距离一般小于1m，典型作用距离为0~20cm。

便携式数据文件是指标签中存储的数据非常大，可以 看作是一个数据文件。这种标签一般都是用户可编程 的，如包装说明、工艺过程说明等。
三、RFID的工作原理及过程
RFID系统原理 基本工作原理：由阅读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射频天线发 送出去；阅读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阅读器信号处理模 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；主机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阅读器完成相应的读写操作。
利用无线电波进行双向通信的一种自动识别技术，完成 识别工作时无需人工干预，适于实现自动化且不易损坏， 可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，操作快 捷方便。 射频卡不怕油渍、灰尘污染等，短距离的射频卡可以在 这样的环境中替代条码，长距离的产品多用于交通中， 距离可达几十米。


一、射频识别技术
（3）天线 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，阅读器必须通过天线来发射能量，来形成电磁场， 通过电磁场对电子标签进行识别。因此，阅读器天线所形 成的电磁场范围即为阅读器的可读区域。

2 电子标签
电子标签 (Electronic Tag) 也称为智能标签 (Smart Tag) ，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阅读器进行通信。电子标签 是RFID系统中真正的数据载体。系统工作时，阅读器发 出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量） 信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工 作，一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后 反射回阅读器。
电磁反向散射RFID系统
1 反向散射调制 电磁波从天线向周围空间发射，到达目标的电磁波 能量的一部分（自由空间衰减）被目标吸收，另一部分 以不同的强度散射到各个方向上去。反射能量的一部分 最终会返回发射天线，称其为回波。在雷达技术中，用 这种反射波测量目标的距离和方位。 在RFID系统中，利用电磁波反射完成从电子标签到 阅读器的数据传输，主要应用于915MHz、2.45GHz甚至 更高频率的系统中。该RFID系统工作分为以下两个过 程：
2 反向散射调制的能量传输
电磁波从天线向周围空间发射，会遇到不同的目标。到 达目标的电磁波能量一部分被目标吸收，另一部分以不同的 强度散射到各个方向上去。反射能量的一部分最终返回发射 天线。
RFID 技术特征 （1）数据的无线读写（Read Write）功能 （2）容易小型化和多样化的形状 （3）耐环境性 （4）可重复使用 （5）穿透性 （6）数据的记忆容量大 （7）系统安全 （8）数据安全
电子标签内部各模块的功能： （1）天线：用来接收由阅读器送来的信号，并把要求的数据传送回给阅读器。 （2）电压调节器：把由阅读器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容 存储能量，再通过稳压电路以提供稳定的电源。 （3）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返给阅 读器。 （4）解调器：去除载波，取出调制信号。 （5）逻辑控制单元：译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。 （6）存储单元：包括ERPROM和ROM，作为系统运行及存放识别数据。
二、RFID系统的组成
（2）射频标签的分类 按标签获取电能的方式不同，可分为：有源射频标签(主 动式标签)和无源射频标签(被动式标签) 有源射频标签内部自带电池进行供电，电能充足、工 作可靠性高、信号传送的距离远。 无源射频标签内部不带电池，要靠外界提供能量。无 源射频标签具有永久的使用期，支持长时间的数据传 输和永久性的数据存储。 缺点：数据传输的距离要比有源射频标签小