RFID原理及应用期末复习笔记 | 1.RFID概述【完结✿✿ヽ(°▽°)ノ✿】
时间：2022-10-15 13:30:00
系列索引：RFID应用期末复习笔记的原理 | 快速索引
RFID这是博主大三下的一门专业课。因为疫情缩短了学期进程，提前完成了课程，期末考试来得更早。这里简单记录一下复习时的一些笔记，也给后来的弟弟妹妹一点帮助。
持续更新直到期末，欢迎有需要的朋友一键三连加关注！
选用教材：RFID 原则与应用；作者：徐毅、陈建军；出版社： 清华大学出版社
课程目标：
了解RFID技术的发展现状和趋势 掌握RFID定义、特征和分类 掌握RFID技术的基本原理 了解相关无线电基础 熟悉RFID实现技术软硬件 熟悉RFID技术应用领域 了解条码系统及其应用 第1章：RFID简介
学习目标：
什么是RFID RFID的发展史 RFID每个模块的组成和功能 RFID的几种分类 RFID的应用领域 （1）射频识别 Radio Frequency Identification
- RFID技术，又称
射频识别，是一种通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据无需识别系统与特定目标之间的识别系统建立机械或光学接触。 — 百度百科 - RFID该技术是一种通过射频信号识别目标对象并获取相关数据的非接触式自动识别技术，物品跟踪和数据交换可以快速进行。 —射频识别技术与应用
- RFID通过空间耦合射频信号实现非接触式信息传输，从而达到识别的目的。 —《RFID原则与技术
- RFID uses electromagnetic fields to automatically identify and track tags attached to objects. The tags contain electronically stored information. 射频识别（RFID）使用电磁场来自动识别和跟踪附着在对象上标签。 标签包含电子存储信息。 —维基百科
RFID的两大挑战：功能、通信
（2）RFID的历史
四十年代(二战)：雷达催生了RFID；主要用于敌我识别。
最早的被动识别：当德国飞机返回时，翻滚飞机改变雷达信号，通知基地
最早的主动识别：英国飞机上的信号发射器在检测到雷达信号后广播特定的无线电信息
60年代：商品防盗系统
1bit信息的tag，货物是否通过改变值支付
1973年：
首份RFID专利：可读主动电子标签
自动门禁系统无钥匙开门
70年代：
美军:核原材料安全。只有贴有相应标签的卡车才能触发基地大门。商用版衍生:道路自动收费系统
民用:主要用于牲畜管理。如果可以用药物注射的低频标签
80年代：高频RFID系统：
集装箱跟踪。衍生：电子支付，汽车无钥匙进入
1999年：供应链货物跟踪：商品信息数据库–>可联网网络自动查询的数据
1999-2003：EPC(电子产品代码)技术系统化、规范化
2003至今：
广泛应用于物流、零售企业RFID跟踪商品。
RFID渗透到日常生活的各个方面
（3）RFID的特点
比较条形码和二维码
- 快速扫描
- 体积小，形状多样化
- 耐污染、耐久性
- 可重复使用
- 穿透性，无屏障阅读
- 数据记忆容量大
- 安全性
（4）RFID的组成
由硬件组件：阅读器、电子标签，和软件组件：中间件(应用系统)组成:
1.阅读器
职责：
通信电子标签
接受来自主机系统的控制指令
分类：
只读、读写
阅读器组成：
射频接口：
(生高频发射能量，激活电子标签，为其提供能量
(写)调制发射信号，将数据传输给电子标签
(读)接受，从标签上调制射频信号
逻辑控制单元：
与应用系统通信，执行接收指令
通信过程控制阅读器和电子标签
编解码信号
加密和解密数据
防碰撞算法
身份验证阅读器和标签
天线：
功能：接收到的电磁波–>电流信号；电流信号–>要发射的电磁波。
电磁波发射在天线上–>电磁场–>激活和识别电子标签
天线的电磁场范围是阅读器的可读区域
2.电子标签
磁卡：
磁卡是将具有信息存储功能的特殊材料以液体磁性材料或磁条为信息载体，将宽6～14?mm磁条贴在卡片上。磁条上有三条磁道，前两条是只读磁道，第三条是读写磁道。
智能卡：
智能卡（Smart Card）又称为集成电路卡（Integrated Circuit Card，IC卡），内部带有微处理器和存储单元等部件。
IC卡芯片有能力写入和存储数据stron>，IC卡存储器中的内容可以根据需要有条件地供外部读取，或供内部信息处理和判定之用。
智能卡是超大规模集成电路技术、计算机技术以及信息安全技术等发展结合的产物，它将集成电路芯片镶嵌于塑料基片的指定位置上，可保存、读取和修改芯片上的信息。
按照与外界数据传送的形式来分，IC卡分为接触式和非接触式两种:
非接触式智能卡：
- 非接触式IC卡的芯片全部封于卡内，无暴露部分
- 卡内嵌有微型天线，以便芯片与读卡器之间非接触的通信
- 通过无线电波或电磁场感应来交换信息
- 将射频识别技术和IC技术结合起来
- 解决了无源（卡中无电源），非接触这两大难题
非接触式IC卡具有以下优点：
- 可靠性高：避免了由于接触读写而产生的各种故障
- 操作方便、迅速：读写器在10cm范围内可以对卡片操作，方便使用，提高效率。
- 防碰撞：非接触卡中有快速防碰撞机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此可以对多张卡进行并行处理。
- 可以适合于多种应用：能够实现一卡多用，通过密码和访问条件的设定，就能应用于不同的系统。
- 加密性能好：卡中各扇区都有自己的操作密码和访问条件，采用双向验证机制，而且通信数据加密，很适合电子钱包、公路自动收费系统和公交自动售票系统。
非接触式IC卡是一种典型的电子标签。若改变非接触式IC卡封装形式，则可呈现形式多样的外观（如线状标签、纸状标签等），统称为射频电子标签。
电子标签：
也叫智能标签，由IC芯片和无线通信天线组成的微型标签
电子标签内部模块：
天线；芯片：
- 电压调节器：将从阅读器接收的射频信号转换为直流电源，经大电容存储能量，经稳压器后为芯片提供电源（无源标签）
- 调制器：将要发送的数据调制后加载给天线
- 解调器：去除载波，获得真正的信号信息
- 逻辑控制单元：读取，分析阅读器送来的信号，根据要求回送数据
- 存储单元：系统运行和存放数据的位置
3.中间件
电子标签和应用程序之间的中介
主要功能：
- 阅读器协调控制：配置，监控，发送指令给阅读器
- 数据过滤与处理：纠正错误，去除冗余
- 数据路由与集成：发送数据给对应的应用
- 进程管理：根据用户需求，监控数据并触发相应进程
（5）分类
电子标签分类：是否有微处理器
无芯片标签（chipless RFID）
存储器标签
- 没有微处理器单元
- 由地址和安全逻辑单元进行数据处理和访存操作。
- 存储器标签存储方便、使用简单、价格便宜，在很多场合可以替代磁卡，如医疗上用的急救卡、餐饮业的客户菜单卡等。
微处理器标签
- 集成电路中含有CPU、EEPROM、随机存储器（RAM）以及片内操作系统（COS）。
- COS用来控制命令序列、文件管理及执行加密算法等。
- CPU卡适用于保密性要求高的场合，如金融卡、军事密令卡等。
EEPROM：电可擦写可编程只读存储器。这种存储器可以在加电的情况下，实现对原来数据的擦除和数据的重新写入。
RFID的分类：工作方式
有源（主动式）
- 内装电池
- 可主动侦测阅读器并传送信息
- 记忆空间大，通信距离长
- 成本高，体积大，寿命受限
无源（被动式）
- 天线接收电磁波唤醒芯片工作，转化的电力同时用来回传信号
- 价格便宜，体积小，寿命长
- 记忆空间小，通信距离短
半有源（半主动式）
- 内装电池仅用于驱动标签芯片；天线负责回传信号
- 不主动传输数据
电子标签分类：工作方式
主动式标签
自身具有内部电源，用以供应芯片所需电能以产生对外的信号。一般来说，主动式标签读取距离比较长，可以达到几十米甚至上百米，但是存在寿命有限、体积较大以及成本较高等缺陷。有源标签一般在集装箱的电子标签中应用比较多。
被动式电子标签
内部没有供电电源。当无源电子标签进入读写器的工作区域后，受到读写器发出射频信号的激励，前提是要求电子标签与读写器在一定的距离内，读写器能提供电子标签足够的射频场强，从而保证标签进入正常工作状态。由于被动式标签具有价格低廉，体积小巧，无须电源的优点，目前市场的RFID标签主要是被动式的
电子标签分类：读写性
只读电子标签：内部通常只有只读存储器（ROM）来存储标识信息（ID），且ID是在制造过程中写入的，此后不可更改。它们在通过读写器的时候，能被读写器监测到。
一次写入只读电子标签：内部只有ROM和RAM。ROM用于存储系统程序和安全性要求高的数据。标签的标识信息（ID）可以由制造商写入，也可以由用户自己写入，但是写入之后就不能修改。
读写电子标签：内部含有可编程记忆存储器，除了有存储信息的功能外，还可以在适当的条件下由用户写入数据。用户可以对标签的存储器进行读写操作。
含有片上传感器的可读写电子标签 ：包含有一个片上传感器，用户可以用来记录参数（如温度、压力、加速度等），并将其写入可编程记忆存储器。这种标签必须是主动式或者半主动式。
含有收发信机的可读写电子标签：这种标签类似于一个小的发射接收系统，可以和其他标签或器件进行数据通信，而无须读写器的参与，并可以把相关信息写入到自身的可编程存储器中，它们通常是主动式的。
RFID的分类：工作频率
作频率是指电子标签工作时采用的频率。可划分为：
- 低频：30～300 kHz
- 高频：3～30 MHz
- 超高频：300 MHz～1 GHz
- 微波：2.45 GHz以上
无线射频识别系统的工作频率对系统的工作性能有很大的影响，从识别距离、穿透性能来看，不同射频频率的表现存在着很大的差异。
低频和高频的特性对比：
双频标签：
在双频系统中，发送数据和接收数据采用不同的工作频率。
读写器不断地产生低频编码电磁信号，用来激活进入有效范围的双频标签；
同时读写器将接收天线接收的来自双频标签的高频载波信号放大，再解调出有效的数字信号。
RFID的分类 ：封装
（6）相关物理学原理
1.天线
2.能量耦合
3.电感耦合 vs. 电磁耦合
4.数据传输
（7）RFID系统特征
1.能量
2.时序
3.数据传输
（8）RFID的性能指标
（9）RFID技术现状与面临的问题
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