最新射频识别技术——原理协议及系统设计RFID系统组件原理课件PPT.ppt 52页

'射频识别技术——原理协议及系统设计RFID系统组件原理 射频识别技术原理、协议及系统设计第二章RFID系统组件原理 本章内容2.1阅读器2.2射频标签2.3软件系统组成2.4小结 2.1.2阅读器分类按结构外观在实际应用中，由于需要综合考虑阅读器成本、便携性等方面因素，因此阅读器在外观结构上有很大不同，可分为以下三类：固定式便携式工业读写器有线供电集成度高搭建快速体积较小电池供电移动方便行业相关可集成其他传感器 2.1.3阅读器操作规范为保证阅读器的性能满足应用需求，在阅读器的使用过程中通常要遵循相应的操作规范。在操作规范中，下面几点是选择使用阅读器时需要重点考虑的方面： 2.1.4阅读器组成又称基带控制模块包含：微处理器以执行计算任务数字信号处理芯片以完成数字信号的编码、解码又称高频接口模块包含分隔的信道：发射器信号通道接收器信号通道 2.1.5信号处理与控制模块与上位机进行通信，并执行从上位机发来的命令控制与射频标签的通信过程信号的编码和解码执行防碰撞算法对阅读器和射频标签之间传送的数据进行加密和解密进行阅读器和标签之间的身份验证 2.1.6射频模块电感耦合型射频模块低频、高频RFID系统通过阅读器和射频标签之间的电感耦合工作。该工作方式的射频标签一般是无源的，通过电感耦合给标签提供能量。阅读器向射频标签发送数据时，可以采用多种数字调制技术对数据进行调制。射频标签向阅读器发送数据时，通常采用负载调制技术，将射频标签天线线圈中的电压变化传到阅读器天线。 2.1.6射频模块电磁反向散射耦合型射频模块远距离超高频RFID系统利用阅读器与射频标签之间的电磁反向散耦合原理工作的，类似于雷达的工作原理。该系统中，为了给射频标签提供工作能量，阅读器必须不断地发送射频信号。阅读器发送信号和标签返回信号频率相同、强度不同。为了区分，超高频的射频模块可分为：源模块、发送模块和接受模块。 2.1.6射频模块电磁反向散射耦合型射频模块源模块的作用是为发送通道和接受通道提供本地振荡器（LocalOscillator）。放大之后的载波信号经过功分器分成两路，一路送往发送模块，一路送往接受模块。 2.1.6射频模块电磁反向散射耦合型射频模块发送模块由混频器、线性放大器、前置放大器、功率放大器和阻抗变换网络组成。线性放大器信号放大混频器载波、基带信号混合调制功率放大器阻抗变换网阻抗匹配低通滤波器和谐波抑制器环形器 2.1.6射频模块电磁反向散射耦合型射频模块接受模块由线性放大器、两个功分器和两个混频器组成。射频标签返回微弱信号天线环形器（三端口微波器件）带通滤波器功分器混频器I路基带信号输出混频器Q路基带信号输出 2.1.6射频模块电磁反向散射耦合型射频模块射频模块主要功能产生高频发送能量，激活射频标签并为其提供能量（无源射频标签）对发送信号进行调制，用于将数据传输给射频标签。接受并解调来自射频标签的射频信号。 2.2射频标签射频标签作为RFID系统重要的硬件组成部分本节将从以下八个方面对阅读器进行介绍标签分类标签操作规范标签组成标签天线标签芯片标签唤醒电路标签功能标签制造 2.2.1标签功能标签内存储和物品相关的信息，如标识符、生产日期、生产厂家等。存储数据能量获取标签可以从阅读器发射的电磁场中吸收能量，为标签自生供电。射频标签的最主要功能就是能够存储一定量的数据，并以非接触的方式将存储的数据发送给阅读器。一般来说，可以将标签的功能归纳为以下几点：标签可以在距离阅读器一定距离的范围内被识别。非接触式读写安全加密碰撞退让… 2.2.2标签分类按封装形式 2.2.2标签分类按能量来源 2.2.2标签分类按工作频率 2.2.2标签分类按读写能力 2.2.3标签操作规范与阅读器类似，在实际系统中，标签的操作规范也要考虑很多因素，下面几个是需要重点考虑的：读取范围所附着物体能量来源移动需求存储容量标签成本天线极化方向标签可靠性工作频率尺寸和形式 2.2.4标签组成天线芯片决定了标签的尺寸接受阅读器发射的射频信号将芯片数据发送给阅读器对于无源标签，天线还用来供能对天线收到的信号进行解调、解码等，并对标签需要发送的信号进行编码和调制，以及执行防碰撞算法和存储数据等 2.2.5标签天线天线是一种专门设计用来耦合、辐射电磁能量的导体结构。通常标签天线尺寸越小，天线辐射阻抗越小，标签工作距离越短，工作效率越低。天线性能包括方向特性、天线效率、天线增益等。根据工作原理不同，可以将标签天线分为三类：线圈型天线微带贴片型天线偶极子天线 2.2.5标签天线线圈型天线工艺简单、成本低，在低频、高频近距离RFID系统中被广泛使用。利用电感耦合工作，类似变压器原理，阅读器天线相当于变压器初级线圈，标签天线作为次级线圈，在变化的磁场内产生电压。通过并联的电容进行充电，为标签芯片提供能量。 2.2.5标签天线微带贴片天线这种天线是在带有导体接地板的介质基础上贴加导体薄片而形成的天线。质量轻、体积小、成本低、易于大量生产。适用于通信方向不变的场景。 2.2.5标签天线偶极子天线由两端长度、粗细程度相同的直导线排成一条直线构成的天线。适用于超高频标签。典型的有：半波偶极子天线、双线折叠偶极子天线、三线折叠偶极子天线和双偶极子天线。偶极子天线属于全向天线。 2.2.6标签芯片可分为：模拟前端、控制部件和存储部件。模拟前端：整流天线输入信号提供稳定电压、将天线输入检波得到数字信号、调制控制部件发送信号给天线发送、为控制模块提供时钟。控制部件：数据解码、数据校验、数据编码、加密解密、防碰撞、读写控制。存储部件：标签数据载体。 2.2.7标签唤醒电路唤醒机制电路的设计方式整流器→1V电压输出→晶体管接通整流器→5mV电压输出→与参考电压比较→晶体管接通 2.2.7标签制造标签的制作工艺主要有：线圈绕制法、化学蚀刻法和印刷法制造过程分为：天线制造和芯片组装天线制造芯片组装倒装芯片技术快速固态导电黏合剂分发技术 2.3软件系统组成RFID系统的软件组成是RFID系统的“灵魂”。为了使读者对开发RFID系统有直接的体会，本章结合商用阅读器的软件接口进行介绍。 2.3.1概述RFID系统的软件组成是RFID系统的“灵魂”。为了使读者对开发RFID系统有直接的体会，本章结合商用阅读器的软件接口进行介绍。本章节将介绍RFID系统的软件组成，重点介绍中间件组件。以AlienTechnology公司的超高频商用阅读器产品为例来说明（左图）。内容包括：读写器的安装初始化配置、设置标签掩码、自主工作方式的实现、交互工作方式的实现、标签的存储结构和唤醒方法等。本章需要对JAVA程序设计有基本的掌握。 2.3.2工作流程RFID系统的软件组成是RFID系统的“灵魂”。为了使读者对开发RFID系统有直接的体会，本章结合商用阅读器的软件接口进行介绍。 2.3.3AlienRFIDJava中间件组织结构包含五个包：reader、tags、discovery、notify、util阅读器的连接AlienClass1Reader类创建对象来控制有COM口和网络两种（见下图） 2.3.3AlienRFIDJava中间件打开或关闭连接向阅读器发送操作命令通过reader对象的doReaderCommandreader.open();reader.isOpen();reader.close(); 2.3.3AlienRFIDJava中间件标签信息类Tag搜索可用阅读器串口服务监听类：SerialDiscoveryListenerService网络服务监听类：NetworkDiscoveryListenerService通过reader对象的getTagList方法Tag[]tagList=reader.getTagList();publicStringgetTagID();//返回标签IDpublicintgetRSSI();//返回信号强度 2.3.3AlienRFIDJava中间件交互工作模式和自主工作模式阅读器把主机发送的每一条命令看成一个单独的任务，按照顺序立即执行并返回结果。 2.3.3AlienRFIDJava中间件标签的存储结构下图所示的是EPCClass1Generation2标准规定的典型标签存储结构标签掩码Setmask如：只访问ID以“80000040”开头的标签Setmask=32,0,80000040 2.3.4阅读器使用完整实例使用串口通信方式连接阅读器通过AlienReaderClass1Reader类下面例子是从COM1连接 2.3.4阅读器使用完整实例阅读器自主工作模式根据MessageListener的messageReceived 2.4RFID系统组件原理小结RFID系统硬件组件软件组件阅读器射频标签信号处理与控制射频模块天线芯片 课件说明本课件供教师、学生、读者免费使用；本课件内容采用Powerpoint格式，使用者可以根据需要自行增加、修改、删除（包括本页）；在各种场合下使用本课件时（例如在课堂），请说明本课件的来源及配套教材《射频识别技术——原理、协议及系统设计》；除了本书的作者，本课件的贡献者还包括南京大学研究生孙健强、樊苑苑、刘畅。欢迎本课件使用者将意见、建议、以及对本课件的改进发送到 第四章FreshbusinessgeneraltemplateApplicabletoenterpriseintroduction,summaryreport,salesmarketing,chartdata度相关性与同配性 目录CONTENT01引言02度高阶分布的引入03联合概率分布04余平均度 引言度分布尽管是网络的一个重要拓扑特征，但是不能由它唯一地刻画一个网络，因为具有相同度分布的两个网络有可能具有非常不同的其他性质或行为。为进一步刻画网络的拓扑结构，我们需要考虑包含更多结构信息的高阶拓扑特性。本章介绍刻画网络的二阶分布特性的几种不同的方法，包括最为一般但较为复杂的联合概率分布、更为简洁但不宜比较的条件概率和余平均度以及可以定量刻画度相关性但过于粗略的相关系数。 度高阶分布的引用01度，定义为与节点i直接相连的边的数量。02平均度=(M指边数，N指节点数)，代表了0阶分布特性，告诉我们网络有多少边，有多少节点03度分布p(k)=(分子表示度为k的节点数量，分母表示节点数)，代表了1阶度分布特性，刻画了不同度节点各自所占的比例 度高阶分布的引用两个具有相同度序列的简单网络ab具有相同度分布的两个网络可能具有非常不同的其他性质或者行为。例如图a和图b显示的是两个具有完全相同度序列的包含5个节点的网络，但是两者在结构方面具有明显区别：一个包含三角形但是不连通，另一个连通但不包含三角形。为了进一步刻画网络的拓扑结构，需要考虑包含更多结构信息的高阶拓扑特性。 概率联合分布联合概率p(j,k)定义为网络中随机选取的一条边的两个端点的度分别为j和k的概率，即为网络中度为j的节点和度为k的节点之间存在的边数占网络总边数的比例：其中，m(j,k)是度为j的节点和度为k的几点之间的连边数；如果j=k，那么，否则。联合概率分布具有的性质：1、对称性，即2、归一化，即3、余度分布，即 概率联合分布如果网络中两个节点是否有边相连与这两个节点的度值无关，也就是说，网络中随机选择的一条边的两个端点的度是完全随机的，就说网络不具有度相关性，或者说网络是中性的；否则就称网络具有相关性。对于度相关网络，如果总体上度大的节点倾向于连接度大的节点，就称网络是度正相关，或者网络是同配的；反之，称网络是度负相关，或者异配。a同配网络b中性网络c异配网络 余平均度有一种较为简洁的判断度相关性的方法是计算度为k的节点的邻居节点的平均度，也称度为k的节点的余平均度，记为<>(k)。我们可以计算节点i的余平均度，如下：例如，节点v的余平均度为： 感谢观看'