第第3章章 无线射频识别技术无线射频识别技术 主要内容：主要内容：RFID在生活中的应用在生活中的应用 第二代身份证非接触式第二代身份证非接触式IC卡技术阅读器卡技术阅读器 ，内置，内置RFID芯片，两公里内接收芯片，两公里内接收犯罪分子行踪犯罪分子行踪 第二代身份证第二代身份证3.1 RFID概述概述l1.什么是什么是RFID？l无线射频识别技术简称无线射频识别技术简称RFID是一种利用是一种利用无线电波进行非接触双向通信的自动识别技术。无线电波进行非接触双向通信的自动识别技术。l射频卡具有非接触、工作距离长、适于恶劣环射频卡具有非接触、工作距离长、适于恶劣环境、可识别运动目标等优点。境、可识别运动目标等优点。 l40年代：雷达的改进和应用催生了年代：雷达的改进和应用催生了RFID技术，技术，1948年奠定了年奠定了RFID技术的理论根底。技术的理论根底。RFID技技术最早用于战机的敌我识别系统。术最早用于战机的敌我识别系统。l50年代：早期年代：早期RFID技术的探索阶段，主要处于技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。实验室实验研究。l60年代：年代：RFID技术的理论得到了开展，开始小技术的理论得到了开展，开始小范围试验性应用。范围试验性应用。3. RFID的特点的特点l无源远距离读写：无源远距离读写：可达可达1- 10米米。 l防冲撞技术：与条形码相比，无防冲撞技术：与条形码相比，无须直线对准扫描，读写速度快，须直线对准扫描，读写速度快，可多目标识别、可多目标识别、运动中识别运动中识别，每，每秒可同时识别秒可同时识别 100 个以上。个以上。l防水、防磁、耐高温防水、防磁、耐高温。可在恶劣。可在恶劣环境下使用环境下使用 。3. RFID的特点的特点l可反复读写并能根据用户需要锁定重要信息。可反复读写并能根据用户需要锁定重要信息。l灵活的内部存储空间：厂家可以根据各自的需要定义各灵活的内部存储空间：厂家可以根据各自的需要定义各型号产品的存储容量，而且读写设备可以读取内存配置型号产品的存储容量，而且读写设备可以读取内存配置信息，便于在一个综合应用中操作不同的标签产品。信息，便于在一个综合应用中操作不同的标签产品。l使用寿命长使用寿命长 10 年或读写年或读写 10 万次，无机械磨损、万次，无机械磨损、无机械故障，可在恶劣环境下使用。工作温度：无机械故障，可在恶劣环境下使用。工作温度：-25 +70 。3. RFID的特点的特点l柔性封装，封装多样化，超薄和多种大小不一柔性封装，封装多样化，超薄和多种大小不一的外型，使电子标签能封装在纸张、塑胶制品，的外型，使电子标签能封装在纸张、塑胶制品，可应用于可应用于不同场合不同场合，也可多层压制卡。，也可多层压制卡。l穿透性和无屏障阅读穿透性和无屏障阅读： RFID RFID能够穿透纸张、能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材料，并能够木材和塑料等非金属或非透明的材料，并能够进行穿透性通信。进行穿透性通信。3.2 RFID系统的构成系统的构成lRFID系统主要由两局部组成：读写器和射系统主要由两局部组成：读写器和射频标签。频标签。计算机计算机 网络网络 系统系统 射射 频频 标标 签签 读读 写写 器器lRFIDRFID系统的读写器由三个主要局部组成：系统的读写器由三个主要局部组成：l射频模块射频模块用于发送和接收数据用于发送和接收数据l读写模块读写模块接收射频模块传输的信号，译码接收射频模块传输的信号，译码后获得标签内信息，或将要写入标签的信息译后获得标签内信息，或将要写入标签的信息译码后传给射频模块，完成写标签操作码后传给射频模块，完成写标签操作l天线天线是标签与读写器之间发射和接收射频是标签与读写器之间发射和接收射频载波信号的设备载波信号的设备思考：思考：计算机计算机 网络网络 系统系统 射射 频频 标标 签签 读读 写写 器器视频读写器应具有哪些功能？视频读写器应具有哪些功能？1读写器与标签通信的功能读写器与标签通信的功能2读写器与计算机通信的功能读写器与计算机通信的功能l射频标签相当于条码技术中的条码符号，用来射频标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息。存储需要识别传输的信息。l与条码不同的是标签必须能够自动或在外力的与条码不同的是标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。作用下，把存储的信息主动发射出去。1射频标签构成射频标签构成lRFIDRFID系统的射频标签由射频模块、存储器、控制模块系统的射频标签由射频模块、存储器、控制模块及天线四个主要局部构成。及天线四个主要局部构成。2射频标签的功能射频标签的功能l具有一定容量的存储器，用以存储被识别对象的信具有一定容量的存储器，用以存储被识别对象的信息。息。l在一定的工作环境及技术条件下标签数据可读写。在一定的工作环境及技术条件下标签数据可读写。l具有确定的使用期限，使用期限内无需维修。具有确定的使用期限，使用期限内无需维修。l维持对识别对象的识别及相关信息的完整。维持对识别对象的识别及相关信息的完整。l数据信息编码后，工作时可传输给读写器。数据信息编码后，工作时可传输给读写器。l可编程，且一旦编程后，永久性数据不能再修改。可编程，且一旦编程后，永久性数据不能再修改。l对于有源标签，通过读写器能显示出电池的工作情对于有源标签，通过读写器能显示出电池的工作情况。况。3射频标签的分类射频标签的分类l1按标签获取电能的方式不同按标签获取电能的方式不同l有源射频标签主动式标签有源射频标签主动式标签内部自带电内部自带电池进行供电池进行供电l无源射频标签被动式标签无源射频标签被动式标签不带电池不带电池3射频标签的分类射频标签的分类l2按内部使用存储器类型的不同按内部使用存储器类型的不同l只读标签只读标签一次写入，屡次读出一次写入，屡次读出l可读可写标签可读可写标签允许屡次写入允许屡次写入3射频标签的分类射频标签的分类l3按标签中存储器数据存储能力的不同按标签中存储器数据存储能力的不同l标识标签标识标签l便携式数据文件便携式数据文件l标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定的标识工程，如人、物、地点进行标识，关于的标识工程，如人、物、地点进行标识，关于被标识工程的详细的特定信息，只能在与系统被标识工程的详细的特定信息，只能在与系统相连接的数据库中进行查找。相连接的数据库中进行查找。l便携式数据文件是指标签中存储的数据非常大，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。用户可编程的，如包装说明、工艺过程说明等。根本原理与工作流程根本原理与工作流程l3.3.1 RFID的工作原理的工作原理l阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息被读取器读取并解码后送至电脑主自身编码等信息被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。机进行有关处理。lRFID工作原理图工作原理图RFIDRFID的工作原理的工作原理阅读器阅读器电子标签电子标签写写读读能源能源耦合元件，天线耦合元件，天线l标签与阅读器之间的数据传输标签与阅读器之间的数据传输是是通过空气介质以无线电波的通过空气介质以无线电波的形式进行的。形式进行的。 读写器将设定数据的无线电载波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。信号经过发射天线向外发射。 当射频标签进入发射天线的工作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。身信息代码经天线发射出去。 系统的接收天线接收到射频标签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，送后台电脑信号进行解调解码，送后台电脑控制器。控制器。 计算机控制器根据逻辑运算判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控制，发出指令信号控制执行机构的动作。机构的动作。 执行机构按计算机的指令动作。执行机构按计算机的指令动作。 通过计算机通信网络将各个监通过计算机通信网络将各个监控点连接起来，构成总控信息控点连接起来，构成总控信息平台，根据不同的工程设计不平台，根据不同的工程设计不同的软件来完成要到达的功能。同的软件来完成要到达的功能。3.4 RFID的种类的种类l根据根据RFIDRFID系统完成的功能不同，可以把系统完成的功能不同，可以把RFIDRFID系统系统分成四种类型：分成四种类型：lEASEAS系统系统l便携式数据采集系统便携式数据采集系统l物流控制系统物流控制系统l定位系统定位系统lEAS (Electronic Article Surveillance)是一种设置是一种设置在需要控制物品出入门口的在需要控制物品出入门口的RFIDRFID技术。技术。想一想，一般这种系统想一想，一般这种系统应用在哪些地方？应用在哪些地方？商店、图书馆、数商店、图书馆、数据中心等地方据中心等地方l典型的典型的EASEAS系统一般由三局部组成：系统一般由三局部组成：l 附着在商品上的电子标签，电子传感器。附着在商品上的电子标签，电子传感器。l 电子标签灭活装置，以便授权商品能正常出入。电子标签灭活装置，以便授权商品能正常出入。l 监视器，在出口形成一定区域的监视空间。监视器，在出口形成一定区域的监视空间。l便携式数据采集系统是使用带有便携式数据采集系统是使用带有RFIDRFID阅读器的手持式阅读器的手持式数据采集器采集数据采集器采集RFIDRFID标签上的数据。标签上的数据。l这种系统具有比较大的灵活性，适用于不宜安装固定这种系统具有比较大的灵活性，适用于不宜安装固定式式RFIDRFID系统的应用环境。系统的应用环境。l手持式阅读器手持式阅读器( (数据输入终端数据输入终端) )可以在读取数据的同时，可以在读取数据的同时，通过无线电波数据传输方式实时地向主计算机系统传通过无线电波数据传输方式实时地向主计算机系统传输数据，也可以暂时将数据存储在阅读器中，成批地输数据，也可以暂时将数据存储在阅读器中，成批地向主计算机系统传输数据。向主计算机系统传输数据。l在物流控制系统中，在物流控制系统中，RFIDRFID阅读器分散布置在给定的区阅读器分散布置在给定的区域，并且阅读器直接与数据管理信息系统相连，信号域，并且阅读器直接与数据管理信息系统相连，信号发射机是移动的，一般安装在移动的物体、人上面。发射机是移动的，一般安装在移动的物体、人上面。l当物体、人流经阅读器时，阅读器会自动扫描标签上当物体、人流经阅读器时，阅读器会自动扫描标签上的信息并把数据信息输入数据管理信息系统进行存储、的信息并把数据信息输入数据管理信息系统进行存储、分析和处理，以到达控制物流的目的。分析和处理，以到达控制物流的目的。l定位系统用于自动化加工系统中的定位，以及对车辆、定位系统用于自动化加工系统中的定位，以及对车辆、轮船等进行运行定位支持。轮船等进行运行定位支持。l阅读器放置在移动的车辆、轮船或者自动化流水线中移阅读器放置在移动的车辆、轮船或者自动化流水线中移动的物料、半成品和成品上，信号发射机嵌入到操作环动的物料、半成品和成品上，信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。境的地表下面。l信号发射机上存储有位置识别信息，阅读器一般通过无信号发射机上存储有位置识别信息，阅读器一般通过无线的方式线的方式( (有的采用有线的方式有的采用有线的方式) )连接到主信息管理系统。连接到主信息管理系统。3.5 RFID的应用的应用l高速公路自动收费系统系统特点、工作过程、高速公路自动收费系统系统特点、工作过程、作用作用l城市交通管理城市交通管理高速公路自动收费系统高速公路自动收费系统系统特点：系统特点：车辆高速通过收费站的同时自动完成缴费。车辆高速通过收费站的同时自动完成缴费。工作过程：工作过程： 在距收费口约在距收费口约50100米处，当车辆经过天线时，车上的射频卡被米处，当车辆经过天线时，车上的射频卡被头顶上的天线接收到，判断车辆是否带有有效的射频卡。识读器头顶上的天线接收到，判断车辆是否带有有效的射频卡。识读器指示灯指示车辆进入不同的车道，人工收费口仍维持现有的操作指示灯指示车辆进入不同的车道，人工收费口仍维持现有的操作模式，进入自动收费的车辆，过路费款被自动从用户账户上扣除，模式，进入自动收费的车辆，过路费款被自动从用户账户上扣除，且用指示灯及蜂鸣器告诉司机收费是否完成，不同停车就可通过，且用指示灯及蜂鸣器告诉司机收费是否完成，不同停车就可通过，挡车器将拦下恶意闯入的车辆。挡车器将拦下恶意闯入的车辆。作用：作用：自动完成缴费；自动完成缴费；解决通过瓶颈问题，防止拥堵；解决通过瓶颈问题，防止拥堵；防止了现金结算中贪污路费等问题。防止了现金结算中贪污路费等问题。应用于交通应用于交通 城市交通管理城市交通管理l1.武汉武汉ETC2.厦门厦门让你不走拥堵路让你不走拥堵路l1 1嵌入嵌入RFIDRFID的电子票证。电子票证不易损的电子票证。电子票证不易损毁且防伪性能佳，可屡次使用，减少了资源浪毁且防伪性能佳，可屡次使用，减少了资源浪费，票证中的信息可以修改和实时更新，后台费，票证中的信息可以修改和实时更新，后台系统利用电子票证的信息可以完成各种数据的系统利用电子票证的信息可以完成各种数据的实时统计，进行群体个性分析，了解客户需求实时统计，进行群体个性分析，了解客户需求倾向。倾向。德国世界杯门票德国世界杯门票l在每张球票的夹层里有写入持票人个人信息的储存标签，在每张球票的夹层里有写入持票人个人信息的储存标签，在球迷进入赛场时，纸质门票需要经过专门的扫描识别，在球迷进入赛场时，纸质门票需要经过专门的扫描识别，用以识别球迷身份，保证平安。用以识别球迷身份，保证平安。l同时，同时，RFID识别技术还可防止非法倒卖以及伪造门票。识别技术还可防止非法倒卖以及伪造门票。 世博会安检口世博会安检口 l2 2零售行业利用零售行业利用RFIDRFID技术进行商品跟踪、技术进行商品跟踪、及时补货和金融支付等。及时补货和金融支付等。3. RFID集装箱管理集装箱管理l大型集装箱港口如上海港在集装箱上大型集装箱港口如上海港在集装箱上安装有源电子标签，通过手持式安装有源电子标签，通过手持式RFIDRFID读写读写器对整个港口内的集装箱扫描识别管理。器对整个港口内的集装箱扫描识别管理。l电子标签电子标签l记录集装箱号码记录集装箱号码l记录集装箱的运输信息记录集装箱的运输信息l记录集装箱装载货品信记录集装箱装载货品信息息l电子封条电子封条l记录集装箱开门的时间记录集装箱开门的时间及次数及次数l固定读写设备固定读写设备l读取电子标签与电子封读取电子标签与电子封条信息，传给效劳器条信息，传给效劳器l写入相关信息写入相关信息l手持设备手持设备l随时读取感兴趣集装箱随时读取感兴趣集装箱的信息的信息RFID集装箱管理优势集装箱管理优势l减少港口集装箱误放，及集装箱和货物丧失现象，减少港口集装箱误放，及集装箱和货物丧失现象，可对集装箱精确控制可对集装箱精确控制 。l有效消除集装箱在运输过程中的错箱、漏箱。有效消除集装箱在运输过程中的错箱、漏箱。l加快集装箱通关速度，提高集装箱运输的准确性，加快集装箱通关速度，提高集装箱运输的准确性，全面提升集装箱运输的效劳水平。全面提升集装箱运输的效劳水平。 l电子封条能实时记录集装箱开门的时间和次数，有电子封条能实时记录集装箱开门的时间和次数，有效地解决了效地解决了“谁动了我的箱子的问题。谁动了我的箱子的问题。l解决了人工抄号易出现人为过失和全程信息交流不解决了人工抄号易出现人为过失和全程信息交流不及时的问题。及时的问题。l防止检查登记工作人员长期接触恶劣的环境。防止检查登记工作人员长期接触恶劣的环境。l一些大型企业进行了小规模的局部一些大型企业进行了小规模的局部RFIDRFID试点应用，一试点应用，一般以包装箱或托盘为根本单位，进行般以包装箱或托盘为根本单位，进行RFIDRFID电子标签的电子标签的绑定，固定式绑定，固定式RFIDRFID读写器和手持式读写器和手持式RFIDRFID读写器两种扫读写器两种扫描方式对电子标签进行快速扫描识别，有效地解决了描方式对电子标签进行快速扫描识别，有效地解决了配送中心对大批量货物在单位时间内进行快速分拣运配送中心对大批量货物在单位时间内进行快速分拣运输的难题，有效防止了货物的错拣、漏拣、错发和漏输的难题，有效防止了货物的错拣、漏拣、错发和漏发。发。包装箱固定射频标签包装箱固定射频标签正常通过的包装箱，正常通过的包装箱，激发绿色信号激发绿色信号不该通过的包装箱通不该通过的包装箱通过时，红色信号亮过时，红色信号亮 l使用使用RFIDRFID标签对人员标识标签对人员标识l每人携带一个每人携带一个RFIDRFID标签标签l在车间内、出入口等位置安在车间内、出入口等位置安装装RFIDRFID读写设备读写设备l人员通过时，记录通过的时人员通过时，记录通过的时间等信息间等信息l标签与人员的信息绑定如：标签与人员的信息绑定如：姓名、年龄、工种、班次等姓名、年龄、工种、班次等lRFIDRFID系统采集信息联入数据系统采集信息联入数据库，实时掌握人员信息库，实时掌握人员信息数据库 l高校一卡通、二代身份证、高校一卡通、二代身份证、RFID防伪、门禁防伪、门禁系统、汽车防盗等。系统、汽车防盗等。还有哪些地方有应用呢？还有哪些地方有应用呢？案例分析：案例分析：l2007年，德国麦德龙集团在国内年，德国麦德龙集团在国内130个百货商个百货商场安装了场安装了RFID查询器。麦德龙集团不是要求查询器。麦德龙集团不是要求供给商将标签直接贴在货物货箱上，而是让供供给商将标签直接贴在货物货箱上，而是让供给商将标签贴在托运货物的托盘上，目前已经给商将标签贴在托运货物的托盘上，目前已经有近有近200个供给商这样做了。所以商场所售货个供给商这样做了。所以商场所售货物的物的40%都放在贴了标签的托盘中。对那些杂都放在贴了标签的托盘中。对那些杂货托盘，麦德龙集团将自己开发的货托盘，麦德龙集团将自己开发的RFID标签标签贴在托盘上，以使货物跟踪与数据操作自动化。贴在托盘上，以使货物跟踪与数据操作自动化。答复：答复：l1什么是什么是RFID技术？技术？l2RFID技术与条形码技术相比有哪些优势技术与条形码技术相比有哪些优势？l3目前目前RFID技术还需解决的缺陷表达在哪技术还需解决的缺陷表达在哪些方面？些方面？l从概念上来说，两者很相似，目的都是快速准确地从概念上来说，两者很相似，目的都是快速准确地确认追踪目标物体确认追踪目标物体l主要的区别如下：有无写入信息或更新内存的能力。主要的区别如下：有无写入信息或更新内存的能力。条形码的内存不能更改。射频标签不像条形码，它条形码的内存不能更改。射频标签不像条形码，它特有的辨识器不能被复制。特有的辨识器不能被复制。l标签的作用不仅仅局限于视野之内，因为信息是由标签的作用不仅仅局限于视野之内，因为信息是由无线电波传输，而条形码必须在视野之内。无线电波传输，而条形码必须在视野之内。l由于条形码本钱较低，有完善的标准体系，已在全由于条形码本钱较低，有完善的标准体系，已在全球散播，所以已经被普遍接受，从总体来看，射频球散播，所以已经被普遍接受，从总体来看，射频技术只被局限在有限的市场份额之内。技术只被局限在有限的市场份额之内。l目前，多种条形码控制模版已经在使用之中，在获目前，多种条形码控制模版已经在使用之中，在获取信息渠道方面，射频也有不同的标准取信息渠道方面，射频也有不同的标准 。RFID与条形码的比较：与条形码的比较：缺乏之处：缺乏之处：l数据读写效果可能受到附近的金属介质的影响。数据读写效果可能受到附近的金属介质的影响。l读写操作存在距离上的限制一般写距离是读读写操作存在距离上的限制一般写距离是读距离的距离的70%70%左右。左右。l设备本钱比较高。设备本钱比较高。l标签的用户可用数据存储容量有一定的限制。标签的用户可用数据存储容量有一定的限制。现阶段存在的问题：现阶段存在的问题：l高昂的本钱高昂的本钱l技术进展和标准制定缓慢技术进展和标准制定缓慢 l平安问题平安问题l隐私问题隐私问题感兴趣的同学可以浏览感兴趣的同学可以浏览RFID专业门户网站专业门户网站