物联网和RFID简介

发布时间:2021-05-09   来源:文档文库   
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物联网与RFID简介

. 概念

物联网是新一代信息技术的重要组成部份。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义,物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间,进行信息互换和通信。因此,物联网的概念是:通过射频识别(RFID、红外感应器、全世界定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与互联网相连接,进行信息互换和通信,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。
物联网的英文名称为"The Internet of Things” ,简称:IOT。物联网通过传感器、射频识别技术、全世界定位系统等技术,实时收集任何需要监控、连接、互动的物体或进程,收集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各类需要的信息,通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在链接,实现对物品和进程的智能化感知、识别和管理。联网是通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用,被称为继运算机、互联网以后世界信息产业进展的第三次浪潮。与其说物联网是网络,不如说物联网是业务和应用,物联网也被视为互联网的应用拓展。因此应用创新是物联网进展的核心,以用户体验为核心的创新是物联网进展的灵魂
简单来讲,物联网能够看做是能让所有的物品都能上网的一种新技术。 物”的涵义
这里的“物”要知足以下条件才能够被纳入“物联网”的范围: 一、要有相应信息的接收器; 二、要有数据传输通路; 3、要有必然的存储功能; 4、要有CPU 五、要有操作系统; 六、要有专门的应用程序; 7、要有数据发送器; 八、遵循物联网的通信协议;


九、活着界网络中有可被识别的唯一编号。

. 原理
物联网是在运算机互联网的基础上,利用RFID、无线数据通信等技术,构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在那个网络中,物品(商品能够彼此进行“交流”,而无需人的干与。其实质是利用射频自动识别(RFID技术,通过运算机互联网实现物(商品的自动识别和信息的互联与共享。

物联网中超级重要的技术是射频识别(RFID)技术。RFID是射频识别(Radio Frequency Identification)技术英文缩写,是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术,是目前比较先进的一种非接触识别技术。以简单RFID系统为基础,结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等,构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的,比Internet更为庞大的物联网成为RFID技术进展的趋势。

RFID,正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构思中,RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息,通过无线数据通信网络把它们自动收集到中央信息系统,实现物品(商品的识别,进而通过开放性的运算机网络实现信息互换和共享,实现对物品的“透明”管理。
物联网产业链能够细分为标识、感知、处置和信息传送四个环节,每一个环节的关键技术别离为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。

. 核心内容 RFID
什么是RFID技术

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作不必人工干与,可工作于各类恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。

RFID是一种简单的无线系统,只有两个大体器件,该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。


RFID的分类
RFID按应用频率的不同分为低频LF高频HF超高频UHF微波MW
相对应的代表性频率别离为:低频135KHz以下、高频、超高频860M~960MHz、微波,

RFID依照能源的供给方式分为无源RFID有源RFID和半有源RFID无源RFID写距离近,价钱低;有源RFID能够提供更远的读写距离,可是需要电池供电,本钱要更高一些,适用于远距离读写的应用处合。无源RFID 的电子标签上不带电池,其工作所需要的全数电源都依托转换接收到的阅读器发送的电磁波而取得,所以其阅读器的发射功率一般较大。与之相反,有源RFID的电子标签自身具有电池,可提供全数器件工作的电源,因此相应阅读器的发射功率要求不,而且有效阅读距离也较前者有所增加。有源标签:大,价钱贵,而且因为是用电池的,寿命相对短。无源标签:小,价钱廉价,寿命长。

RFID的大体组成部份?
RFID标签俗称电子标签,也称应答器(tag, transponder, responder,按照工作方式可分为主动式(有源)和被动式(无源)两大类,被动式RFID标签由标签芯片和标签天线或线圈组成,利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通信。RFID标签中存储一个唯一编码,一般为64bits96bits乃至更高,其地址空间大大高于条码所能提供的空间,因此能够实现单品级的物品编码。当RFID标签进入读写器的作用区域,就可以够按照电感耦合原理(近场作用范围内)或电磁反向散射耦合原理(远场作用范围内)在标签天线两头产生感应电势差,并在标签芯片通路中形成微弱电流,若是那个电流强度超过一个阈值,就将激活RFID标签芯片电路工作,从而对标签芯片中的存储器进行读/写操作,微控制器还能够进一步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能。RFID标签芯片的内部结构主要包括射频前端、模拟前端、数字基带处置单元和EEPROM存储单元四部份。

读写器也称阅读器、询问器(reader, interrogator,是对RFID标签进行读写操作的设备,主要包括射频模块和数字信号处置单元两部份。读写器是RFID系统中最重要的基础设施,一方面,RFID标签返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块中转换为数字信号,再通过读写器的数字信号处置单元对其进行必要的加工整形,最后从中解调出返回的信息,完成对RFID标签的识别或读/写操作;另一方面,上层中间件及应用软件与读写器进行交互,实现操作指令的执行和数据汇总上传。在上传数据时,读写器会对RFID标签原子事件进行去重过滤或简单的条件过滤,将其加工为读写器事件后再上传,以减少与中间件及应用软件之间数据互换的流量,因此在很多读写器中还集成了微处置器和嵌入式系统,实现一部份中间件的功能,如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等。未来的读写器呈现出智能化、小型化和集成化趋势,还将具有加倍壮大的前端控制功能,例如直接与工业现场
的其它设备进行交互乃至是作为控制器进行在线调度。在物联网中,读写器将成为同时具有通信、控制和计算(communication, control, computing)功能的C3核心设备。

天线antennaRFID标签和读写器之间实现射频信号空间传播和成立无线通信连接的设备。RFID系统中包括两类天线,一类是RFID标签上的天线,由于它已经和RFID标签集成为一体,另一类是读写器天线,既可之内置于读写器中,也能够通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。目前的天线产品多采用收发分离技术来实现发射和接收功能的集成。天线在RFID系统中的重要性往往被人们所轻忽,在实际应用中,天线设计参数是影响RFID系统识别范围的主要因素。高性能的天线不仅要求具有良好的阻抗匹配特性,还需要按照应用环境的特点对方向特性、极化特性和频率特性等进行专门设计。

中间件(middleware)是一种面向消息的、能够同意应用软件端发出的请求、对指定的一个或多个读写器发起操作并接收、处置后向应用软件返回结果数据的特殊化软件。间件在RFID应用中除能够屏蔽底层硬件带来的多种业务场景、硬件接口、适用标准造成的靠得住性和稳固性问题,还能够为上层应用软件提供多层、散布式、异构的信息环境下业务信息和管理信息的协同。中间件的内存数据库还能够按照一个或多个读写器的读写器事件进行过滤、聚合和计算,抽象出对应用软件成心义的业务逻辑信息组成业务事件,以知足来自多个客户端的检索、发布/定阅和控制请求。

应用软件(application software)是直接面向RFID应用最终用户的人机交互界面,协助利用者完成对读写器的指令操作和对中间件的逻辑设置,逐级将RFID原子事件转化为利用者能够理解的业务事件,并利用可视化界面进行展示。由于应用软件需要按照不同应用领域的不同企业进行专门制定,因此很难具有通用性。从应用评价标准来讲,利用者在应用软件端的用户体验是判断一个RFID应用案例成功与否的决定性因素之一。

RFID技术的大体工作原理:
RFID技术的大体工作原理并非复杂:标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所取得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag,无源标签或被动标签),或主动发送某一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签);解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处置。
一套完整的RFID系统, 是由阅读器(Reader与电子标签(TAG也就是所谓的应答器(Transponder及应用软件系统三个部份所组成, 其工作原理是Reader 发射一特定频率的无线电波能量给Transponder, 用以驱动 Transponder电路将内部的数据送出,现在 Reader 便
依序接收解读数据, 送给应用程序做相应的处置。

RFID工作频率特征:

一、低频(125KHz134KHz
其实RFID技术第一在低频取得普遍的应用和推行。该频率主如果通过电感耦合的方式进行工作, 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用.通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流,可作供电电压利用. 磁场区域能够专门好的被概念,可是场强下降的太快。

特性:

1. 工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz134KHz, TI 的工作频率为。该频段的波长大约为2500m.
2. 除金属材料影响外,一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。 3. 工作在低频的读写器在全世界没有任何特殊的许可限制。

4.低频产品有不同的封装形式。好的封装形式就是价钱太贵,可是有10年以上的利用寿命。

5.虽然该频率的磁场区域下降专门快,可是能够产生相对均匀的读写区域。 6.相对于其他频段的RFID产品,该频段数据传输速度比较慢。 7.感应器的价钱相对与其他频段来讲要贵。
低频段射频标签,其工作频率范围为30kHz300kHz。典型工作频率有125KHz133KHz。低频标签一般为无源标签,其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中取得。低频标签与阅读器之间传送数据时,低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情形下小于1米。长处是标签靠近金属或液体的物品时标签受到影响较小,同时低频系统超级成熟,读写设备价钱低廉。 可是缺点是读取距离短、无法同时进行多标签读取(抗冲突和信息量较低,一般存储容量在128位到512位。主要应用于门禁系统、动物芯片、汽车防盗器和玩具等。虽然低频系统成熟,读写设备价钱低廉,可是由于其谐振频率低,标签需要制作电感值专门大的绕线电感,并常常需要封装片外谐振电容,其标签的本钱反而比其他频段高。

二、高频(工作频率为

在该频率的感应器再也不需要线圈进行绕制,能够通过侵蚀活着印刷的方式制作天
线。感应器一般通过负载调制的方式进行工作。也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生转变,实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。若是人们通过数据控制负载电压的接通和断开,那么这些数据就可以够从感应器传输到读写器。

特性:

1. 工作频率为,该频率的波长可能为22m

2. 除金属材料外,该频率的波长能够穿过大多数的材料,可是往往会降低读取距离。感应器需要离开金属一段距离。

3. 该频段在全世界都取得认可并无特殊的限制。 4. 感应器一般以电子标签的形式。

5. 虽然该频率的磁场区域下降专门快,可是能够产生相对均匀的读写区域。 6. 该系统具有防冲撞特性,能够同时读取多个电子标签。 7. 能够把某些数据信息写入标签中。 8. 数据传输速度比低频要快,价钱不是很贵。
典型工作频率为。该频段的射频标签,因其工作原理与低频标签完全相同,即采用电感耦合方式工作。高频标签的阅读距离一般情形下也小于1米。那个频段中最大应用就是咱们所熟知的非接触式智能卡。和低频相较较,起传输速度更快,而且能够进行多标签识别。频段得益于非接触式智能卡的应用和普及,系统也比较成熟,读写设备的价钱较低。产品丰硕,存储容量从128位到8k都有,而且能够支持很高的安全特性。普遍应用于电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)、小区物业管理、大厦门禁系统安全性要求较高的RFID应用,目前该频段是唯一选择。

三、超高频(工作频率为860MHz960MHz之间

超高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是专门快,可是读取的区域不是专门好进行概念。该频段读取距离比较远,无源可达10m左右。主如果通过电容耦合的方式进行实现。

特性:

1 在该频段,全世界的概念不是很相同-欧洲和部份亚洲概念的频率为868MHz北美概念的频段为902905MHz之间,在日本建议的频段为950956之间。该频段的波长可能为30cm左右。


2 目前,该频段功率输出目前统一的概念(美国概念为4W欧洲概念为500mW 可能欧洲限制会上升到2W EIRP

3 超高几回段的电波不能通过许多材料,专门是水,尘埃,雾等悬浮颗粒物资。相对于高频的电子标签来讲,该频段的电子标签不需要和金属分开来。

4 电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计,知足不同应用的需求。

5 该频段有好的读取距离,可是对读取区域很难进行概念。 6 有很高的数据传输速度,在很短的时刻能够读取大量的电子标签。

那个频段通过电磁波方式进行能量和信息的传输,主动式和被动式的应用在那个频段都很常见,被动式标签读取距离约为3-10米,传输速度较快,一般也可达100kbps,而且因为天线能够采用蚀刻或印刷的方式制造,因此本钱相对较低。由于读取距离较远、信息传输速度较快,而且能够同时进行大数量标签的读取和辩识,因此特别适用于物流和供给链管理等领域,可是那个频段的缺点是在金属和液体物品上的应用较不睬想,同时系统还不成熟,读写设备超级昂贵,应用和保护本钱也很高,同时该频段的安全特性一般,不适合安全性要求高的应用领域。


. 微波
利用频段为1GHz以上,常见规格有、。微波频段的特性与应用与超高频相似、读取距离约为2公尺,可是对于环境敏感性较高,由于其频率高于超高频,标签的尺寸能够做的比超高频更小,但水对该频段信号的衰减更高,同时工作距离也比超高频更小。
一般应用于行李追踪,物品管理、供给链管理等处。

目前RIFD的一些应用
目前RFID的应用系统主要有:户籍管理,门禁,交通管理,防伪和物流这些方面。 户籍管理中,此刻咱们所利用的二代身份证就是采用HFRFID技术,遵循的是ISO14443际标 的读方式HF,遵ISO14443标准,也有采用ISO15693行业标准的。交通管理中,例如停车场管理,不断车收费等,一般都采用UHF读写器,因为如此的读写距离比较远,比较适合车辆管
理,采用的是ISO18000-6。另外还有集装箱管理、包裹管理等。


RFID产业链:
随着RFID技术的普遍应用,专门是非接触公交卡、校园卡等项目在各地的推行,培育了一批芯片、封装、读写终端和系统集成厂商。这些国内厂商已经掌握了成熟的技术,初步形成了国内的RFID产业链。

RFID产业链主要由以下几个部份组成:标准制定、芯片设计、标签封装(含天线设计)识别系统设计与生产、系统集成与管理软件开发。下面从这几个方面介绍国内外RFID产业链的现状。

标准制定
RFID统一国际标准:ISO/IEC 144443ISO/IEC 15693.
UHF、微波频段尚未明确统一的国际标准,主要有ISO/IEC18000EPC Global标准和UID标准. 我国已成立新的RFID国家标准起草组,并正在踊跃成立中国自主的RFID标准。

芯片设计
RFID芯片设计上,国内芯片公司的起步较晚,通用芯片的设计和制造技术掌握在国外飞利浦(Phillips、德州仪器(TIAmtech公司等公司。目前国内主要的RFID片厂商集中在北京上海两地,代表企业有:

北京:中电华大电子设计有限责任公司、大唐微电子、清华同方微电子有限公司 上海:复旦微电子股分有限公司、上海华虹集成电路有限公司、上海贝岭股分有限公司 目前,国内的芯片公司已经完全掌握了 RFID芯片的设计技术,并能提供相应的读写机具芯片。在国内公交卡、校园卡等 RFID市场上,复旦微电子、上海华虹等公司都推出了一系列成熟的RFID产品,并在和国外大公司的平等竞争中取得愈来愈多的市场份额。

UHF 和更高频段的RFID芯片设计上,国内各芯片厂商均高度关注,但策略不一。部份厂商处于观望阶段,部份厂家则已经进入或预备进入开发UHF 频段的RFID芯片。复微电子已于2004 年开发出支持EPC Class0 准的产品2005 年末将推出支ISO18000-6B 标准的产品。


标签封装(含天线设计)

在国内,由于RFID的应用最主要仍是以卡片的形式出现(如中国第二代居民身份证、公交卡等),通过连年的进展,RFID卡片形式的封装技术已经超级成熟。在封装方面的企业有:深圳市远望谷信息技术股分有限公司、华中理工大学机电工程公司、北京海达利薄膜开关有限责任公司、上海长丰智能卡公司、上海伊诺尔信息技术有限公司等。

在天线制作方面的企业有:北京中安特科技有限公司、上海浦江智能卡系统有限公司、黄石捷德万达金卡有限公司等。
在电子标签电池方面,有深圳信湖新能源科技有限公司等。
识别系统设计与生产
目前国内在 RFID的识别系统(读卡机具)设计与生产方面技术成熟,拥有大量的厂商与产品,有着较强的竞争力;而相较之下,在UHF 频段上的厂商、产品不多,技术实力和国外厂商差距较大。代表的企业有:

RFID识别系统:深圳市明华澳汉科技股分有限公司、天津环球磁卡股分有限公司、海邮通实业进展有限公司、上海华虹计通智能卡系统有限公司、上海良标智能终端股分有限公司、北京聚利科技有限公司、珠海亿达科技电子工业有限公司、上海强生科技进展公司、哈尔滨新中新电子股分有限公司、广东三九智慧电子有限公司
UHF RFID识别系统:深圳市远望谷信息技术股分有限公司


系统集成与系统软件开发与识别系统设计
与生产相同, UHF 频段RFID的系统集成也呈现出较大的不均衡: RFID的系统集成技术成熟,厂商众多;UHF RFID系统集成厂商不多,技术实力与国外厂商有必然的差距。代表的企业有:

RFID系统集成:上海华腾软件系统、珠海亿达科技电子工业有限公司、上海华虹计通智能卡系统有限公司、哈尔滨新中新电子股分有限公司、北京北控软件有限公司……

UHF RFID系统集成:北京维深电子技术有限公司、哈尔滨威克科技股分有限公司。

目前,国内的系统集成厂商具有必然的大型系统的集成能力,但利用的还主如果国外的软件产品。RFID系统软件处置和分析由RFID系统产生的大量数据,提供用户真正有效的信息,是关系到RFID可否顺利推行的关键环节,也是未来RFID产业价值链上最高的一段。和国外大型软件公司尽力进行RFID系统软件开发相较,国内软件公司相对很少介入RFID系统软件开发,在这一点上,国内的能力与国外相差专门大。


中国在LFHF频段RFID标签芯片设计方面的技术比较成熟,HF频段方面的设计技术接近国际先进水平,已经自主开发出符合ISO14443 Type AType BISO15693标准的RFID芯片,并成功地应用于交通一卡通和中国二代身份证等项目,与国际主要的差距存在于片上天线与芯片的集成上,目前国内尚未相应的产品应用。国内在UHF和微波频段的标签芯片设计方面起步较晚,目前已经掌握UHF频段RFID标签芯片的设计技术,部份公司和研究机构已经研发出标签芯片的样片,但尚未实现量产。国内在UHF频段读写器RF片和系统芯片(SOC)的设计方面也具有必然的基础,但目前产品仍主要依赖于入口。在微波频段(及),国内有部份应用在公路不断车收费项目中,相对于国外在这两个频段的技术水平,国内的研究还处于起步阶段,尚无相应产品。


目前,在芯片设计领域,国内的芯片公司已经完全把握了 RFID芯片的设计技术,并能提供相应的读写机具芯片。如上海复旦微电子,已推出多款经典关于RFID标签芯片和读写器芯片方面产业化产品,并在和国外大公司的竞争中取得愈来愈多的市场份额。 UHF和更高频段的RFID芯片设计上,国内各芯片厂商均高度关注,但策略不一,部份厂商处于观望阶段,部份厂家则已经进入或预备进入开发UHF频段的RFID芯片。据报导,目前上海坤锐电子已推出我国第一个产业化EPC Gen2电子标签芯片,使我国RFID企业在UHF标签芯片领域的研发能力有了提高。在电子标签方面,目前我国已经开发出国产UHFHF电子标签,专门是HF已经比较成熟地实现了规模化的量产,取得普遍应用,如北京亚仕同方在RFID标签高质量化、低本钱方面已取得必然的功效。另外,国内有多家机构在开展具有独立自主知识产权的电子标签封装装备与技术的研发,主要有华中科技大学,深圳惠田科技公司等。在软件与系统集成方面,目前国内有超过200多家企业,研究机构,大学等从事RFID中间件,RFID数据管理,RFID公共信息服务网络及其应用软件的开发。如清华同方、北京东方励格公司、中科院自动化所、东软股分、中电科技、捷顺股分、北京大学等。我国与UHF频段RFID的系统集成呈现着较大的不均衡,而且国内的系统集成厂商虽具有必然的大型系统的集成能力,但利用的核心产品还主如果国外的。我国在RFID软件应用方面还处于弱势地位,但诸如上海科识通、深圳立格、上海盛锐、青岛中科恒信等单位都在尽力中。北京航空航天大学本课题组在RFID产业链的相关产品研发及关键技术研究中也做出了很多的尽力,在终端机具、天线及物联网关键技术方面取得了必然的功效,尤其是915M RFID天线技术、高速公路不断车收费(ETC)中的读写器及天线设计和双频RFID标签设
计等。




本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/ed27eda9cd84b9d528ea81c758f5f61fb6362870.html

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