RFID技术及应用/高等院校物联网专业规划教材 epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024
发表于2024-12-23
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第1章 射频识别技术概述
学习目标
1. 掌握自动识别技术的种类。
2. 了解RFID技术的发展历史及现状。
3. 掌握RFID技术的体系及其产业发展趋势。
知识要点
自动识别技术、射频识别技术、射频识别技术体系及产业发展趋势。
1.1 自动识别技术
人类社会步入信息时代后,人们获取和处理的信息量在不断增大。传统的信息采集是通过人工手段录入的,不仅工作强度大,而且差错率高。以计算机和通信技术为基础的自动识别技术,可以对目标对象自动辨认,并可以工作在各种环境下,使人类能够对大量信息进行及时、准确的处理。自动识别技术可以对每个物品进行标识和识别,并可以实时更新数据,是构建全球物品信息实时共享的基础,是物联网的重要组成部分。
1.1.1 自动识别技术的概念
自动识别技术,是用机器来识别不同物品的众多技术的总称。具体地说,就是使用识别装置,通过被识别物品与识别装置之间的接近运动,自动获取被识别物品的相关信息。
自动识别技术是一种高度自动化的信息(数据)采集技术,可对记录了字符、影像、条码、声音、信号等信息的载体进行自动识别,自动地获取被标识物品的相关信息,并提供给后台的计算机处理系统,来完成相关的后续处理。
以往的信息识别和管理中,多采用单据、凭证、传票为载体,以手工记录、电话沟通、人工计算、邮寄或传真等方法,对信息进行采集、记录、处理、传递和反馈,不仅极易出现差错,也使管理者对物品在流动过程中的各个环节难以统筹协调,不能系统地控制,更无法实现系统优化和实时监控,导致效率低下和人力、运力、资金、场地的大量浪费。
近几十年来,自动识别技术在全球范围内得到了迅猛发展,极大地提高了数据采集和信息处理的速度,改善了人们的工作和生活环境,提高了工作效率,并为管理的科学化和现代化做出了重要贡献。
自动识别技术可以在制造、物流、防伪和安全等多个领域中应用,可以采用光识别、电识别、射频识别等多种识别方式,是集计算机、光、电、通信和网络技术于一体的高技术学科。
1.1.2 自动识别技术的分类
根据应用领域和具体特征,自动识别技术可分为条码识别技术、生物识别技术、图像识别技术、磁卡识别技术、IC卡识别技术、光学字符识别技术和射频识别技术等。这里介绍几种典型的自动识别技术,分别采用了不同的数据采集技术。其中,对条码使用光识别技术、对磁卡使用磁识别技术、对IC卡使用电识别技术、对射频标签使用无线识别技术。
1.条码识别技术
条码是由一组线条、空白条和数字符号组成的,按一定编码规则排列的,用以表示一定字符、数字及符号的标签信息载体。条码是利用红外光或可见光进行识别的。由扫描器发出的红外光或可见光照射条码,条码中深色的"条痕"吸收光,浅色的"空白"将光反射回扫描器,扫描器将光反射信号转换成电子脉冲,再由译码器将电子脉冲转换成数据,最后传至后台,完成对条码的识别。
目前,条码的种类很多,大体上可以分为一维条码和二维条码两种。一维条码和二维条码都有许多码制。条码中,条、空图案对数据不同的编码方法,构成了不同形式的码制。不同码制有各自不同的特点、可以用于一种或若干种应用场合。
(1) 一维条码。
一维条码有许多种码制,包括Code25码、Code128码、EAN-13码、EAN-8码、ITF25码、库德巴码、Matrix码和UPC-A码等。如图1-1所示为几种常用的一维条码样图。
(a) EAN-13码 (b) EAN-8码 (c) UPC-A码
图1-1 几种常用的一维条码样图
目前最流行的一维条码是EAN-13条码。EAN-13条码由13位数字组成,其中,前3位数字为前缀码,目前国际物品编码协会分配给我国并已经启用的前缀码为690~692。当前缀码为690或691时,第4~7位数字为厂商代码,第8~12位数字为商品项目代码,第13位数字为校验码;当前缀码为692时,第4~8位数字为厂商代码,第9~12位数字为商品项目代码,第13位数字为校验码。EAN-13条码的构成如图1-2所示。
(a) 当前缀码为690时 (b) 当前缀码为692时
图1-2 EAN-13条码的构成
(2) 二维条码。
二维条码技术是在一维条码无法满足实际应用需求的前提下产生的。二维条码在横向和纵向两个方位同时表达信息,因此,能在很小的面积内表达大量信息。目前有几十种二维条码,常用的码制有Data Matrix码、QR Code码、Maxicode码、PDF417码、Code49码、Code 16K码和Codeone码等。如图1-3所示为几种常用的二维条码样图。
(a) Data Matrix码 (b) QR Code码 (c) Maxicode码
图1-3 几种常用的二维条码样图
2.磁卡识别技术
磁卡,从本质意义上讲,与计算机用的磁带或磁盘是一样的,它可以用来记载字母、字符及数字信息。磁卡是一种磁介质记录卡片,通过黏合或热合,与塑料或纸牢固地整合在一起,能防潮、耐磨且有一定的柔韧性,携带方便,较为稳定可靠。
磁卡记录信息的方法是变化磁极。在磁性变化的地方具有相反的极性(如S-N或N-S),识读器材能够在磁条内探测到这种磁性变化。使用解码器,可以将磁性变化转换成字母或数字的形式,以便由计算机来处理。
磁卡的优点是数据可读写,即具有现场改变数据的能力,这个优点使得磁卡的应用领域十分广泛,如信用卡、银行ATM卡、会员卡、现金卡(如电话磁卡)和机票等。
磁卡的缺点,是数据存储的时间长短受磁性粒子极性耐久性的限制。另外,磁卡存储数据的安全性一般较低,如果磁卡不小心接触磁性物质,就可能造成数据的丢失或混乱。随着新技术的发展,安全性能较差的磁卡有逐步被取代的趋势。
但是,在现有条件下,社会上仍然存在大量的磁卡设备,再加上磁卡技术比较成熟和具有低成本,所以,短期内,该技术仍然会在许多领域中继续使用。如图1-4所示为一种银行磁卡,该银行磁卡通过背面的磁条可以读写数据。
(a) 银行卡正面 (b) 银行卡背面的磁条
图1-4 银行磁卡
3.IC卡识别技术
IC(Integrated Circuit)卡是一种电子式数据自动识别卡,IC卡分接触式IC卡和非接触式IC卡两种,这里介绍的是接触式IC卡。
接触式IC卡是集成电路卡,通过卡里的集成电路来存储信息,它将一个微电子芯片嵌入到卡基中,做成卡片的形式,通过卡片表面的8个金属触点与读卡器进行物理连接,来完成通信和数据交换。IC卡使用了微电子技术和计算机技术,作为一种成熟的高技术产品,是继磁卡之后出现的又一种新型的信息工具。
IC卡的外形与磁卡相似,区别在于数据存储的媒体不同。磁卡是通过卡上磁条的磁场变化来存储信息的,而IC卡是通过嵌入卡中的电擦除式可编程只读存储器(EEPROM)来存储数据信息的。IC卡与磁卡相比,具有存储容量大、安全保密性好、有数据处理能力、使用寿命长等优点。
依据是否带有微处理器,IC卡可分为存储卡和智能卡两种。存储卡仅包含存储芯片而无微处理器,一般的电话IC卡即属于此类。将带有内存和微处理器芯片的大规模集成电路嵌入到塑料基片中,就制成了智能卡,它具有数据读写和处理功能,因而具有安全性高、可以离线操作等突出优点,银行的IC卡通常是指智能卡。如图1-5所示为几种IC卡。
(a) 中国电信IC卡 (b) 中国邮政储蓄银行IC卡
图1-5 IC卡
4. 射频识别技术
射频识别技术是通过无线电波进行数据传递的自动识别技术。与条码识别技术、磁卡识别技术和IC卡识别技术等相比,它以特有的无接触、可同时识别多个物品等优点,逐渐成为自动识别领域中最优秀和应用最广泛的自动识别技术。
1.1.3 RFID技术
RFID技术是自动识别技术中的一种。RFID以电子标签来标识某个物体,电子标签包含某个芯片和天
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