物联网第一次作业

Posted 2020-09-02

一、RFID的原理及系统组成
　　RFID的原理是利用发射无线电波讯号来传送资料，以进行无接触式的资料辨识与存取，可达到身份及物品识别或信息存储的功能。RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，系统的组成会有所不同，但从RFID系统的工作原理来看，系统一般都由射频卡、读卡器两部分组成。下面分别加以说明：
　　（一）射频卡
　　射频卡是RFID系统的精髓，射频卡一般由内部天线、IC芯片组成，IC芯片中记录着ID信息，读写芯片的IC还配有可存储数据的扇区，通过无线方式与读卡器通讯，实现数据的读取和写入。射频卡进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号，阅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理。
　　从读取方式来分类射频卡类型分为三种：自动式，半被动式和被动式。自动式射频卡一般配有电池，靠自身的能量发送信息数据，这种读卡器能够读写的距离很远，理论上可以达到几百米，便于远距离通讯，如目前市场常用的2.4G卡就属于自动式的射频卡。[nextpage]
　　被动式是卡内没有电池作为能量，需要在射频卡接近读卡器时接收读卡器的电磁波产生能量驱动IC芯片工作，实现数据传送和读写，被动式射频卡运用无线电波进行操作和通信，信号必须在识别器允许的范围内，这类标记适合于中短距离信息识别，一般在15米之内，当前市场使用较多的915MHZ卡、13.56MHZ和125KHZ的卡基本都属于被动式射频卡。半被动式的工作模式是读卡器触发，但射频卡的能量由自身提供，如目前市场上的433MHZ读卡器(就是市场上所说的蓝牙读卡器)就属于半被动式射频卡。
　　射频识别系统中射频卡与读写器之间的作用距离是射频识别系统应用中的一个重要问题，通常情况下这种作用距离定义为射频标签与读写器之间能够可靠交换数据的距离。射频识别系统的作用距离是一项综合指标，与射频标签及读写器的配合情况密切相关。
　　根据射频识别系统作用距离的远近情况，射频标签天线与读写器天线之间的耦合可分为三类：密耦合系统、遥耦合系统、远距离系统。
　　密耦合系统：密耦合系统的典型读取距离范围从0~1cm。实际应用中，通常需要将射频标签插入阅读器中或将其放置到读写器的天线的表面。密耦合系统利用的是射频标签与读写器天线无功近场区之间的电感耦合(闭合LC磁路)构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。密耦合系统的工作频率一般局限在30MHz以下的任意频率。由于密耦合方式的电磁泄露很小、耦合获得的能量较大，因而可适合要求安全性较高，作用距离无要求的应用系统，如在一些安全要求较高的门禁系统。
　　遥耦合系统：遥耦合系统的典型读取距离可以达到1m。遥耦合系统又可细分为近耦合系统(典型作用距离为15cm)与疏耦合系统(典型作用距离为1m)两类。遥耦合系统利用的是射频标签与读写器天线无功近场区之间的电感耦合(闭合LC磁路)构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。遥耦合系统的典型工作频率为125KHZ和13.56MHz，也有一些其他频率，如6.75MHz、27.125MHz等，只是这些频率在使用中并不常见。遥耦合系统目前仍然是低成本射频识别系统的主流，其读卡方便，成本较低，使其广泛应用在门禁、消费、考勤及车辆管理中。
　　远距离系统：远距离系统的典型读取距离从1m到15m，有的甚至可以达到上百米的读取距离。所有的远距离系统均是利用射频标签与读写器天线辐射远场区之间的电磁耦合(电磁波发射与反射)构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。
　　
　　（二）读卡器
　　在RFID系统中，根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，读卡器的复杂程度也显著不同的。读卡器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，读卡器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。读卡器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达读卡器的信息被正确的接收和译解后，读卡器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次，或者知道发射器停止发信号，这就是"命令响应协议"。使用这种协议，即便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签，也可以有效地防止误读的产生。一般读卡器要和射频卡对应使用，同时读卡器还要配合相应的控制和运算设备，如一般读卡器都需配置相应的控制器，读卡器和控制器之间的通讯方式常见的有RS485、W26、W34、RS232等，主要是要将读取的数据传动到控制器，以便实现更加复杂通讯、识别与管理。
　　每个读卡器都必须配有天线，天线是射频卡与读卡器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中，除了系统功率，天线的形状大小和相对位置也会影响数据的发射和接收，周围的电磁场都会对读写距离产生巨大影响，在实际使用中要充分考虑现场环境的干扰。

二、RFID系统应用
　　许多行业都运用了射频识别技术。将标签附着在一辆正在生产中的汽车，厂方便可以追踪此车在生产线上的进度。仓库可以追踪药品的所在。射频标签也可以附于牲畜与宠物上，方便对牲畜与宠物的积极识别(积极识别意思是防止数只牲畜使用同一个身份)。射频识别的身份识别卡可以使员工得以进入锁住的建筑部分，汽车上的射频应答器也可以用来征收收费路段与停车场的费用。
　　某些射频标签附在衣物、个人财物上，甚至于植入人体之内。由于这项技术可能会在未经本人许可的情况下读取个人信息，这项技术也会有侵犯个人隐私忧患。
　　九十年代射频识别使用在门禁系统中首先进入台湾市场，继而进入中国市场，如今RFID技术已经被广泛应用于各个领域，从门禁管理、人员考勤、消费管理、车辆管理、巡更管理、生产管理、物流管理，皆可以见到其踪迹，二代身份证全面选用13.56MHZ的射频IC卡更是对RFID技术的推进，银行卡也开始逐步使用射频卡来代替原来的磁条卡，到今天RFID技术已经彻底融入我们生活的每一个角落。
　　RFID技术广泛应用于通讯传输、工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理和身份认证等多个领域，而在仓储物流管理、生产过程制造管理、智能交通、网络家电控制等方面也有较大的发展空间。