RFID标准系统.docx

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RFID标准系统

成绩：

2021-2021学年2学期

“射频识别〔RFID〕原理与应用〞报告

报告题目：

学生姓名：

叶晶

专业：

物联网

班级：

0851303

学号：

2021212498

填表时间：

2021年6月

RFID标准系统

射频识别技术〔RadioFrequencyIdentification，缩写RFID〕，射频识别技术是20世纪90年代开场兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息到达识别目的的技术。

从信息传递的根本原理来说，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的的空间耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目的后携带目的信息返回雷达接收机）。

从上世纪80年代开场逐渐走向成熟的一项自动识别技术。

近年来由于集成电路的快速开展，RFID标签的价格持续减低，因此在各个领域的应用开展非常迅速。

为了更好地推动这一新产业的开展，国际标准化组织ISO、以美国为首的EPCglobal、日本UID等标准化组织纷纷制定RFID相关标准，并在全球积极推广这些标准。

（1）ISO标准体系：

RFID标准化工作最早可以追溯到20世纪90年代。

1995年国际标准化组织ISO/IEC结合技术委员会JTCl设立了子委员会SC31〔以下简称SC31〕，负责RFID标准化研究工作。

SC31委员会由来自各个国家的代表组成，如英国的BSIIST34委员、欧洲CENTC225成员。

他们既是各大公司内部咨询者，也是不同公司利益的代表者。

因此在ISO标准化制定过程中，有企业、区域标准化组织和国家三个层次的利益代表者。

RFID领域的ISO标准可以分为以下四大类：

[1]技术标准〔如射频识别技术、IC卡标准等〕[2]数据内容与编码标准〔如编码格式、语法标准等〕[3]性能与一致性标准〔如测试标准等标准〕[4]应用标准〔如船运标签、产品包装标准等〕从ISO制订的RFID标准内容来说，RFID应用标准是在RFID编码、空中接口协议、读写器协议等根底标准之上，针对不同使用对象，确定了使用条件、标签尺寸、标签粘贴位置、数据内容格式、使用频段等方面特定应用要求的详细标准，同时也包括数据的完好性、人工识别等其他一些要求。

通用标准提供了一个根本框架，应用标准是对它的补充和详细规定。

这一标准制订思想，既保证了RFID技术具有互通与互操作性，又兼顾了应用领域的特点，可以很好地满足应用领域的详细要求。

〔2〕EPCGlobal标准体系：

EPCGlobal是由美国统一代码协会〔UCC〕和国际物品编码协会〔EAN〕于2003年9月共同成立的非盈利性组织，其前身是1999年10月1日在美国麻省理工学院成立的非盈利性组织Auto-ID中心，以创立“物联网〞（InternetofThings）为自己的使命。

与ISO通用性RFID标准相比，EPCglobal标准体系是面向物流供给链领域，可以看成是一个应用标准。

EPCglobal的目的是解决供给链的透明性和追踪性，透明性和追踪性是指供给链各环节中所有合作伙伴都可以理解单件物品的相关信息，如位置、消费日期等信息。

为此EPCglobal制定了EPC编码标准，它可以实现对所有物品提供单件惟一标识；也制定了空中接口协议、读写器协议。

这些协议与ISO标准体系类似。

在空中接口协议方面，目前EPCglobal的策略尽量与ISO兼容，如C1Gen2UHFRFID标准递交ISO将成为ISO180006C标准。

但EPCglobal空中接口协议有它的局限范围，仅仅关注UHF860～930MHz。

目前EPCglobalNetwork技术标准1.0版给出了所有的系统定义和功能要求。

EPCGlobal已在加拿大、日本、中国等国建立了分支机构，专门负责EPC码段在这些国家的分配与管理、EPC相关技术标准的制定、EPC相关技术在外乡的宣传普及以及推广应用等工作。

EPCGlobal提出的“物联网〞体系架构由EPC编码、EPC标签及读写器、EPC中间件、ONS效劳器和EPCIS效劳器等部分构成。

EPC是赋予物品的唯一的电子编码，其位长通常为64位或96位，也可扩展为256位。

对不同的应用，规定有不同的编码格式，主要存放企业代码、商品代码和序列号等。

最新的GEN2标准的EPC编码可兼容多种编码。

EPC中间件对读取到的EPC编码进展过滤和容错等处理后，输入到企业的业务系统中。

它通过定义与读写器的通用接口〔API〕实现与不同制造商的读写器的兼容。

ONS效劳器根据EPC编码及用户需求进展解析，以确定与EPC编码相关的信息存放在哪个EPCIS效劳器上。

EPCIS效劳器存储并提供与EPC相关的各种信息。

这些信息通常以PML的格式存储，也可以存放于关系数据库中。

物联网标准是EPCglobal所特有的，ISO仅仅考虑自动身份识别与数据采集的相关标准，数据采集以后如何处理、共享并没有作规定。

物联网是将来的一个目的，对当前应用系统建立来说具有指导意义。

〔3〕UbiquitousIDUbiquitousIDCenter是由日本政府的经济产业省牵头，主要由日本厂商组成，目前有日本电子厂商、信息企业和印刷公司等达300多家参与。

该识别中心实际上就是日本有关电子标签的标准化组织。

uIDCenter的泛在识别技术体系架构由泛在识别码〔ucode〕、信息系统效劳器、泛在通信器和ucode解析效劳器等四部分构成。

ucode是赋予现实世界中任何物理对象的唯一识别码。

它具备了128位的充裕容量，并可以用128位为单元进一步扩展至256、384或512位。

ucode的最大优势是能包容现有编码体系的元编码设计，可以兼容多种编码。

ucode标签具有多种形式，包括条码、射频标签、智能卡、有源芯片等。

泛在识别中心把标签进展分类，设立了9个级别的不同认证标准。

信息系统效劳器存储并提供与ucode相关的各种信息。

ucode解析效劳器确定与ucode相关的信息存放在哪个信息系统效劳器上。

ucode解析效劳器的通信协议为ucodeRP和eTP，其中eTP是基于eTron〔PKI〕的密码认证通信协议。

泛在通信器主要由IC标签、标签读写器和无线广域通信设备等部分构成，用来把读到的ucode送至ucode解析效劳器，并从信息系统效劳器获得有关信息。

泛在识别中心对网络和应用平安问题非常重视，针对将来可能出现的平安问题如截听和非法读取等，节点进展信息交换时需要互相认证，而且通信内容是加密的，防止非法阅读。

目前，ISO/IEC18000、EPCglobal、日本UID三个空中接口协议正在完善中。

这三个标准互相之间并不兼容，主要差异在通讯方式、防冲突协议和数据格式这三个方面，在技术上差距其实并不大。

RFID机器人定位研究

RFID技术利用无线射频信号在读写器与标签之间进展数据通信，射频信号具有一定的穿透性，解决了机器人定位于地图创立过程中传感器非视距的问题。

提出了一种新颖的利用周围环境中少量的位置未知的标签来估算出计机器人位置的方法，并利用粒子滤波算法来增强算法的鲁棒性。

同时，还引入了RFID天线功率切管器来进步地图创立的准确性，降低了机器人定位差。

最后通过定量分析影响效果3个主要因子，证明了这种定位方法具有较高的定位精度。

射频识别技术是近年来兴起的一门自动识别技术。

与传统的条形码系统，接触式卡等不同，射频识别系统李勇无线射频方式非接触供电，并进展非接触双向数据通信，以到达识别并交换数据的目的；识别工作无须入工干预，可工作于各种恶略的环境。

如今工业现场使用大量工程机器人，其中固定轨道机器人最为常见。

顶轨迹机器人的一个根本要求就是可以根据要求成自我定位，是机器人无论是在机构化或非构造化的环境里都能按照设定的道路和周围环境的位置关系，根据任务作出正确的决定和途径选择。

挪动机器人按照其运动轨迹的不同，可分为静态途径和动态途径两种，也可以根据对环境信息掌握的程度不同将挪动技巧其人的途径规划分为全局途径规划和部分途径规划。

由于RFID读取器对标签的间隔不可知,导致RFID定位产生固有误差。

所以为了降低位置估计的误差,很多学者进展了研究。

CHAE把主动RFID标签作为人造环境特征进展全局定位,并结合视觉传感器进展部分地图匹配完成了挪动机器人的室内定位。

DEY-LE使用多接收天线的粒子滤波模型完成室内挪动机器人的位置估。

BYOUNG-SUK结合被动RFID标签和里程计有效降低了RFID定位的固有误差。

SOONSHIN使用三角型地板标签排列模型代替传统的正方形模型把固有误差降低18%。

MYUNGSIK使用主动RFID标签和超声传感器完成了目的寻找和避障实验。

TOSHI-HIRO使用多范围感知RFID模型对机器人位姿进展估计。

可见许多研究人员都是结合相对传感器或绝对传感器的应用来消除RFID的估计误差的,这是一个可行的思路。

笔者研究室内地板被动RFID标签定位模型,YOSUKE提出该模型的定位精度依赖室内标签的埋放密度,不能消除RFID定位的固有误差。

为理解决这个问题,提出交融RFID、超声波、电子罗盘和里程计自定位的方法,在RFID定位的根底上附加一种定位系统,以补偿RFID定位的缺陷。

扩展卡尔曼滤波（EKF）是一种用于机器人位姿跟踪的常用定位方法,在正常情况下可以很好地跟踪机器人位姿。

当挪动机器人没有检测到新的RFID标签时,单纯的RFID定位系统的位姿无法更新,位姿估计的误差可能被累积。

而利用超声波、电子罗盘和里程计组成的扩展卡尔曼定位系统,可以及时更新位姿,从而有效降低RFID技术上的缺陷,减小RFID定位误差。

RFID根本组成：

RFID标签（Tag）：

由芯片与天线组成，每个标签具有唯一的电子编码。

标签附着在物体上以标识目的对象。

RFID阅读器（Reader）：

主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。

RFID数据处理单元：

主要任务管理数据库及防冲突等。

典型RFID定位系统

当挪动机器人行走时,所装备的RFID读取器的有效读取覆盖范围如图1所示,所有检测到的RFID标签在以r为半径的圆内。

定位开场时,挪动机器人通过读取器获取在读取范围内的标签定位信息来估计自身位置,直到检测到新的标签,再对位置估计进展更新。

RFID定位平面图如图2所示,从图2可知,机器人的位置估计（xest,yest）可以通过读取范围内标签存储的定位信息来估计：

RFID位置估算误差：

在这种位置估计的过程中,固有误差始终存在。

定位误差与RFID标签的排列间隔息息相关,RFID定位误差示意图如图3所示。

每个标签存储的地理信息为a1到an+1,并且标签的间隔固定为dtag。

从图4可以得到位置估计x轴xest与机器人实际坐标的xrel误差。

基于扩展卡尔曼滤波的RFID定位算法挪动机器人交融RFID、超声波、电子罗盘和里程计自定位,补偿了RFID定位系统的固有误差,算法流程如图4所示。

其思路分两步:

扩展卡尔曼定位

扩展卡尔曼算法假设系统状态的概率分布是高斯分布,噪声是互相独立的。

初始化挪动机器人状态X0[x0,y0,θ0],误差协方差矩阵P0，机器人行驶时基于运动模型预测位置x^（k+1/k）=f[x（k/k）],协方差矩阵P（k+1/k）=F（k）P（k/k）F（k）T+Q（k）,其中F（k）=f（k）为f（k）的雅可比矩阵传感器的预测值为z（k+1）=h[x（k+1/k）]用来对观测的环境特征产生预测观测值,并产生新息为（k+1）=z（k+1）-z（k+1）。

测量预测与观测间的新息的协方差矩阵为S（k+1）=H（k）P（k+1/k）H（k）T+R（k）,H为测量方程中h的雅可比矩阵。

计算卡尔曼增益矩阵：

K（k）=P（k+1/k）H（k）TS（k+1）-1,并利用增益矩阵更新机器人的位置预估:

x（k+1/k+1）=x（k+1/k）+K（k）（k+1）,协方差矩阵更新为：

P（k+1/k+1）=[I-K（k）H（k）]P（k+1/k）。

（2）检测到新的RFID标签时,对位姿进展更新。

当挪动机器人持续行驶时,一旦检测到新的标签,RFID定位就更新位置估计。

这样填补了RFID定位位置更新之间的空白,消除了RFID定位位置更新之间的误差累积,并且超声传感器对环境特征的匹配也会减少定位的误差。

基于RFID射频技术签到器设计

当下，很多公司在上班登记的时候，仍采用传统的手工签到方式通过人事部门工作人员核对参会人员身份，一旦公司的规模到达一定程度，便会出现工作效率低，不便于自动化统计等情况。

因此，如何对参会人员进展身份识别和统计，成为了会议组织管理工作中的的一个核心问题。

此次设计的RFID签到系统由RFID读写器、效劳器、PC机或挪动终端等部分构成，RFID读写器在完成发卡环节的根底上，将采集到的员工信息通过上传到网络效劳器，用户通过Web或挪动终端就可以获取参会情况的相关信息。

RFID卡技术

基于RFID技术的智能开放式的考勤系统可以让每人佩带一张工作牌〔内含RFID电子标签卡〕，无论何时进入公司入口，无需主动刷卡即可实现自动签到，从而实现对员工的自动签到、人员信息自动显示、签到信息统计等功能，为公司省去了大量的人力、物力、财力，也为公司人员省去了大量时间。

考勤系统中，员工需要刷卡考勤，考勤卡是基于RFID技术的射频卡。

RFID〔射频识别〕技术是一种无线射频识别技术，俗称电子标签。

RFID系统主要由三部分组成，分别是接收读取器〔Reader〕、天线〔Antenna〕以及电子标签〔Tag〕。

电子标签主要由芯片和耦合元件组成，数据信息存在芯片内部。

接收读取器是读取电子标签信息的设备。

天线主要用于与信息读取设备间通信，它可以在接收读取器和电子标签之间传递射频信号。

其工作原理是当电子标签进入接收读取器的有效区域后，会感应到接收读取器发出的射频信号，电子标签通过电磁感应获取能量并工作，同时，通过调制器将存储芯片中数据信息调制到反射回去的射频信号中。

接收读取器读取返回的射频信息并解码后，通过数据接口进展输出。

个识别过程主要是通过射频信号来进展。

每个标签的代码可以做成世界上惟一的，存储的数据信息的内容通过密码进展保护，不容易被伪造或假冒。

效劳器与软件

效劳器端主要完成以下2个方面的工作：

〔1〕接收来自RFID读卡器发送过来的信息。

〔2〕将处理好的数据放置在数据库中并实时展示在Web中和供用户查询。

根据系统功能的需要，考勤管理系统主要包括多个信息表，其中主要有：

〔1〕根底信息部分，RFID卡的与员工卡号绑定，主要包括员工工号、姓名、职位等信息。

〔2〕考勤信息表，日常工作考勤情况，如缺席、迟到等情况记录。

〔3〕管理员信息表，用于区分管理员的管理权限。

〔4〕系统配置信息表等。

系统维护子模块可以对对数据库中的信息进展增删查改等操作，以保证整个数据的完好性、正确性等。

数据库中应存放有公司内部所有人员信息〔姓名、工号、所在部门、职位、身份证号等〕。

完毕语

本系统在充分研究RFID技术的根底上，设计了基于RFID的签到系统，系统功能根本实现，可以正常运作，系统中主要实现以下功能。

〔1〕完成了系统的硬件设计，通过RFID读写器提早将员工数据写入电子标签卡中，在考勤环节，能准确获取电子标签卡中数据，并上传到效劳器，一台读写器可以同时读取多张射频卡。

〔2〕完成了系统的软件流程设计，软件端可以快速准确的访问数据库，获取签到数据，并在Web端展示，管理员在网页中可以快速准确的操作数据库中的数据。