1、第第1章章 RFID概论概论 射频识别的概念及发展进程射频识别的概念及发展进程 物联网的概念及发展进程物联网的概念及发展进程 射频识别的基本原理射频识别的基本原理 物联网与射频识别的关系物联网与射频识别的关系 物联网与射频识别的发展前景物联网与射频识别的发展前景第第1章章 RFID概论概论射频识别的概念射频识别的概念 射频识别的发展进程射频识别的发展进程一一 射频识别的概念及发展进程射频识别的概念及发展进程射频识别的概念及发展进程射频识别的概念及发展进程射频识别的概念nRFID（Radio Frequency Identification，无线射频识别即射频识别技术）。是自动识别技术的一种，通
2、过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。nRFID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，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。射频通信一般使用微波技术，频率范围为1-100 GHz，适用于短距离识别通信。nRFID作为一种无线通信技术，可以通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。射频识别的概念及发展进程射频识别的概念及发展进程n许多行业都运用了射频识别技术。将标签附着在一辆正
3、在生产中的汽车上，厂方便可以追踪此车在生产线上的进度。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。n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码传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读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。射频识别的概念及发展进程射频识别的概念及发展进程射频识别的发展进程n从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型（初级与次级之间的能量传递及信号传递），在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型
4、（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机）。1948年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别技术的理论基础。射频识别的概念及发展进程射频识别的概念及发展进程射频识别技术的发展可按十年期划分如下：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。1970-1980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。198
5、0-1990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。射频识别的概念及发展进程射频识别的概念及发展进程物联网的概念物联网的概念 物联网的发展进程物联网的发展进程二二 物联网的概念及发展进程物联网的概念及发展进程 物联网的概念及发展进程物联网的概念及发展进程物联网的概念n物联网是新一代信息技术的
6、重要组成部分。其英文名称是“The Internet of things”。由此，顾名思义“物联网就是物物相连的互联网”。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的概念及发展进程物联网的概念及发展进程物联网的发展进程n“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而另一方面是数据中心、个人电脑、宽带等。n物联网可以提高经济效益，大大降低成
7、本。物联网将广泛用于智能交通、地防入侵、环境保护、政府工作、公共安全、智能电网、智能家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。n物联网的雏形就像互联网早期的形态局域网一样，虽然发挥的作用有限，但昭示的远大前景已不容置疑。我国的物联网技术已逐步从实验室理论研究基础阶段迈入实践生活的应用，在国家电网、环境监测等领域已出现物联网的身影，海尔集团目前也对其所有生产的家电产品安装了传感器，成都无线龙环境监测系统就采用了无线网络传感技术。物联网的概念及发展进程物联网的概念及发展进程 物联网的概念及发展进程物联网的概念及发展进程n物联网在中国如此迅速崛起得益于我国在物联网方面的几大优势：首先，
8、我国在1999年就已经开始对物联网核心传感网技术方面进行研究。研发水平居世界前列；其次，我国走在世界传感网领域的前列，与德国、美国、英国等一起成为物联网国际标准制定的主导国，专利拥有量高，是目前能够实现物联网完整产业链的国家之一；物联网的概念及发展进程物联网的概念及发展进程 再次，政府领导指示要抓好物联网发展的机遇，提供战略上对新兴产业的扶持，物联网技术发展已被列入中国国家级重大科技专项，我国经济实力也已十分雄厚，无线通信和宽带网络覆盖率比较高，政策和经济基础设施上的双重有利条件为物联网事业的发展提供了强有力的保障。射频识别系统的结构射频识别系统的结构 射频识别系统的特点射频识别系统的特点射频
9、识别技术的工作原理射频识别技术的工作原理射频技术产品的分类射频技术产品的分类射频识别技术优势射频识别技术优势三三 射频识别的基本原理射频识别的基本原理射频识别系统的结构n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。RFID系统一般包括射频标签、读写器和计算机三部分，如图1-1。射频识别的基本原理射频识别的基本原理射频识别的基本原理射频识别的基本原理图1-1 RFID系统结构n射频标签 射频标签是射频识别系统的数据载体，是安装在被识别对象上，由芯片和内置天线组成，芯片内保存一定格式的电子数据，作为待识别物品的标示性信
10、息。标签内的数据信息、标签天线的大小和能量是影响系统阅读距离的主要因素之一。按照标签内电池的有无，亦即按照能量供应方式分类，可以将标签分为无源标签和有源标签射频识别的基本原理射频识别的基本原理 在无源系统中，标签没有自己的电源，它所需要的工作能量主要从读写器发出的射频波束中获取，经过整流、存储后提供电子标签所需要的电流。在有源系统中，有源标签通常都内装有电池，为电子标签的工作提供全部或者部分能量。射频识别的基本原理射频识别的基本原理nRFID读写器 读写器是利用射频技术从标签中读取射频识别标签信息、或将信息写入标签的电子设备。读写器读出的标签信息通过计算机及网络系统进行管理和信息传输，对对象标
11、识信息进行解码，并将标识信息以及一些相关的信息输入计算机进行处理。射频识别系统中，读写器与电子标签中的信息交换需要通过一种可靠的方式来实现，在这里数据编码和信号调制被作为读写器与电子标签信号传输的方式。射频识别的基本原理射频识别的基本原理n计算机系统 计算机通信网络在射频系统中的主要作用是对读写器上报的标签数据进行管理，针对应用需要，发送指令给读写器以实现对标签的操作。在通信过程中，必须保证整体射频系统的通畅，正确和迅速地采集数据，确保数据读取内容的可靠性，以及有效地将数据传送到后端系统。传统的数据采集系统中数据采集与后端应用程序之间的数据分发是通过中间件架构解决，并发展出各种应用服务器软件。
12、射频识别的基本原理射频识别的基本原理射频识别系统的特点n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。有源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点。n除了射频识别系统外，常用的识别系统还有条形码，条形码是一种信息的图形化表示方法，可以把信息制作成条形码，然后用相应的扫描设备把其中的信息输入到计算机中。当前比较常见的是一维码和二维码。射频识别的基本原理射频识别的基本原理n与传统条形码相比，射频系统具备以下性能特点：快速扫描体积小型化、形状多样化抗污染能力和耐久性可重复使用穿透性和无屏障阅读数据的
13、记忆容量大安全性射频识别的基本原理射频识别的基本原理射频识别技术的工作原理nRFID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（无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号AT（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。射频识别的基本原理射频识别的基本原理射频技术产品的分类nRFID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
14、餐卡、银行卡、宾馆门禁卡、二代身份证等，这些RFID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（125 KHz）、高频（13.56 MHZ）、超高频（433 MHZ），超高频（915 MHZ）。射频识别的基本原理射频识别的基本原理 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。其相应产品主要工作频率有超高频（433 MHZ），微波（2.45 GHZ和5.8 GHZ）。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（125 KHz）频率的触发下，让微波（2.45 GHz）发挥优势。射频
15、识别的基本原理射频识别的基本原理 射频识别技术优势n 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。可自由工作在各种恶劣环境下：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；长距离射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。射频识别的基本原理射频识别的基本原理射频识别系统主要有以下几个方面的系统优势：读取方便快捷识别速度快数据容量大使用寿命长，应用范围广标签数据可动态更改更好的安全性动态实时通信射频识别的基本原理射频识别的基本原理物联网的技术框架物联网的技术框架 物联网与射频识别技术物联网与射频
16、识别技术四四 物联网与射频识别的关系物联网与射频识别的关系 物联网的技术框架n从技术架构上来看，如图1-2所示，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。图1-2 物联网框架图物联网与射频识别的关系物联网与射频识别的关系 感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。
17、物联网与射频识别的关系物联网与射频识别的关系物联网与射频识别技术n物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制的桥梁。物联网技术涉及嵌入式技术、通信技术、计算机技术等多种专业知识，其中实现终端事物与物联网连接所需要的技术显得尤为重要。n目前能够实现物与网络“连接”功能的技术包含红外技术、地磁感应技术、射频识别技术（RFID技术）、条码识别技术、视频识别技术、无线通信技术等，可以将物以信息形式连接到互联网中。而所有这些技术中，RFID相较于其他识别技术，在准确率、感应距离、信息量等方面具有非常明显的优势。物联网与射频识别的关系物联网与射频识别的关系物联网的发展前景物联网的发展前景 射频识别的应用现
18、状射频识别的应用现状射频识别的发展前景射频识别的发展前景五五 物联网与射频识别的发展前景物联网与射频识别的发展前景物联网的发展前景n随着科学技术的发展，物联网技术未来必定蓬勃发展，目前可以预期具备以下四个趋势：趋势一：中国物联网产业的发展是以应用为先导，存在着从公共管理和服务市场，到企业、行业应用市场，再到个人家庭市场逐步发展成熟的细分市场递进趋势。物联网与射频识别的发展前景物联网与射频识别的发展前景趋势二：物联网标准体系是一个渐进发展成熟的过程，将呈现从成熟应用方案提炼形成行业标准，以行业标准带动关键技术标准，逐步演进形成标准体系的趋势。趋势三：随着行业应用的逐渐成熟，新的通用性强的物联网技
19、术平台将出现。趋势四：针对物联网领域的商业模式创新将是把技术与人的行为模式充分结合的结果。物联网与射频识别的发展前景物联网与射频识别的发展前景 射频识别的应用现状nRFID技术广泛应用在各个行业，如图1-3所示，除此之外该技术与其它技术相结合使其得到了更加广泛的推广。图1-3 RFID典型的应用物联网与射频识别的发展前景物联网与射频识别的发展前景物联网与射频识别的发展前景物联网与射频识别的发展前景RFID技术与无线传感器技术 R F I D 技 术 和 无 线 传 感 器 技 术 结 合，在 C M（Collaborative Multilateral，协作式多边定位算法）的基础上，融入网络节
20、点簇集的思想和迭代循环的思想，利用多个节点的定位信息来对未知节点进行定位，参与定位的节点越多，定位的精确度越高。同时应用迭代循环求精的方法可进一步提高定位的精确度。RFID技术和NFC NFC（Near Field Communication，近距离无线通信技术）是由Philips公司发起的，由Nokia、Sony等公司联合推出的一项新的无线通信技术。RFID技术针对物流、交通、零售等多种行业，而NFC专门针对消费类电子产品，也可以说NFC是RFID技术的一种，是更加专门化的RFID技术，二者是密不可分的，NFC技术的普及需要RFID技术的支持。物联网与射频识别的发展前景物联网与射频识别的发展
21、前景RFID技术与4G RFID技术应用到4G手机上可以实现实时的信息传递和上传下载，在手机上查阅机票、天气状况、交通路况等信息。未来RFID技术与5G技术的进一步发展将使人们的生活更加方便快捷。RFID和4G技术在物流运输过程中的应用可以有效地解决货物丢失的问题。但是其应用成本较高，一般的企业难以承担。这有待于技术水平的进一步提高，大规模的应用，从而降低成本。物联网与射频识别的发展前景物联网与射频识别的发展前景 射频识别的发展前景nRFID技术作为物联网中的关键技术，其伴随着物联网技术革新将会有更加开阔的发展空间，这已经成为共识。n随着互联网和个域网的发展，赋予了RFID更丰富的功能。比如，
22、已经出现通过互联网来远程遥控工业应用和医疗应用的电冰箱，通过RFID来实现对温度、冰箱内的物品数量以及变更情况等的精密管理。通过将病人信息植入RFID中，低成本的远程医疗也开始出现。物联网与射频识别的发展前景物联网与射频识别的发展前景n随着RFID技术不断发展和应用系统的推广普及，射频识别技术在性能等各方面都会有较大提高，成本将逐步降低，可以预见未来RFID技术的发展将有以下趋势：标签产品多样化 系统网络化 系统的兼容性更好 与其他产业融合物联网与射频识别的发展前景物联网与射频识别的发展前景 本章主要介绍了RFID的基本知识以及物联网技术的发展状况。RFID技术经过几十年的发展，已经得到了广泛
23、的应用。与传统的一维码、二维码等相比，RFID具有小型化、多样化、可复用、安全性高、穿透性强等多种优点。目前RFID已经应用到零售、批发、运输、存储、产品溯源等多种场景中。全球各个国家也已经在RFID技术领域展开了专利布局。未来RFID技术在知识产权领域的竞争也会更加激烈。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，近年来各个国家都在物联网领域进行布局，RFID作为物联网技术中的典型代表已得到广泛应用。物联网与射频识别技术（RFID）关系紧密，RFID技术是物联网发展的关键部分。未来，物联网标准体系是一个渐进发展成熟的过程，随着行业应用的逐渐成熟，新的通用性强的物联网技术平台将会出现并广泛应用。本章
24、小结本章小结 习题习题 1.1、射频识别技术的发展可按十年期划分，可以划分为哪几个阶段？1.2、射频系统具备哪些性能特点？1.3、物联网的定义是什么？1.4、从技术架构上来看，物联网可分为哪三层？1.5、感知层主要包括哪些内容？1.6、网络层主要由哪些部分组成？1.7、应用层主要由哪些部分组成？1.8、RFID技术的应用领域主要是什么？1.9、物联网发展趋势有哪些？第第2章章 RFID系统架构系统架构 RFID系统组成系统组成 电子标签电子标签 RFID读写器读写器 RFID系统中的天线系统中的天线RFID中间件中间件应用软件应用软件第第2章章 RFID系统架构系统架构RFID标签标签 读写器
25、读写器 天线天线 中间件中间件应用软件应用软件 一一 RFID系统组成系统组成 RFID标签标签RFID标签nET（Electronic Tag，电子标签）也称应答器或SL（Smart Label，智能标签），是一个微型的无线收发装置，主要由内置天线和芯片组成。n电子标签根据工作方式可分为主动式（有源）和被动式（无源）两大类。被动式RFID标签由标签芯片和标签天线或线圈组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通信。RFID标签标签图2-1是一款RFID标签芯片的内部结构图，主要包括射频前端、模拟前端、数字基带处理单元和EEPROM存储单元四部分。读写器读写器读写器是一个捕捉和
26、处理RFID标签数据的设备，它可以是单独的个体，也可以嵌入到其他系统之中。读写器也是构成RFID系统的重要部件之一，由于它能够将数据写到RFID标签中，因此称为读写器。读写器读写器如图2-2所示，读写器的硬件部分通常由收发机、微处理器、存储器、外部传感器/执行器，报警器的输入/输出接口、通信接口及电源等部件组成。读写器主要包括射频模块和数字处理单元两部分。在物联网系统中，读写器将成为同时具有通信、控制和计算功能的核心设备。读写器读写器天线天线l 天线（Antenna）是RFID标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通信连接的设备。l 在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写器天线两
27、大类，分别承担接收能量和发射能量的作用。l 在实际应用中，天线设计参数是影响RFID系统识别范围的主要因素。高性能的天线不仅要求具有良好的阻抗匹配特性，还需要根据应用环境的特点对方向性特性、极化特性和频率特性进行专门设计。中间件中间件中间件（Middleware）是位于平台（硬件和操作系统）和应用之间的通用服务，这些服务具有标准的程序接口和协议，是一种面向消息的、可以接受应用软件端发送的请求，对指定的一个或多个读写器发起操作并接收、处理后向应用软件返回结果数据的特殊化软件。针对不同的操作系统和硬件平台，它们可以有符合接口和协议规范的多种实现。应用软件应用软件应用软件（Appliaction S
28、oftware）是直接面向最终用户的人机交互界面，协助使用者完成对读写器的指令操作以及对中间件的逻辑设置，逐级将RFID原始数据转化为使用者可以理解的业务事件，并使用可视化界面进行展示。应用软件应用软件应用软件的主要内容包括：1.硬件驱动程序：连接、显示及处理卡片读写器操作。2.控制应用程序：控制卡片阅读机的运作，接收读卡所回传的数据，并作出相对应的处理，如开门、结账、派遣、记录等。3.数据库：储存所有Tag相关的数据，供控制程序使用。电子标签概述电子标签概述 电子标签的分类电子标签的分类 电子标签的组成电子标签的组成 电子标签的工作原电子标签的工作原理理电子标电子标签的制作工艺签的制作工艺电
29、子标电子标签的发展趋势与拓展方向签的发展趋势与拓展方向二二 电子标签电子标签电子标签概述电子标签概述电子标签又称射频标签、应答器、数据载体，电子标签与读写器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据交换。电子标签是一种提高识别效率和准确性的工具，该技术将完全替代条形码。电子标签概述电子标签概述RFID电子标签是一种突破性的技术：1.可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；2.其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；3.可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储
30、存的信息量也非常大。电子标签的分类电子标签的分类 电子标签是射频识别系统中存储可识别数据的电子装置，电子标签通常安装在被识别对象上，存储被识别对象的相关信息。标签存储器中的信息可由读写器进行非接触读写。标签可以是卡，也可以是其他形式的装置，非接触式IC卡中的遥耦合识别卡就属于电子标签。电子标签的分类电子标签的分类根据标签的供电形式分为有源系统、无源系统和半有源系统。1）无源电子标签：标签内部没有电池，其工作能量均需读写器发射的电磁场来提供，是目前最流行的电子标签形式。2）有源电子标签：通过标签内部的电池来供电，不需要读写器提供能量来启动，标签可主动发射电磁信号，识别距离较长，缺点是成本高寿命有
31、限，而且不易做成薄卡。3）半有源电子标签：内有电池，但电池只对标签内部电路供电，并不主动发射信号，其能量传递方式与无源系统类似，因此其工作寿命比一般有源系统标签要长许多。电子标签的分类电子标签的分类根据标签的数据调制方式分为主动式、被动式和半主动式。一般来讲，无源系统为被动式，有源系统为主动式。电子标签的分类电子标签的分类1）被动式被动式标签没有内部供电电源，其内部集成电路通过接收到的电磁波进行驱动，这些电磁波是由RFID读写器发出的。2）半主动式半主动式标签类似于被动式标签，不过它多了一个小型电池，电力恰好可以驱动标签IC，使得IC处于工作的状态。比起被动式标签，半主动式标签有更快的反应速度
32、，更好的效率。3）主动式主动式标签本身具有内部电源供应器，用以供应内部IC所需电源以产生对外的讯号。一般来说，主动式标签拥有较长的读取距离和较大的记忆体容量，可以用来储存读取器所传送来的一些附加讯息电子标签的分类电子标签的分类根据标签的工作频率可以分为低频、高频、超高频和微波系统。工作在不同频段或频点上的电子标签具有不同的特点。射频识别应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分，即位于ISM波段之中基本可以划分为5个主要范围：低频（30300 KHz）、高频（30 MHz）和超高频（300 MHz3 GHz）以及微波（2.45 GHz以上）。电子标签的分类电子标签的分类1）低频段电子标签低频段射
33、频标签简称为低频标签，其工作频率范围为30300 KHz。典型工作频率有：125 KHz、133 KHz。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从读写器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签的典型应用有动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）等。低频标签有多种外观形式，应用于动物识别的低频标签外观有项圈式、耳牌式、注射式、药丸式等。典型应用的动物有牛、信鸽等。电子标签的分类电子标签的分类2）高频段电子标签中高频段射频标签简称为HF（High Frequency，高频标签），其工作频率一般为3 30 MHz。典型工作频率为13.56 MHz。高频标签一般也采
34、用无源设置，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感（磁）耦合方式从读写器耦合线圈的辐射近场中获得。高频标签由于可方便地做成卡状，因此其典型应用通常包括电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等。电子标签的分类电子标签的分类3）特高频标签特高频标签简称UHF（Ultra High Frequency，特高频，也叫超高频），其工作频率为300 MHz3 GHz，典型的工作频率有433.92 MHz和915 MHz。特高频标签通过电场来传输能量。特高频标签作用范围广，传输数据速度快，但比较耗能，穿透力较弱，作业区域不能有太多干扰，适用于监测港口、仓储等物流领域的物品。电子标签的分类电
35、子标签的分类4）微波标签微波标签工作于2.45 GHz的频段，典型工作频率有2.45 GHz和5.8 GHz。系统包含两种模式：一种是读写器先发指令的无源标签系统，另一种是标签先发指令的有源标签系统。工作时，射频标签位于读写器天线辐射场的远区场内，标签与读写器之间的耦合方式为电磁耦合方式。读写器天线辐射场为无源标签提供射频能量，将有源标签唤醒。微波射频标签的典型应用包括移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等。电子标签的分类电子标签的分类根据内部使用存储器类型的不同，电子标签可分为三种：RW（Read/Write，可读写）标签、WORM（Write Once
36、 Read Many，一次写入多次读出）标签和RO（Read Only，只读）标签。RW标签一般比WORM标签和RO标签贵，如信用卡等。WORM标签是用户可以一次性写入的标签，写入后数据不能改变，WORM的存储器一般由PROM（Programmable Read Only Memory，可编程只读存储器）和PAL（Programmable Array Logic，可编程阵列逻辑）组成，比RW便宜。RO标签保存有一个唯一的号码ID，不能修改，这样具有较高的安全性。RO标签最便宜。电子标签的组成电子标签的组成电子标签主要由天线、射频接口和芯片三部分组成，其内部框图如图2-3所示：电子标签的组成电子
37、标签的组成1）电子标签芯片电子标签芯片是电子标签的一个重要组成部分，如图2-4所示，它主要负责存储标签内部信息，还负责对标签接收到的信号以及发送出去的信号做一些必要的处理。标签芯片可以分为逻辑控制模块和存储模块两部分。电子标签的组成电子标签的组成如图2-5所示，电子标签芯片内部的逻辑控制模块又可以细分为PPM译码模块、命令处理模块、主状态机、编码模块、防碰撞控制、通用寄存器、EEPROM接口等部分。其主要职责是对模拟解调后的数据做一些必要的处理，并且负责与EEPROM及与读写器的通信。电子标签的组成电子标签的组成电子标签的组成电子标签的组成2）天线天线可以将导行波转换为自由空间波，也可以把自由
38、空间波转换为导行波。天线的周围是一个三维空间，这三维分别是波束范围、立体弧度和立体角。由无线发射机发送的信号，首先经由馈线传送给天线，天线接收完毕以后，再经由馈线传送给无线接收机。由此可以看出，在传送信号的过程中，天线是必不可少的。电子标签的组成电子标签的组成在RFID系统中，电子标签的天线必须满足以下一些性能要求：1.体积要足够小，因为天线还要嵌入到体积很小的电子标签中。2.要具有全向性，或者覆盖半球的方向性。3.要能够为电子标签当中的芯片供给能量，并保证芯片获得的信号最大化。4.要保证不管标签的位置在哪里，天线都能够正常地与读写器进行通信。5.要具有鲁棒性。6.考虑到电子标签的价格，天线的
39、价格也不应过高。电子标签的组成电子标签的组成总的来说，电子标签具有以下特点：1.具有一定的存储容量，可以存储被识别物品的相关信息。2.在一定工作环境及技术条件下，电子标签存储的数据能够被读出或写入。3.维持对识别物品的识别及相关信息的完整。4.数据信息编码后，及时传输给读写器。5.具有可编程操作，并且编程以后，永久性数据不能进行修改。6.具有确定的使用期限，使用期限内不需维修。7.对于有源标签，通过读写器能够显示电池的工作情况。电子标签的工作原理电子标签的工作原理1.电子标签的状态转移如图2-6所示，天线接收读写器传送过来的电磁信号；解调单元负责将经过调制的信号加以解调，将载波去除，以获得最初
40、的调制信号；逻辑控制单元负责对读写器传送来的信号进行译码，并且按照读写器的要求回传数据给读写器；电压调节单元把从读写器接收过来的射频信号转化为直流电源（DC），并且经由其内部的储能装置（大电容）将能量储存起来，再通过稳压电路，以确保稳定的电源供应。电子标签的工作原理电子标签的工作原理从天线发射与天线接收是一个相逆的过程，由控制单元传出的数据需要经过调制单元的调制以后，才能加载到天线上，成为天线可以传送的射频信号，再回传给读写器。电子标签的工作原理电子标签的工作原理图2-6 标签天线的耦合电子标签的工作原理电子标签的工作原理从标签天线的耦合上来看，法拉第定理指出，一个时变磁场通过一个闭合导体回路
41、时，在其上会产生感应电压，并在回路中产生电流。当应答器进入读写器产生的交变磁场时，应答器的电感线圈上就会产生感应电压，当应答器与读写器的距离足够近，应答器天线电路所截获的能量可以供应答器芯片正常工作时，读写器和应答器才能进入信息交互阶段。可以根据耦合距离对电子标签分类，如图2-7。电子标签的工作原理电子标签的工作原理图2-7 电子标签的耦合分类电子标签的工作原理电子标签的工作原理电子标签的技术参数电子标签由标签天线、接口和芯片等采用特殊的工艺制造而成。按照电子标签的技术特征，针对标签的技术参数有：能量需求、读写速度、封装形式、内存、工作频率、传输速率和数据的安全性等。电子标签的工作原理电子标签
42、的工作原理1）能量需求标签的能量需求是指激活标签电路工作所需要的能量大小。在一定距离内，激活能量太小就无法使标签正常工作。2）传输速率标签的传输速率指的是标签向读写器发送数据的传输速率及接收来自读写器的写入数据命令的速率。3）读写速度标签的读写速度由标签被读写器识别和写入的时间决定，一般为毫秒级，因此携带UHF标签的物体运动速度可以达到100米每秒，即可以达到360千米每小时的速度。电子标签的工作原理电子标签的工作原理4）工作频率标签的工作频率是指标签工作时采用的频率，即低频、中频、高频、超高频或微波等。5）容量标签的容量指的是射频标签携带的可供写入数据的内存量，一般可以达到1 KB（1024
43、 Byte）的数据量。6）封装形式标签的封装形式主要取决于标签天线的形状，不同的天线可以封装成不同的标签形式，运用在不同的场合，并且具有不同的识别性能。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺1.电子标签的封装形式根据应用的不同特点和使用环境，电子标签往往采用不同的封装形式。从我国得到成功应用的案例中可以看到的有如下三大类，其中异型类的封装更是千姿百态。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺1）异形类 如图2-8所示，压力容器（工业、民用气瓶用标签）、医用腕带、动物用耳标、禽用脚环（鸽、鸡、鸭）等多为异形类。金属表面设置型：大多数电子标签不同程度地会受到附近金属的影响而不能正常工作。这类标签经过特殊
44、处理，可以设置在金属上并可以读写。用于压力容器、锅炉、消防器材等各类金属件的表面。腕带型：可以一次性（如医用）或重复使用（游乐场、海滩浴场）。动、植物使用型电子标签其封装形式可以是注射式玻璃管、悬挂式耳标、套扣式脚环、嵌入式识别钉。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺2）卡片类 如图2-9所示，职员身份证、旅游景点门票、展览会门票等均属卡品类标签。层压：有熔压和封压两种。胶合：采用纸或其他材料通过冷胶的方式使传输邦（Transponder）上下材料胶合成一体，再模切成各种尺寸的卡片或吊牌。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺电子标签的制作工
45、艺3）标签类 如图2-10所示，劳动技能证书标签、出租车玻璃贴、库存盘点用物料标签、国际体育比赛门票，主要是粘贴式，吊牌等主要为标签类。粘贴式：成品可制成人工或贴标机揭取的卷标形式，这是应用中最多的主流产品，即商标背面附着电子标签，直接贴在被标识物上。吊牌类：对应于服装、某些物品采用吊牌类产品，特点是尺寸紧凑，可以打印，也可以回收。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺2.封装工艺封装环节主要包括三个主要工艺：RFID电子标签天线制造、一次封装（Inlay的制作）和二次封装（基板上涂覆绝缘膜、冲裁）。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺1）RFID 电子标签天
46、线制造RFID电子标签天线制造常用的技术方法有：线圈绕制法、蚀刻法、烫印法和直接印制法（导电油墨印刷法），这些都属于天线的印制技术。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺（1）线圈绕制法。利用线圈绕制法制作RFID天线时，要在一个绕制工具上绕制标签线圈，并使用烤漆对其进行固定，此时天线线圈的匝数一般较多。将芯片焊接到天线上之后，需要对天线和芯片进行粘合，并加以固定，绕制的矩形和圆形天线如图2-11所示。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺线圈绕制法的特点如下：（a）频率范围为125134 KHz的RFID电子标签，只能采用这种工艺，线圈的圈数一般为几百到上千。（b）这种方法的缺点是成本高，生产速
47、度慢。（c）高频RFID天线也可以采用这种工艺，线圈的圈数一般为几到几十。（d）UHF天线很少采用这种工艺。（e）这种方法天线通常采用焊接的方式与芯片连接，此种技术只有在保证焊接牢靠、天线硬实、模块位置十分准确以及焊接电流控制较好的情况下才能保证较好的连接。由于受控的因素较多，这种方法容易出现虚焊、假焊和偏焊等缺陷。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺（2）蚀刻法蚀刻法也称印制腐蚀法，或减成印制法。先在一个底基载体（如塑料）上面覆盖一层2025 mm厚的铜或铝，另外制作一张天线阳图的丝网印版，用网印的方法将抗蚀剂印在铜或铝的表面上，保护下面的铜或铝不受腐蚀剂侵蚀；而未被抗蚀剂膜覆盖的铜或铝会被
48、腐蚀剂溶化，露出底基成为天线电路线的间隔线；最后涂上脱膜液去除抗蚀膜，进而制成天线。如图2-12所示为蚀刻法蚀刻的铜材料和铝材料。蚀刻工艺流程可参考图2-13。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺图2-12 蚀刻法蚀刻的铜材料和铝材料图2-13 蚀刻法工艺电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺蚀刻法的特点如下：（a）蚀刻天线精度高，能够与读写器的询问信号相匹配，天线的阻抗、方向性等性能都很好，天线性能优异且稳定。（b）这种方法的缺点就是成本太高，制做程序繁琐，产能低下。（c）高频RFID标签常采用这种工艺。（d）蚀刻的RFID标签耐用年限为十年以上。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺（3）烫印
49、法。烫印技术是通过烫印金属箔强调亮度和创意效果的技术。该技术一般被用于书籍的装订和商品的包装等。烫印法工艺如图2-14所示。烫印法制作天线就是将书刊封面等的烫金技术移植到天线的制作中来。在书籍、票据等纸制印刷品的制造中，可将无线标签直接烫印其上。如图2-15所示为烫印的RFID标签。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺图2-14 RFID烫印法工艺图2-15 烫印技术电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺（4）导电油墨印刷法导电油墨已开始取代各频率段的蚀刻天线，如超高频段（860 950 MHz）和微波频段（2450 MHz），用导电油墨印刷的天线可以与传统蚀刻的铜天线相比拟，此外，导电油墨还用
50、于印制RFID中的传感器及线路印刷，其流程图如图2-16所示。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺图2-16 RFID导电油墨印刷法流程图电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺（5）印刷法。印刷天线技术可以用于大量制造13.56 MHz和UHF频段的RFID电子标签，如图2-17所示，印刷法制作的天线。该工艺的优点是产出最大，成本最低；但是这种方法的缺点是电阻大，附着力低，耐用年限较短。电子标签的制作工艺电子标签的制作工艺2）一次封装（内嵌片的制作）一次封装是指带有天线的基板和芯片通过点胶的方式制成内嵌片的过程。3）二次封装（基板上涂覆绝缘膜、冲裁）二次封装主要是在基板上涂覆绝缘膜、冲裁。二次封
