RFID.docx - 冰点文库

资源描述

RFID.docx

《RFID.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《RFID.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

RFID.docx

RFID

RFID、分类、工作原理、门禁系统

RFID工作频率的分类

1.概要

从应用概念来说，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，是其最重要的特点之一。

毫无疑问，射频标签的工作频率是其最重要的特点之一。

射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。

工作在不同频段或频点上的射频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。

典型的工作频率有：

125kHz，133kHz，13.56MHz，27.12MHz，433MHz，902~928MHz，2.45GHz，5.8GHz等。

从应用概念来说，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率。

2．低频段射频标签

低频段射频标签，简称为低频标签，其工作频率范围为30kHz~300kHz。

典型工作频率有：

125KHz，133KHz。

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阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。

低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。

低频标签的阅读距离一般情况下小于1米。

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。

与低频标签相关的国际标准有：

ISO11784/11785（用于动物识别）、ISO18000-2（125-135kHz）。

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。

低频标签的主要优势体现在：

标签芯片一般采用普通的CMOS工艺，具有省电、廉价的特点；工作频率不受无线电频率管制约束；可以穿透水、有机组织、木材等；非常适合近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应用（例如：

动物识别）等。

低频标签的劣势主要体现在：

标签存贮数据量较少；只能适合低速、近距离识别应用；与高频标签相比：

标签天线匝数更多，成本更高一些；

3．中高频段射频标签

中高频段射频标签的工作频率一般为3MHz~30MHz。

典型工作频率为：

13.56MHz。

该频段的射频标签，从射频识别应用角度来说，因其工作原理与低频标签完全相同，即采用电感耦合方式工作，所以宜将其归为低频标签类中。

另一方面，根据无线电频率的一般划分，其工作频段又称为高频，如表2.2所示，所以也常将其称为高频标签。

鉴于该频段的射频标签可能是实际应用中最大量的一种射频标签，因而我们只要将高、低理解成为一个相对的概念，即不会在此造成理解上的混乱。

为了便于叙述，我们将其称为中频射频标签。

中频标签一般也采用无源设主，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感（磁）耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。

标签与阅读器进行数据交换时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。

中频标签的阅读距离一般情况下也小于1米。

中频标签由于可方便地做成卡状，典型应用包括：

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。

相关的国际标准有：

ISO10374，ISO18000-4（2.45GHz）、-5（5.8GHz）、-6（860-930MHz）、-7（433.92MHz），ANSINCITS256-1999等。

RFID无线识别电子标签介绍

无线射频识别技术（RadioFrequencyIdenfICation，RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。

　　RFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分。

电子标签是射频识别系统的数据载体，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。

依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有源电子标签（Activetag）、无源电子标签（Passivetag）和半无源电子标签（SEMI—passivetag）。

有源电子标签内装有电池，无源射频标签没有内装电池，半无源电子标签（Semi—passivetag）部分依靠电池工作。

　　电子标签依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。

依据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。

　　RFID阅读器（读写器）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（发送器和接收器）、控制单元以及阅读器天线。

RFID的工作原理

射频识别系统的基本模型如图8—1所示。

其中，电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置，扫描器、通讯器、读写器（取决于电子标签是否可以无线改写数据）。

电子标签与阅读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、数据的交换。

　　发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。

（1）电感耦合。

变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律，如右图所示。

RFID读写器技术原理图:

电感耦合模型的读写器

电磁反向散射耦合型的RFID读写器

（2）电磁反向散射耦合：

雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。

典型的工作频率有：

125kHz、225kHz和13．56MHz。

识别作用距离小于1m，典型作用距离为10～20cra。

　　电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。

典型的工作频率有：

433MHz，915MHz，2．45GHz，5．8GHz。

识别作用距离大于1m，典型作用距离为3—l0m。

RFID读写器防冲撞（防碰撞）实现机理

RFID分类的第二个重要的看点在于是否需要同时读取复数个标签。

为了实现这个功能在通信上所采取的技术是（防冲撞）＂防碰撞＂．同时读取复数个标签是常被人们谈及的RFID比图形码远为优越的地方，但是如果没有防碰撞（防冲撞）的功能时，RFID系统只能读写一个标签。

在这种情况下如果有两个以上的标签同时处于可读取的范围内就会导致读取的错误。

其次，我们来简单地说明防碰撞（防冲撞）功能的工作原理。

即使是具有防碰撞（防冲撞）功能的RFID系统，实际上并非同时读取所有标签的内容。

在同时查出有复数个标签存在的情况下，检索信号并防止冲突的功能开始动作。

为了进行检索，首先要确定检索条件。

例如，13.56MHz频带的RFID系统里应用的ALOHA方式的防碰撞功能的工作步骤如下。

1）、首先，阅读器指定电子标签内存的特定位数（1~4位左右）为次数批量。

2）、电子标签根据次数批量，将响应的时机离散化。

例如在两位数的次数批量“00、01、10、11”时，读写器将以不同的时机对这四种可能性逐一进行响应。

3）、若在各个时机里同时响应的电子标签只有一个的场合下才能得到这个电子标签的正常数据。

信息读取之后阅读器对于这个电子标签发送在一定的时间内不再响应的睡眠的指令（Sleep/Mute）使之在休眠，避免再次向应。

4）、若在各个时机内同时由几个电子标签响应，判别为“冲突”。

在这种情况下，内存内的另外两位数所记录的次数批量，重复以上从2）开始的处理。

5）、所有的电子标签都完成响应之后，阅读器向他们发送唤醒的指令（WakeUp），从而完成对所有电子标签的信息读取。

在这种搭载有防碰撞（防冲撞）功能的RFID系统中，为了只读一个标签，几经调整次数批量反复读取进行检索。

所以，一次性读取具有一定数量的标签的情况下，所有的标签都被读到为止其速度是不同的，一次性读取的标签数目越多，完成读取所需时间要比单纯计算所需的时间越长。

实现防止抗碰撞（防冲撞）的功能是RFID在物流领域中取代图形码所必不可少的条件。

例如，在超市中，商品是装在购物车里面进行计价的。

为了实现这种计价方式，抗碰撞（防冲撞）功能必须完备。

另一方面，在电子货币和个人认证方面利用RFID系统时，同时识别几个标签是发生差错的主要原因。

具有抗碰撞（防冲撞）功能的RFID系统的价格比不具有这种功能的系统的要昂贵。

当个人用户在制作RFID系统的时候，如果没有必要进行复数个ID同时认识时就没有必要选择抗碰撞机能的读写器。

基于RFID的门禁系统方案

门禁系统，又称为出入口控制系统，是对重要区域或通道的出入口进行管理与控制的系统。

随着社会的发展，它已不局限于简单的对门锁或钥匙的管理，而是集自动识别技术和现代化管理技术与一体的新型现代化安全管理系统，已成为安全防范系统中极为重要的一部分，被广泛应用中智能大厦、办公室、宾馆等场合。

目前，门禁系统的控制手段主要有：

指纹识别、人脸识别、虹膜识别和射频卡等。

前3种方式都属于生物识别技术，是以人体某部分的特征为识别载体和手段，其唯一性和不可复制性决定了其是最安全的身份验证方法，但其价格昂贵，难以普及，且涉及到个人隐私，只适用于高端和绝对机密的场所。

　　射频卡是无线射频技术和智能卡技术相结合的产物，其具有使用简单、维护方便等特点。

　　为了提高门禁系统的现代化管理和远程监控能力，介绍了一种基于Web技术的门禁系统。

系统采用无线射频技术，当读写器的射频范围内出现非接触式IC卡时，读卡并将信息通过串口通信传送给服务器进行相关的数据处理，并构建了基于C/S模式的管理平台，管理员可通过Web网页对门禁控制器查询和控制，从而有效地实现在互联网的任何位置对信息的实时监控。

　　1 系统架构

　　系统采用非接触式IC卡，利用无线射频识别技术RFID（RadioFrequencyIdentification）检测IC卡，当IC卡靠近读写器时，读写器能准确地对其识别，并将其序列号发送给主控器和PC机，通过应用程序连接后台数据库获取与该卡号对应的用户信息。

　　若该卡已进行注册，则通过验证并通知控制器开门，并记录卡号和开门时间，反之则禁止通行并告知持卡人离开。

　　系统由电子标签、读写器、串口通讯、服务器和用户终端五部分组成。

如图1所示。

读写器是系统的核心，其通过射频信号与IC卡（电子标签）通信，完成读卡、存储和发送数据的工作，其可以独立工作，也可联网工作，文中采用RS232串口通信与服务器相连。

　　服务器和用户端之间采用C/S结构，应用软件与数据库SQLSERVER2000连接通过ADO对象实现，两者通过局域网实现互联。

在系统管理员授予权限的情况下，用户均可以查询、统计、打印管理系统的所有相关记录。

2.1 硬件总体设计

　　射频读写器是系统的核心，由主控电路、射频读写电路、天线耦合电路和天线等电路组成，负责对射频信号的处理和数据的传输，完成对IC卡序列号读取的任务，如图2所示。

　　电子标签，即射频卡，由IC卡片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡内，芯片及其天线无任何外露部分。

卡片无需电源，在一定范围内靠近读写器时，通过天线的传递来完成数据的读写操作。

本文选用Philips公司的Mifare1卡，该卡基于ISO14443TYPEA国际标准，每张卡具有全球唯一的序列号，具有防冲突功能。

　　天线的作用就是产生磁通量，为卡片提供电源，在读写器和卡片之间传送信息。

天线的有效电磁场范围就是系统的有效工作区域。

　　读写芯片选取Philips生产的用于读写Mifare1卡的专用芯片MFR500,工作频率为13.56MHz。

　　主控器由AT89S52单片机及其外围电路组成，负责控制读写模块、与PC机间的串口通信和对外部设备的控制操作。

其中单片机对读写模块的操作就是通过控制MFRC500来实现对Mifare1卡的操作。

　　它是单片机与IC卡之间数据传输的桥梁。

2.2 射频电路设计

　　3.2 上位机软件设计

　　在VC++6.0编程环境下，利用CSerialPort类来实现串口通讯，接收发送而来的IC卡序列号，而后通过ADO技术访问数据库获取该卡对应的用户信息进行验证处理。

　　系统基于SQLSERVER2000进行数据库开发，管理员进入系统必须输入帐号和密码，以阻止非系统管理员非法登录系统。

之后管理员可完成对卡号信息的注册、查询、修改和删除等工作，并将来访信息（用户和通行时间）记录在数据库中，以便进行数据统计和查询等。

监控管理软件的功能模块如图6所示。

　　信息发布模块基于ASP.net实现，实现过程主要是通过读取SQLServer数据库的监控管理信息表，做成信息发布网站部署到IIS服务器，这样，用户就可以以访问网页的形式在任何位置查看系统信息和门禁记录。

4 程序运行

　　以桂林电子科技大学电子工程学院实验室门禁管理为例，实现了系统的软硬件设计。

管理员输入帐号和密码后，进入如图7所示的监控管理软件主界面。

　　经测试，IC卡有效工作距离为6cm。

当IC卡响应时，系统自动显示卡号、持卡用户信息以及进入时间，并自动存入后台数据库。

由于Mifare1卡具有全球唯一的序列号，故会员注册时可将会员信息与IC卡序列号捆绑在一起存入数据库。

这样查阅信息时可按照时间或直接按照姓名进行精确查找。

　　5 结语

　　提出的基于RFID和Web服务的门禁管理系统为重要部门的出入提供了智能化控制和远程管理机制。

采用无线射频技术RFID实现无钥匙化出入，不易损失、可重复使用；采用SQL数据库和Web服务实现门禁的远程监控，操作方便、灵活且安全，在智能家居、办公室出入、物流等场合具有广阔的应用前景。

展开阅读全文