RFID技術及應用/高等院校物聯網專業規劃教材 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024
發表於2024-11-22
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第1章 射頻識彆技術概述
學習目標
1. 掌握自動識彆技術的種類。
2. 瞭解RFID技術的發展曆史及現狀。
3. 掌握RFID技術的體係及其産業發展趨勢。
知識要點
自動識彆技術、射頻識彆技術、射頻識彆技術體係及産業發展趨勢。
1.1 自動識彆技術
人類社會步入信息時代後,人們獲取和處理的信息量在不斷增大。傳統的信息采集是通過人工手段錄入的,不僅工作強度大,而且差錯率高。以計算機和通信技術為基礎的自動識彆技術,可以對目標對象自動辨認,並可以工作在各種環境下,使人類能夠對大量信息進行及時、準確的處理。自動識彆技術可以對每個物品進行標識和識彆,並可以實時更新數據,是構建全球物品信息實時共享的基礎,是物聯網的重要組成部分。
1.1.1 自動識彆技術的概念
自動識彆技術,是用機器來識彆不同物品的眾多技術的總稱。具體地說,就是使用識彆裝置,通過被識彆物品與識彆裝置之間的接近運動,自動獲取被識彆物品的相關信息。
自動識彆技術是一種高度自動化的信息(數據)采集技術,可對記錄瞭字符、影像、條碼、聲音、信號等信息的載體進行自動識彆,自動地獲取被標識物品的相關信息,並提供給後颱的計算機處理係統,來完成相關的後續處理。
以往的信息識彆和管理中,多采用單據、憑證、傳票為載體,以手工記錄、電話溝通、人工計算、郵寄或傳真等方法,對信息進行采集、記錄、處理、傳遞和反饋,不僅極易齣現差錯,也使管理者對物品在流動過程中的各個環節難以統籌協調,不能係統地控製,更無法實現係統優化和實時監控,導緻效率低下和人力、運力、資金、場地的大量浪費。
近幾十年來,自動識彆技術在全球範圍內得到瞭迅猛發展,極大地提高瞭數據采集和信息處理的速度,改善瞭人們的工作和生活環境,提高瞭工作效率,並為管理的科學化和現代化做齣瞭重要貢獻。
自動識彆技術可以在製造、物流、防僞和安全等多個領域中應用,可以采用光識彆、電識彆、射頻識彆等多種識彆方式,是集計算機、光、電、通信和網絡技術於一體的高技術學科。
1.1.2 自動識彆技術的分類
根據應用領域和具體特徵,自動識彆技術可分為條碼識彆技術、生物識彆技術、圖像識彆技術、磁卡識彆技術、IC卡識彆技術、光學字符識彆技術和射頻識彆技術等。這裏介紹幾種典型的自動識彆技術,分彆采用瞭不同的數據采集技術。其中,對條碼使用光識彆技術、對磁卡使用磁識彆技術、對IC卡使用電識彆技術、對射頻標簽使用無綫識彆技術。
1.條碼識彆技術
條碼是由一組綫條、空白條和數字符號組成的,按一定編碼規則排列的,用以錶示一定字符、數字及符號的標簽信息載體。條碼是利用紅外光或可見光進行識彆的。由掃描器發齣的紅外光或可見光照射條碼,條碼中深色的"條痕"吸收光,淺色的"空白"將光反射迴掃描器,掃描器將光反射信號轉換成電子脈衝,再由譯碼器將電子脈衝轉換成數據,最後傳至後颱,完成對條碼的識彆。
目前,條碼的種類很多,大體上可以分為一維條碼和二維條碼兩種。一維條碼和二維條碼都有許多碼製。條碼中,條、空圖案對數據不同的編碼方法,構成瞭不同形式的碼製。不同碼製有各自不同的特點、可以用於一種或若乾種應用場閤。
(1) 一維條碼。
一維條碼有許多種碼製,包括Code25碼、Code128碼、EAN-13碼、EAN-8碼、ITF25碼、庫德巴碼、Matrix碼和UPC-A碼等。如圖1-1所示為幾種常用的一維條碼樣圖。
(a) EAN-13碼 (b) EAN-8碼 (c) UPC-A碼
圖1-1 幾種常用的一維條碼樣圖
目前最流行的一維條碼是EAN-13條碼。EAN-13條碼由13位數字組成,其中,前3位數字為前綴碼,目前國際物品編碼協會分配給我國並已經啓用的前綴碼為690~692。當前綴碼為690或691時,第4~7位數字為廠商代碼,第8~12位數字為商品項目代碼,第13位數字為校驗碼;當前綴碼為692時,第4~8位數字為廠商代碼,第9~12位數字為商品項目代碼,第13位數字為校驗碼。EAN-13條碼的構成如圖1-2所示。
(a) 當前綴碼為690時 (b) 當前綴碼為692時
圖1-2 EAN-13條碼的構成
(2) 二維條碼。
二維條碼技術是在一維條碼無法滿足實際應用需求的前提下産生的。二維條碼在橫嚮和縱嚮兩個方位同時錶達信息,因此,能在很小的麵積內錶達大量信息。目前有幾十種二維條碼,常用的碼製有Data Matrix碼、QR Code碼、Maxicode碼、PDF417碼、Code49碼、Code 16K碼和Codeone碼等。如圖1-3所示為幾種常用的二維條碼樣圖。
(a) Data Matrix碼 (b) QR Code碼 (c) Maxicode碼
圖1-3 幾種常用的二維條碼樣圖
2.磁卡識彆技術
磁卡,從本質意義上講,與計算機用的磁帶或磁盤是一樣的,它可以用來記載字母、字符及數字信息。磁卡是一種磁介質記錄卡片,通過黏閤或熱閤,與塑料或紙牢固地整閤在一起,能防潮、耐磨且有一定的柔韌性,攜帶方便,較為穩定可靠。
磁卡記錄信息的方法是變化磁極。在磁性變化的地方具有相反的極性(如S-N或N-S),識讀器材能夠在磁條內探測到這種磁性變化。使用解碼器,可以將磁性變化轉換成字母或數字的形式,以便由計算機來處理。
磁卡的優點是數據可讀寫,即具有現場改變數據的能力,這個優點使得磁卡的應用領域十分廣泛,如信用卡、銀行ATM卡、會員卡、現金卡(如電話磁卡)和機票等。
磁卡的缺點,是數據存儲的時間長短受磁性粒子極性耐久性的限製。另外,磁卡存儲數據的安全性一般較低,如果磁卡不小心接觸磁性物質,就可能造成數據的丟失或混亂。隨著新技術的發展,安全性能較差的磁卡有逐步被取代的趨勢。
但是,在現有條件下,社會上仍然存在大量的磁卡設備,再加上磁卡技術比較成熟和具有低成本,所以,短期內,該技術仍然會在許多領域中繼續使用。如圖1-4所示為一種銀行磁卡,該銀行磁卡通過背麵的磁條可以讀寫數據。
(a) 銀行卡正麵 (b) 銀行卡背麵的磁條
圖1-4 銀行磁卡
3.IC卡識彆技術
IC(Integrated Circuit)卡是一種電子式數據自動識彆卡,IC卡分接觸式IC卡和非接觸式IC卡兩種,這裏介紹的是接觸式IC卡。
接觸式IC卡是集成電路卡,通過卡裏的集成電路來存儲信息,它將一個微電子芯片嵌入到卡基中,做成卡片的形式,通過卡片錶麵的8個金屬觸點與讀卡器進行物理連接,來完成通信和數據交換。IC卡使用瞭微電子技術和計算機技術,作為一種成熟的高技術産品,是繼磁卡之後齣現的又一種新型的信息工具。
IC卡的外形與磁卡相似,區彆在於數據存儲的媒體不同。磁卡是通過卡上磁條的磁場變化來存儲信息的,而IC卡是通過嵌入卡中的電擦除式可編程隻讀存儲器(EEPROM)來存儲數據信息的。IC卡與磁卡相比,具有存儲容量大、安全保密性好、有數據處理能力、使用壽命長等優點。
依據是否帶有微處理器,IC卡可分為存儲卡和智能卡兩種。存儲卡僅包含存儲芯片而無微處理器,一般的電話IC卡即屬於此類。將帶有內存和微處理器芯片的大規模集成電路嵌入到塑料基片中,就製成瞭智能卡,它具有數據讀寫和處理功能,因而具有安全性高、可以離綫操作等突齣優點,銀行的IC卡通常是指智能卡。如圖1-5所示為幾種IC卡。
(a) 中國電信IC卡 (b) 中國郵政儲蓄銀行IC卡
圖1-5 IC卡
4. 射頻識彆技術
射頻識彆技術是通過無綫電波進行數據傳遞的自動識彆技術。與條碼識彆技術、磁卡識彆技術和IC卡識彆技術等相比,它以特有的無接觸、可同時識彆多個物品等優點,逐漸成為自動識彆領域中最優秀和應用最廣泛的自動識彆技術。
1.1.3 RFID技術
RFID技術是自動識彆技術中的一種。RFID以電子標簽來標識某個物體,電子標簽包含某個芯片和天
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