1、本科生毕业论文（设计）题 目 RFID 技术的发展和前景研究姓 名 宋超 学号 200912302033 院 系 物理工程学院 专 业 通信工程 指导教师 王艳娜 职称 讲师 2013 年 5 月 20 日曲阜师范大学杏坛学院教务处制摘要 .1关键词 .1Abstract.1Key words .1第一章 绪论 .21.1 课题背景 .21.1.1 发展历史和动向 .21.1.2 发展进程 .21.2 课题意义 .31.3 课题内容及论文内容安排 .3第二章 RFID 技术简介 .42.1 概念、结构、近况、组成部分 .42.2 特点 .42.3 工作原理 .52.4 产品分类 .6第三章 R
2、FID 技术的接口协议和技术标准 .73.1 接口协议 .73.2 技术标准 .93.3 标签类别 .103.4 实用方案 .113.5 工作频率 .113.5.1 低频 .123.5.2 高频 .133.5.3 超高频 .14第四章 市场发展及应用 .15第五章 结论语 .17致谢 .17参考文献 .17RFID 技术的发展和前景研究通信工程专业学生 宋超指导教师 王艳娜摘要：射频识别即 RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光
3、学接触。常用的有低频（125k134.2K） 、高频（13.56Mhz） 、超高频，无源等技术。RFID 读写器也分移动式的和固定式的，目前 RFID 技术应用很广。射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。 射频识别作为一种新兴的自动识别技术，在中国拥有巨大的发展潜力。关键词：物联网，RFID，接口协议，技术标准Development and Prospect of RFID TechnologyStudents majoring in communication en
4、gineering Chao SongTutor Wang YannaAbstract:Radio frequency identification is RFID technology, also known as electronic tags, radio frequency identification, is a kind of communication technology, through the specific target radio signal recognition and to read and write data, between without recogn
5、ition system with specific objectives to establish mechanical or optical contact. Commonly used with low frequency (125k134.2K), high frequency (13.56Mhz), ultra high frequency, passive technology. The RFID reader is mobile and fixed, the application of RFID technology is very broad.Radio frequency
6、identification. Technology theory is rich and perfect.Single chip electronic tag,RFID,wireless readable and writable,long-range identification,passive electronic tags to adapt to high-speed moving object of RFID technology and products is becoming a reality and its application.Radio frequency identi
7、fication as a new automatic identification technology,has huge potential for development in china.Key words: The Internet of things, RFID, interface protocol, technical standard第一章 绪论1.1课题背景1.1.1 发展历史和动向RFID(RadioFrequencyIdentification)是一种无线射频识别技术，指应用射频识别信号对目标物进行的识别。射频识别技术是一种内建无线电芯片的技术，芯片中可储存一系列的信息
8、。射频识别产品体积可做到极小，并可附着于需要辨别的实体上，以非接触方式快速读取其储存的信息。射频识别技术从上世纪 80 年代开始走向成熟，发展迅速。射频识别技术覆盖范围广泛，许多正在应用的自动识别技术都可以归于 RFID 技术之内，但是它们的工作原理、工作频率、技术特点、适用领域及遵循标准却是不同的 。最初在技术领域，应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块，近些年，由于射频技术发展迅猛，应答器有了新的说法和含义，又被叫做智能标签或标签。RFID 电子标签的阅读器通过天线与 RFID 电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块（发送器和接收
9、器） 、控制单元以及阅读器天线。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，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。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。在未来，中国物联网校企联盟认为，RFID 技术的飞速发展对于物联网领域的进步具有重要的意义。1.1.2发展进程1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。1970
10、-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。1980-1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。2000年后：标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动
11、物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。全球供应的整合需要快速、透明、协同、共享的整合，必须有 RFID 技术和产业的支持，它透明需要大家看到它必须有 RFID 技术和产业的支持，它透明需要大家看到它，它快速要形成这样一个体系才能快速的反映，因为你有 RFID 技术，你可以知道标签分门别类地放在什么样的产品里面，才能形成一体化的整合。还有相应的共享和协同的支持。RFID 是什么大家都很清楚，主要的目的、作用是识别，它可以定位到个体，进行长期的跟踪。它的技术手段是采用视频，非接触，不接触我们也可以用非常好的信息采集手段，还有标签信息、标签绑定的对象信息都可以采集。在整体的信息化事件的处理
12、过程当中，它定位在采集层，实际上我们看到一个事件如果要做信息化管理的话，我们有采集、处理、分析、融合，创新的过程，如果没有了前端，我们后面很多构架的建立都是问题，而 RFID 要执行的是采集层，采集层有很多的模式，有条形码、磁卡、图象识别、生物识别、传感器，而 RFID 是最有价值的采集技术，从这些特性可以反映出来，RFID 在正常情况下100%，可以表示到个体，在自然状态下采集，并发大批量，经济性能够认可，因为 RFID 技术显示出巨大的发展潜力与应用空间，被认为是21世纪最有发展前途的信息技术之一。1.3课题内容及论文内容安排本论文共分五章，各章内容安排如下：第一章为绪论。主要介绍课题的选
13、题依据及意义，论文的研究内容及结构安排。第二章，从概念、结构、近况、组成部分、特点、工作原理、产品分类等几个方面介绍 RFID 技术。第三章，RFID 技术的接口协议、技术标准、标签类别、技术发展、实用方案、工作频率等。第四章，RFID 技术的应用实例、市场发展及应用。第五章，结论语。对本文工作进行总结，并对今后的研究工作进行了展望。第 2章 RFID 技术简介2.1 概念、结构、近况、组成部分 概念：从概念上来讲，RFID 类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而 RFID 则使用专用的 RFID 读
14、写器及专门的可附着于目标物的 RFID 标签，利用频率信号将信息由 RFID 标签传送至 RFID 读写器 。结构：从结构上讲 RFID 是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器和很多应答器组成。近况：最初在技术领域，应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块，近些年，由于射频技术发展迅猛，应答器有了新的说法和含义，又被叫做智能标签或标签。RFID 电子标签的阅读器通过天线与 RFID 电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。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。在未来，中国物联网校企联盟
15、认为，RFID 技术的飞速发展对于物联网领域的进步具有重要的意义。组成部分：应答器：由天线，耦合元件及芯片组成，一般来说都是用标签作为应答器，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。阅读器：由天线，耦合元件，芯片组成，读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式 rfid 读写器（如：C5000W）或固定式读写器。应用软件系统 ：是应用层软件，主要是把收集的数据进一步处理，并为人们所使用。2.2 特点 （一）射频技术的特点射频识别系统最重要的优点是非接触识别，它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，大多数情况下不到100毫秒。有
16、源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点。可用于流程跟踪和维修跟踪等交互式业务。制约射频识别系统发展的主要问题是不兼容的标准。射频识别系统的主要厂商提供的都是专用系统，导致不同的应用和不同的行业采用不同厂商的频率和协议标准，这种混乱和割据的状况已经制约了整个射频识别行业的增长。许多欧美组织正在着手解决这个问题，并已经取得了一些成绩。标准化必将刺激射频识别技术的大幅度发展和广泛应用。（二）射频技术在物流管理中的适用性 物流管理的本质是通过对物流全过程的管理，实现降低成本和提高服务水平两个目的。如何以正确的成本和正确的条件，去保证正确的客户在正确的时间和正确的地点，得到正确的产品，成为物流企业追求
17、的最高目标。一般来说，企业存货的价值要占企业资产总额的25%左右，占企业流动资金的50%以上。所以物流管理工作的核心就是对供应链中存货的管理。在运输管理方面采用射频识别技术，只需要在货物的外包装上的安装电子标签，在运输检查站或中转站设置阅读器，就可以实现资产的可视化管理。与此同时，货主可以根据权限，访问在途可视化网页，了解货物的具体位置，这对提高物流企业的服务水平有着重要意义。2.3 工作原理RFID 技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获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） ，或者由标签主动发送某一
18、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理。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，此时 Reader 便依序接收解读数据， 送给应用程序做相应的处理。以 RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成：感应耦合（Inductive Couplin
19、g) 及后向散射耦合（BackscaterCoupling）两种。一般低频的 RFID 大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是 RFID 系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过 Ethernet 或 WLAN 等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是 RFID 系统的信息载体，应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。2.4
20、 产品分类RFID 技术中所衍生的产品大概有三大类：无源 RFID 产品、有源 RFID 产品、半有源 RFID 产品。无源 RFID 产品发展最早，也是发展最成熟，市场应用最广的产品。比如，公交卡、食堂餐卡、银行卡、宾馆门禁卡、二代身份证等，这个在我们的日常生活中随处可见，属于近距离接触式识别类。其产品的主要工作频率有低频125KHZ、高频13.56MHZ、超高频433MHZ，超高频915MHZ。有源 RFID 产品，是最近几年慢慢发展起来的，其远距离自动识别的特性，决定了其巨大的应用空间和市场潜质。在远距离自动识别领域，如智能监狱，智能医院，智能停车场，智能交通，智慧城市，智慧地球及物联网
21、等领域有重大应用。有源 RFID 在这个领域异军突起，属于远距离自动识别类。产品主要工作频率有超高频433MHZ，微波2.45GHZ 和5.8GMHZ。有源 RFID 产品和无源 RFID 产品，其不同的特性，决定了不同的应用领域和不同的应用模式，也有各自的优势所在。但在本系统中，我们着重介绍介于有源 RFID 和无源 RFID 之间的半有源 RFID 产品，该产品集有源 RFID 和无源 RFID 的优势于一体，在门禁进出管理，人员精确定位，区域定位管理，周界管理，电子围栏及安防报警等领域有着很大的优势。半有源 RFID 产品，结合有源 RFID 产品及无源 RFID 产品的优势，在低频12
22、5KHZ 频率的触发下，让微波2.45G 发挥优势。半有源 RFID 技术，也可以叫做低频激活触发技术，利用低频近距离精确定位，微波远距离识别和上传数据，来解决单纯的有源 RFID和无源 RFID 没有办法实现的功能。简单的说，就是近距离激活定位，远距离识别及上传数据。半有源 RFID 是一项易于操控、简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术，识别工作无须人工干预，它既可支持只读工作模式也可支持读写工作模式，且无需接触或瞄准;可在各种恶劣环境下自由工作，短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体;长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十
23、米，如自动收费或识别车辆身份等 。第3章 RFID 技术的接口标准和技术协议3.1 接口标准空中接口：空中接口通信协议规范 读写器与电子标签之间信息交互，目的是为 不同厂家生产设备之间的互联互通性。ISO/IEC 制定五种频段的空中接口协议，这种思想充分体现 标准统一的相对性，一个标准是对相当广泛的应用系统的共同需求，但不是所有应用系统的需求，一组标准可以满足更大范围的应用需求。ISO/IEC 18000-1 信息技术基于单品管理的射频识别参考结构和标准化的参数定义。它规范空中接口通信协议中共同遵守的读写器与标签的通信参数表、知识产权基本规则等内容。这样每一个频段对应的标准不需要对相同内容进行
24、重复规定。ISO/IEC 18000-2 信息技术基于单品管理的射频识别适用于中频125134KHz，规定在标签和读写器之间通信的物理接口，读写器应具有与 Type A(FDX)和Type B(HDX)标签通信的能力；规定协议和指令再加上多标签通信的防碰撞方法。ISO/IEC 18000-3信息技术基于单品管理的射频识别适用于高频段13.56MHz，规定 读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。关于防碰撞协议可以分为两种模式，而模式1又分为基本型与两种扩展型协议（无时隙无终止多应答器协议和时隙终止自适应轮询多应答器读取协议） 。模式2采用时频复用 FTDMA 协议，共有8个信道
25、，适用于标签数量较多的情形。ISO/IEC 18000-4信息技术基于单品管理的射频识别适用于微波段2.45GHz，规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。该标准包括两种模式，模式1是无源标签工作方式是读写器先讲；模式2是有源标签，工作方式是标签先讲。ISO/IEC 18000-6信息技术基于单品管理的射频识别适用于超高频段860960MHz，规定读写器与标签之间的物理接口、协议和命令再加上防碰撞方法。它包含 TypeA、TypeB 和 TypeC 三种无源标签的接口协议，通信距离最远可以达到10m。其中 TypeC 是由 EPCglobal 起草的，并于2006年7月获得批准，它在识别速度、读写速度、数据容量、防碰撞、信息安全、频段适应能力、抗干扰等方面有较大提高。2006年递交 V4.0草案，它针对带辅助电源和传感器电子标签的特点进行 扩展，包括标签数据存储方式和交互命令。带电池的主动式标签可以提供较大范围的读取能力和更强的通信可靠性，不过其尺寸较大，价格也更贵一些。ISO/IEC 18000-7适用于超高频段433.92 MHz，属于有源电子标签。规定读写器与
