吴功宜-物联网工程导论第2章RFID与物联网应用
物联网总结吴功宜版
1、物联网的定义、起源、发展及特点；<1>定义：给物联网下准确定义，尚有困难，一是由于物联网理论体系不明晰，二是涉及学科众多。
概括来讲，定义如下：物联网是在互联网、移动通信网基础上，针对不同应用领域需求，利用具有感知、通信与计算能力的智能物体来自动获取相关信息，且能独立寻址，并将其互联起来，实现全面感知，可靠传输，只能处理，构建人与物、物与物互联的智能信息服务系统。
<2>起源，发展：“物联网”概念产生于20世纪90年代，而真正引起各国政府与产业界的重视是在2005年ITU 发布的互联网研究报告《Internet of Things，IOT》之后。
随后，欧盟，日本，韩国及我国都提出了针对本国的物联网发展规划，提出了诸如“智慧地球”“工业4.0”“I-Japan”《物联网“十二五”发展规划》等众多概念与规划。
目前，物联网已经在传统电网，交通，医疗及物流等领域得到了长足发展，但仍存在标准不统一，理论体系不健全，应用范围太窄，成本高及关注度仍待提高等诸多问题。
物联网的前景是美好的，但还有很多路要走。
<3>特点：一是物联网的智能物体具有感知、通信与计算能力；二是可以提供所有对象在任何时间，任何地点的互联；三是目标为实现物理世界与信息世界的融合。
（网络的异构性，规模的差异性，接入的多样性）2、物联网的三层结构模型应用层：①行业应用层：智能电网，交通，环保，医疗，物流，家居；②管理服务层：数据存储/处理，数据挖掘，智能决策，智能控制。
网络层：①核心交换层：专用IP网+VPN+互联网+移动通信网+异构网=>新一代网络；②汇聚层：LAN,WLAN,电话交换网；③接入层：802.15.4标准，蓝牙/zigbee标准，LAN/WLAN移动通信或者M2M接入，光纤/电话线/电力线接入。
感知层：①感知层：各种传感器，RFID 标签与读写设备，PAN，智能手机，GPS，各种专用机器人。
吴功宜_物联网工程导论_第2章：RFID
有源RFID标签外部封装 （a）无源RFID标签
有源RFID标签内部电路
（b）有源RFID标签
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2. 按标签工作模式进行分类
• 主动式RFID标签 —依靠自身能量主动向RFID读写器发送数据 • 被动式RFID标签 —从RFID读写器发送的电磁波中获取能量， 激活后才能够向RFID读写器发送数据 • 半主动式RFID标签— —自身的能量只提供给RFID标签中的电路使 用，并不主动向RFID读写器发送数据；当它 接收到RFID读写器发送的电磁波激活之后， 才向RFID读写器发送数据
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5. 按封装材料进行分类 • 纸质封装RFID标签 • 塑料封装RFID标签 • 玻璃封装RFID标签
RFID芯片与天线 封装后的纸质RFID标签
钥匙链式
卡片式
耳钉式
脚环式
钮扣式
手表式
手链式
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6. 按标签封装的形状进行分类 • 粘贴在标识物上的薄膜型的自粘贴式标签 • 用户携带、类似于信用卡的卡式标签 • 封装成能够固定在车辆或集装箱上的柱型标签 • 封装在塑料扣中，用于动物耳标的扣式标签 • 封装成钥匙扣中，用于随身携带的身份标识标签 • 封装在玻璃管中，用于人或动物的植入式标签
3. RFID标签工作原理
读写器天线辐射 形成的电磁场
传递能量 读写器 天线 发送信息
标签 天线
RFID读写器 近 场 （a）无源RFID
无源 RFID标签
发送指令 读写器 天线 发送信息 有源 RFID标签 标签 天线
RFID读写器
RFID技术在物联网中的应用课后习题答案及解析
RFID技术在物联网中的应用课后习题答案及解析RFID技术在物联网中的应用RFID（射频识别）技术是一种通过无线电信号自动识别目标并获取相关数据的技术。
它在物联网（IoT）应用中具有广泛的应用，可以实现设备之间的互联互通，并提供实时的物流跟踪、库存管理和资产追踪等功能。
本文将就RFID技术在物联网中的应用进行探讨。
一、RFID技术的基本原理RFID技术利用射频信号进行通信，系统由读写器、标签和中间通信介质组成。
读写器通过射频信号与标签进行通信，并读取或写入标签上的数据。
标签内部搭载了向读写器发送信号所需的天线和芯片，它可以存储信息，并根据读写器的指令回复相应的数据。
通过标签的识别，可以实现对物品的数据采集、管理和追踪。
二、RFID技术在物流方面的应用在物联网中，RFID技术可以应用于物流管理系统中，实现货物的追踪和管理。
每一个货物都可以粘贴一个RFID标签，通过读写器可以实时获取货物的信息，包括到货、发货和存储位置等。
这样可以大大提高物流效率，减少货物的丢失和损坏。
同时，通过RFID技术，可以实现库存的实时监控，提供更准确的库存数据，方便企业的决策制定和物品定位。
三、RFID技术在零售业中的应用物联网中的零售业也可以借助RFID技术进行创新。
通过在商品上粘贴RFID标签，可以实现商品的智能化管理和监控。
例如，当顾客拿起商品后，RFID技术可以自动识别该商品并自动生成消费信息，无需人工干预。
这样可以提高销售效率，节省人力成本，并为顾客提供更好的购物体验。
此外，RFID技术还可以用于反盗窃和反假货，通过RFID标签的安置和读写器的监控，可以准确追踪商品的去向，防止偷盗和流通假货。
四、RFID技术在物品追踪中的应用RFID技术在物联网中还可以实现对物品的追踪和定位。
通过将RFID标签附加在物品上，可以实时获取物品的位置信息，包括运输途中的实时位置、停放位置和历史轨迹等。
这对于物流和物品管理非常重要，可以确保物品的安全和及时传递。
物联网工程导论教学大纲
《物联网工程导论》教学大纲课程编码：课程性质：专业基础课课适用专业：物联网工程专业学分：2学分学时：32学时开设学期：第2学期一、教学目的本课程作为物联网工程专业的基础课，要求学生在了解当今信息化社会的发展的基础上，掌握物联网技术的发展和应用，了解物联网的关键技术，为以后学习物联网关键技术打下基础。
本课程的目的是使学生掌握物联网技术的定义和基本原理及应用，了解物联网技术的发展，了解物联网的关键技术和方法。
本课程的目标：1．了解物联网相关技术基本概念、定义和工程方法；2．掌握感知层、传输层、管理层等应用的典型关键技术；3．熟悉智能交通、智能家居、智能医疗和智能物流等综合应用项目实现方法。
二、重点难点1.重点：本课程的重点是掌握物联网技术的基础理论知识以及在工程应用中采取的典型技术方法。
2.难点：理解物联网时间同步、定位和信号处理的典型算法。
三、教学方法讲授、课堂互动、课堂指导、课后作业和辅导答疑。
四、教学内容第一章物联网概述教学要求：通过本章学习，要求了解物联网的起源和发展，理解物联网的相关概念；掌握物联网的理论基础，掌握物联网的体系结构和主要特点；了解物联网的核心技术和体系标准；了解物联网的应用前景。
教学内容：一、发展的社会背景二、物联网发展的技术背景三、物联网的定义与主要技术特征四、物联网的体系结构五、物联网的关键技术与产业发展第二章RFID与物联网应用教学要求：通过本章学习，掌握目前常用的自动识别技术，了解RFID的历史和现状；掌握RFID的工作原理，RFID系统的构成和工作过程；掌握RFID的技术特点和解决标签冲突的常用方案；理解RFID在物联网中的地位。
教学内容：一、自动识别技术的发展背景二、条形码简介三、磁卡与IC卡应用四、RFID五、RFID应用系统结构与组成六、RFID标签编码标准第三章传感器、智能传感器与无线传感网络技术教学要求：通过本章学习，要求了解传感器发展历史，掌握无线传感器网络的硬件平台，理解无线传感器网络典型操作系统，掌握常用无线组网技术，理解无线传感网的应用。
《物联网导论》第2章自动识别技术与RFIDv11
•光符号识别 •语音识别 •虹膜识别 •指纹识别
•IC卡 •条形码
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《物联网导论》第2章自动识别技术 与RFIDv11
•一维条形码：几个基本概念
• 模块：构成条码的基本单位是模块，模块是指条码中最窄的条或空，模
技术的身份鉴别方法。因为指纹具有各不相同、终生基 本不变的特点，且目前的指纹识别系统已达到操作方便、 准确可靠、价格适中的阶段，正逐步应用于民用市场。
•指纹识别的处理流程：
•通过特殊的光电转换设备和计算机图像处理技术，对 活体指纹进行采集、分析和比对，可以迅速、准确地鉴 别出个人身份。系统一般主要包括对指纹图像采集、指 纹图像处理、特征提取、特征值的比对与匹配等过程。
块的宽度通常以mm或mil（千分之一英寸）为单位。构成条码的一个条或
空称为一个单元，一个单元包含的模块数是由编码方式决定的，有些码 制中，如EAN码，所有单元由一个或多个模块组成；而另一些码制，如39
码中，所有单元只有两种宽度，即宽单元和窄单元，其中的窄单元即为 一个模块。 •密度（Density）：条码的密度指单位长度的条码所表示的字符个数。模块 尺寸越小，密度越大，所以密度值通常以模块尺寸的值来表示（如5mil）。 通常7.5mil以下的条码称为高密度条码，15mil以上的条码称为低密度条码。
•特 点：
•存储器卡功能简单，没有（或很少有）安全保护逻辑，但价 格低廉，开发使用简便，存储容量增长迅猛，因此多用于某些 内部信息无须保密或不允许加密（如急救卡）的场合。
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《物联网导论》第2章自动识别技术 与RFIDv11
物联网技术与应用导论第2章 RFID技术
在主动射频系统中，标签中装有电池 并可在有效范围内被识别。 RFID系统能识别高速运动物体，还可 同时识别多个电子标签，操作快捷方便。 RFID工作原理如图2-1所示。
图2-1 RFID工作原理
2.2 RFID的系统组成
最基本的RFID系统由RFID标签、 天线和阅读器组成，如图2-2所示。 大部分的RFID系统还要有数据传输 和处理系统，用于对阅读器发出命令以 及对阅读器读取的信息进行处理， 以实 现对整个系统的控制管理。
第2章 RFID技术
2.1
RFID概述
2.2
RFID的系统组成
2.3
RFID技术标准化
Байду номын сангаас
2.4
RFID的具体应用实例
2.5
RFID技术应用面临的挑战
2.1 RFID概述
2.1.1 RFID的概念
无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）也称为射频识别， 它是一种新兴的自动识别技术。 RFID是指利用电磁波的反射能量进 行通信的一种技术。
2.1.2 RFID技术的发展历史
RFID技术最早起源于雷达技术的发 展及应用，其历史可追溯到20世纪初期。 雷达发射无线电波并通过接收到的目 标反射信号来测定和定位目标的位置及其 速度，其物理机制是 RFID 技术的工作基 础。
2.1.3 RFID技术的发展现状
作为21世纪10大重要技术之一，RFID 在国外的应用已经越来越普及，新加坡、韩 国等国家都明确指出要重点发展射频识别技 术及扩大其应用。 中国是世界生产中心之一和最具潜力 的消费市场，对RFID的应用需求也将越来 越强烈。
图2-2 RFID的系统组成
2.2.1 RFID标签
物联网工程导论课后答案
物联网工程导论课后答案【篇一：《物联网工程概论》习题及思考题答案】答：物联网是通过射频识别（rfid）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把各种物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
特别注意，物联网中的“物”，不是普通意义的万事万物，这里的“物”要满足以下条件：1、要有相应信息的接收器； 2、要有数据传输通路；3、要有一定的存储功能；4、要有处理运算单元(cpu)；5、要有操作系统；6、要有专门的应用程序；7、要有数据发送器；8、遵循物联网的通信协议；9、在世界网络中有可被识别的唯一编号。
1-2简述物联网应具备的三个特征。
答：一是全面感知，即利用射频识别技术(rfid)、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。
1-4名词解释：rfid、epc、zigbee。
答：rfid即射频识别，俗称电子标签，一种自动识别技术，可以快速读写、长期跟踪管理，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别。
epc(electronic product code)，即产品电子代码，为每一件单品建立全球的、开放的标识标准，实现全球范围内对单件产品的跟踪与追溯。
zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术。
主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。
1-5简要概述物联网的框架结构。
答：物联网可以简要分为核心层、接入层，软件核心层主要是应用服务层，硬件接入层包括网络传输层和感知控制层。
感知控制层一般包括rfid感应器、传感器网关、接入网关、rfid标签、传感器节点、智能终端等，网络传输层包括无线传感器网络、移动通信网络、互联网、信息中心、网管中心等；软件应用服务层是为了管理、维护物联网以及为完成用户的某种特定任务而编写的各种程序的总和。
物联网导论习题集与答案解析
物联网导论习题第一章物联网概论一、术语辨析从给出的26个定义中挑出20个，并将标识定义的字母填在对应术语前的空格位置。
1、HARPANET2、J泛在计算3、BITU4、G智能家居5、KCPS6、NVPN7、O网关8、E智能环保9、Q应用层协议10、AAuto－ID实验室11、Y公共效劳平台12、L物联网13、INII14、T系统集成与软件开发产业15、Z战略性新兴产业16、W信息处理技术17、M承载网18、R物联网网络体系构造19、D欧盟委员会20、PTCP/IP协议A、提供利用射频标签〔RFID、,互联网，构建物联网的概念与解决方案的研究机构。
B、在2005年发布?InternetofThings?年度报告的国际组织。
C、提出智慧地球概念的IT企业。
D、2021年提出加强物联网管理，保护隐私等十项建议与十二项行动方案的组织。
E、包括污染源控制，水质监测，空气监测的一类物联网应用。
F、提出通过IPv6协议将智能手机，RFID标签，传感器等互联组成泛在网的国家。
G、包括家庭网络，家庭安防，家电智能控制，能源智能计量的一类物联网应用。
H、对奠定互联网开展根底起到重大作用的网络。
I、对推动世界各国信息高速公路建立起到重要作用的建立方案。
J、“普适计算〞或“无处不在的计算〞术语的另一种表达。
K、将计算和通信能力嵌入到物理系统，形成信息物理融合系统的技术。
L、实现人与物，物与物互联的智能信息效劳网络系统。
M、为分布式进程通信提供数据传输效劳的传输网的另一种名称。
N、术语“虚拟专用网络〞或“虚拟专网络〞的英文缩写。
O、实现IP网与非IP网互联的网络设备。
P、互联网的核心协议。
Q、规定了物联网应用系统中人与物，物与物之间信息交互过程的协议。
R、物联网网络层次构造模型与各层协议的集合。
S、物联网产业链中的上游产业。
T、物联网产业链中的中游产业。
U、物联网产业链中的下游产业。
V、对网络拓扑，设备与链路状态，设备的硬件和软件配置数据的管理。
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2. 按标签工作模式进行分类
• 主动式RFID标签 —依靠自身能量主动向RFID读写器发送数据 • 被动式RFID标签 —从RFID读写器发送的电磁波中获取能量， 激活后才能够向RFID读写器发送数据 • 半主动式RFID标签— —自身的能量只提供给RFID标签中的电路使 用，并不主动向RFID读写器发送数据；当它 接收到RFID读写器发送的电磁波激活之后， 才向RFID读写器发送数据
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2.5 RFID应用系统结构与组成
2.5.1 RFID应用系统结构
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2.5.2 RFID标签封装与编码/打印设备
1. RFID标签封装与编码/打印设备的基本功能
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2. 大型的仓库RFID标签编码/打印设备的应用 手工粘贴RFID标签工作流程
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5. 按封装材料进行分类 • 纸质封装RFID标签 • 塑料封装RFID标签 • 玻璃封装RFID标签
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6. 按标签封装的形状进行分类 • 粘贴在标识物上的薄膜型的自粘贴式标签 • 用户携带、类似于信用卡的卡式标签 • 封装成能够固定在车辆或集装箱上的柱型标签 • 封装在塑料扣中，用于动物耳标的扣式标签 • 封装成钥匙扣中，用于随身携带的身份标识标签 • 封装在玻璃管中，用于人或动物的植入式标签
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《物联网工程导论》
吴功宜 吴英 编著
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第2章 RFID与物联网应用
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第 2 章 知 识 点 结 构
自动识别技术的发展
RFID基本概念
RFID基本工作原理
RFID标签结构与分类
RFID应用系统组成与结构
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2. 2 条形码简介
2.2.1. 条形码的特点
• 条形码是将宽度不等的多个黑条（或黑块）和空白， 按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形 标识符 • 常见的一维条形码是由黑条（简称条）和白条（简称 空）排成的平行线图案 • 条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、 生产日期，以及图书分类号、邮件起止地点、类别、 日期等信息 • 在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多 领域都得到了广泛的应用
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签身份识别与标签数据传输解密/解密问题 标签数据传输错误问题 多标签读取过程中的“碰撞”问题 有源标签电源状态管理问题 标签与天线位置对读写效果的影响
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• RFID应用系统结构
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2.6 RFID标签编码标准* 2.6.1 RFID编码标准研究的必要性
• 在RFID应用系统中，要使每一件物体的信息在生产加 工、市场流通、客户购买与售后服务过程中，都能够 被准确地记录下来，就必须形成全球统一的、标准的、 唯一能够准确标识各国、各个企业生产的各个产品的 电子编码标准 • RFID技术广泛应用的基础是：RFID标签编码的标准 化与RFID标签体系的建立 • 目前最有影响的标准主要有： —EPC Global RFID标准 —UID RFID标准 —ISO/IEC RFID标准
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2.6.3 EPC编码体系
EPC编码体系特点：兼容性/全面性/科学性 EPC码由四个数字字段组成： • 版本号：表示产品编码所采用的EPC版本 • 域名管理：标识生产厂商 • 对象分类：标识产品类型 • 序列号：标识每一件产品 EPC编码长度分为三种：64位、96位与256位 EPC-96 I型编码标准字段结构与意义
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• 自动编码、打印、张贴RFID标签工作流程
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2.5.3 RFID标签读写器
1. RFID标签读写器的基本功能 • 各种类型的RFID标签读写器
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读写器的主要功能： • 读写器与RFID标签之间的通信 • 读写器与计算机之间的通信 • 能够实现在有效读写区域内实现对多个RFID 标签同时读写的能力 • 能够对固定或移动RFID标签进行识别与读写 • 能够校验读写过程中错误信息 • 能够识别有源RFID标签与电池相关的电量信 息
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3. 按标签读写方式进行分类
• 只读式RFID标签 —只读标签 —一次性编程只读标签 —可重复编程只读标签 • 读写式RFID标签
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4. 按标签工作频率进行分类
• 低频RFID标签 • 中高频RFID标签 • 超高频与微波段RFID标签 ETC应用场景
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（3）半主动RFID标签 • 半主动式RFID标签继承了无源标签体积小、 重量轻、价格低、使用寿命长的优点，内置的 电池在没有读写器访问的时候，只为芯片内很 少的电路提供电源 • 只有在读写器访问时，内置电池向RFID芯片 供电，以增加标签的读写距离较远，提高通信 的可靠性 • 半主动式RFID标签一般用在可重复使用的集 装箱和物品的跟踪上
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2.2.3 二维条形码的特点
• 二维条形码是在水平和垂直方向的二维空间存储信息 • 优点：信息容量大、译码可靠性高、纠错能力强、制 作成本低、保密与防伪性能好 一维条形码与二维条形码火车票的比较
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2. 3 磁卡与IC卡的应用 2.3.1 磁卡的应用 磁卡与磁卡读写器结构
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2.3.2 IC卡的特点与应用
• IC卡也叫做智能卡，它是通过在集成电路芯片中写有 数据来进行识别的
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2.4 RFID基础知识
2.4.1 RFID标签的基本概念 • RFID是利用无线射频信号空间耦合的方式，实现无 接触的标签信息自动传输与识别的技术 • RFID标签又称为“电子标签”或“射频标签”
标签封装
标签打印
标签读写器
中间件
RFID标签标准*
EPC编码体系
UID编码体系
ISO/IEC RFID标准体系
我国RFID标准体系 研究与发展
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2.1 自动识别技术的发展背景 • 数据采集与自动识别技术分类
数据采集方法 数据手工采集 数据自动采集 条形码 一维条形码 二维条形码 磁卡 IC卡 射频标签RFID
EPC码 EPC码结构 01 版本号（8位） 0010A80 域名管理（28位） 0018F 对象分类（24位） 0010ADB08 序列号（36位）
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2. 读写器的分类 （1）移动式读写器 • 移动式读写器适用于仓库盘点、现场货物清查、图书 馆书架清点、动物识别、超市购货付款、医疗保健等 应用场合 • 手持便携式读写器一般带有液晶显示屏，配置有键盘 来进行操作和数据输入，可以通过各种有线或无线接 口，与高层计算机实现通信 • 移动式读写器是一种嵌入式系统，它将天线与读写模 块集成在一个手持设备中 • 移动式读写器一般使用在低频、中高频、超高频段 • 是否是只读式或读/ 写式，以及内存的大小需要根据应 用的需求确定
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2.6.2 EPC Global RFID标准 美国MIT Auto-ID 实验室EPC研究的核心思想是：
• 为每一个产品分配一个唯一的电子标识符— EPC码 • EPC码存储在RFID标签的芯片中 • 通过无线数据传输技术，RFID读写器可以通 过非接触的方式自动采集到EPC码 • 连接在互联网中的服务器可以完成对EPC码所 涵盖内容的解析
按封装材料分类
纸质RFID标签 塑料RFID标签 玻璃RFID标签
按封装形状分类
薄膜粘贴RFID标签 卡式RFID标签 柱形RFID标签 扣式RFID标签 身份识别RFID标签 植入式RFID标签
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1. 按标签供电方式进行分类 • RFID标签可以分为：无源RFID标签和有源RFID标签
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（2）主动式RFID标签工作原理 • 主动式RFID标签也叫做“有源RFID标签” • 处于远场的有源RFID标签由内部配置的电池 供电 • 从节约能源、延长标签工作寿命的角度，有源 RFID标签可以不主动发送信息 • 当有源标签接收到读写器发送的读写指令时， 标签才向读写器发送存储的标识信息 • 有源标签工作过程就是读写器向标签发送读写 指令，标签向读写器发送标识信息的过程
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2.4.2 RFID基本工作原理
1. RFID标签结构
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2. 理解RFID基本工作原理的电磁学基础 • 法拉第电磁感应定律实验
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3. RFID标签工作原理
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（1）被动式RFID标签工作原理
• 被动式RFID标签也叫做“无源RFID标签” • 无源RFID标签接近读写器时，标签处于读写器天线辐 射形成的近场范围内 • RFID标签天线通过电磁感应产生感应电流，感应电流 驱动RFID芯片电路 • 芯片电路通过RFID标签天线将存储在标签中的标识信 息发送给读写器，读写器天线再将接收到的标识信息 发送给主机 • 无源标签工作过程就是读写器向标签传递能量，标签 向读写器发送标签信息的过程 • 读写器与标签之间能够双向通信的距离称为“可读范 围”或“作用范围”