《物联网技术》课程笔记——第三章 物联网感知技术之标识技术

简介: 《物联网技术》课程笔记——第三章 物联网感知技术之标识技术

物联网感知技术之标识技术

识别技术

  • 自动获取被识别物体的相关信息,提供给计算机系统完成
    后续处理。
  • 识别技术融合了物理世界和信息世界,是物联网的基石,是物联网区别于其他网络(如:电信网,互联网)最独特的部分。通俗讲,识别技术就是能够让物品“开口说话”的一种技术。
  • 识别技术分为:语音识别、图像识别 、光学字符识别 、生物识别、标签识别 、标签识别等。

其中生物识别分为:

生理特征(如指纹、脸象、虹膜等);

行为特征(如笔迹、声音、步态等)

数据采集与自动识别技术分类

1 条形码

  • 条形码是将宽度不等的多个黑条(或黑块)和空白,按照一定的编码规则排列,用以表达一组信息的图形标识符常见的一维条形码是由黑条(简称条)和白条(简称空)排成的平行线图案
  • 条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期,以及图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息
  • 在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到了广泛的应用

1.1 一维条形码

  • 一维条形码只是在水平方向表达信息,而在垂直方向则不表达任何信息
  • 优点:编码规则简单,条形码识读器造价较低
  • 缺点:数据容量较小,一般只能包含字母和数字;条形码尺寸相对较大,空间利用率较低,条形码一旦出现损坏将被拒读
  • 多数一维条码所能表示的字符集不过是10个数字、26个英文字母及一些特殊字符,条码字符集最大所能表示的字符个数也不过是128个ASCII符

EAN-13通用商品条形码

标准尺寸是37.29mmx26.26mm,放大倍率是0.8-2.0。(以条形码6901234567892为例)


此条形码分为4个部分,从左到右分别为:

1-3位:共3位,箭缀码,由国际上分配。

(对应690,690-695中国大陆; 977迹续出版物;978、979图书)

4-8位:共5位,制造厂商代码,由厂商申请,目家分配。

(对应12345)

9-12位:共4位,厂内商品代码,由厂商自行确定。

(对应6789)

第13位:共1位,校验码,依下列算法由前面12位数字算得。

(对应该条码的2)

V=[(偶数位的和)*3+(奇数位的和)校验码=[10一(V的个位数)]的个位数

1.2 二维条形码

  • 二维条形码是在水平和垂直方向的二维空间存储信息
  • 堆叠式/行排式二维条码(又称堆积式或层排式)
  • 矩阵式二维码(又称棋盘式二维条码)

二维条形码特点

  • 1.高密度编码,信息容量大:可容纳多达1850个大写字母或2710个数字或1108个字节,或500多个汉字。
  • 2.编码范围广:包括图片、声音、文字、签字、指纹等;可以表示多种语言文字和图像数据。
  • 3.容错能力强,具有纠错功能:最高损毁面积达50%仍可恢复信息。
  • 4.译码可靠性高:它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多,误码率不超过千万分之一。
  • 5.可引入加密措施:保密性、防伪性好。
  • 6.成本低,易制作,持久耐用。
  • 7.条码符号形状、尺寸大小比例可变。
  • 8.二维条码可以使用激光或CCD阅读器识读。

2 磁卡

磁卡与磁卡读写器结构

3 IC卡(集成电路卡)

4 RFID(射频识别卡)

4.1 RFID的基本概念

  • RFID (Radio Frequency ldentification)是利用无线射频信号空间辆合的方式,实现无接触的标签信息自动传输与识别的技术
  • RFID标签又称为“电子标签”或“射频标签”


4.2 RFID工作原理

4.2.1 RFID标签结构

4.2.2 RFID基本工作原理的电磁学基础

4.2.3 RFID标签工作原理

电子标签内部各模块的功能:

  • ① 天线:用来接收由读写器送来的信号,并把要求的数据传送回给读写器。受应用场合的限制,RFID标签通常需要贴在不同类型、不同形状的物体表面,甚至需要嵌入到物体内部。RFID标签在要求低成本的同时,还要求有高的可靠性。
  • ② 电压调节器:把由读写器送来的射频信号转换为直流电源,并经大电容存储能量,再通过稳压电路以提供稳定的电源。
  • ③ 调制器:逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线返给读写器。
  • ④ 解调器:去除载波,取出调制信号。
  • ⑤ 逻辑控制单元:译码读写器送来的信号,并依据要求返回数据给读写器。
  • ⑥ 存储单元:包括ERPROM和ROM,作为系统运行和存放识别数据。

4.3 RFID标签的分类

4.3.1 按供电方式分类

  • 无源RFID标签—内部不带电池,靠从天线吸收能源工作。
  • 有源RFID标签----内部带有电池,,由电池供电工作。

4.3.2 按工作模式分类

① 主动式RFID标签

依靠自身电池能量工作并向读写器发送数据

  • 主动式标签接收读写器指令,然后向读写器发送标识信息
  • 主动式标签工作于远场模式,传输距离可以大于一个波长
  • 发送电路耗能较大,所以主动式标签的自身工作和发送信息都由内部电池供电,主动式标签也是有源标签
  • 优点:传输距离远
  • 缺点:体积较大,工作寿命受电池限制
  • 为节约电池电量、延长工作寿命,有源标签通常不主动发送信息,接收到读写器的读写指令时,才向读写器发送信息
② 被动式RFID标签

从读写器发送的电磁波中获取能量使自身工作并向读写器发送数据

  • 被动式标签本身不会发送无线电波,而是在读写器发射的无线电波的“照射”下,按照存储的标识信息改变天线阻抗,读写器感受这种变化,从而获知标识信息
  • 被动式标签工作时需处于读写器天线辐射形成的近场范围内,即一个波长距离以内
  • 被动式标签天线通过电磁感应产生感应电流,感应电流驱动芯片工作,因而无需电池供电,被动式标签也是无源标签
③ 半主动(半被动式)RFID标签

自身的电池能量只提供给自身的电路工作用,依靠读写器发送的电磁波向读写器发送数据

  • 半主动式标签的信息传输方式同被动式标签,但芯片工作靠电池供电
  • 半主动式标签发送信息不消耗电池能量,电池只为芯片电路供电,因而比主动式标签体积小、重量轻、价格低、寿命长
  • 半主动式标签不需从天线取电供芯片使用,因而比被动式标签的读写距离远,通信可靠性高
  • 半主动式RFID标签一般用在可重复使用的集装箱和物品的跟踪上

4.3.3 按读写方式分类

  • 只读式RFID标签
  • 只读标签
  • 一次性编程只读标签
  • 可重复编程只读标签
  • 读写式RFID标签

4.3.4 按工作频率分类

  • 低频RFID标签
  • 中高频RFID标签
  • 超高频与微波段RFID标签
  • ETC应用场景

4.3.5 按封装材料分类

  • 纸质封装RFID标签
  • 塑料封装RFID标签
  • 玻璃封装RFID标签

4.3.6 按标签封装的形状分类

  • 粘贴在标识物上的薄膜型的自粘贴式标签
  • 用户携带、类似于信用卡的卡式标签
  • 封装成能够威定在车辆或集装箱上的柱型标签
  • 封装在塑料扣中,用于动物耳标的扣式标签
  • 封装成钥匙扣中,用于随身携带的身份标识标签
  • 封装在玻璃管中,用于人或动物的植入式标签

4.4 RFID应用系统组成与结构

4.4.1 RFID应用系统结构

4.4.2 RFID标签封装与编码/打印设备

大型仓库RFID标签编码/打印设备的应用

自动编码、打印 、打印、张贴 、张贴RFID标签工作流程

4.4.3 RFID标签读写器

各种类型的RFID标签读写器

①读写器的主要功能

  • 与RFID标签通信
  • 与计算机通信
  • 在有效读写区城内实现对多个RFID标签同时读写的能力
  • 对固定或移动RFID标签进行识别与读写
  • 校验读写过程中的错误信息
  • 识别有源RFID标签与电池相关的电量信息

②读写器的分类

  • 1、移动式读写器
  • 适用于仓库盘点、现场货物清查、图书馆书架清点、动物识别、超市购货付款、医疗保健等应用场合
  • 一般带有液晶显示屏,配置有键盘来进行操作和数据输入,可以通过各种有线或无线接口,与计算机实现通信
  • 是一种嵌入式系统,将天线与读写模块集成在一个手持设备中
  • 一般使用在低频、中高频、超高频段
  • 是否是只读式或读/写式,以及内存的大小需要根据应
  • 用的需求确定
  • 2、固定式读写器
  • 固定式读写器一般采取将天线与读写器模块分开设计的方法
  • 天线通过电缆与读写器模块连接。天线可以方便地安装在目定的闸门式门柱上、门禁的门榧上、不停车收费通道的顶端、仓片进出口、生产线传送带旁
  • 固定式读写器一般使用超高频与微波段,作用距离相对比较运

③ 读写器设计中需要注意的几个问题

  • 标签身份识别与标签数据传输加密/解密问题
  • 标签数据传输错误问题
  • 多标签读取过程中的“碰撞”问题
  • 有源标签电源状态管理问题
  • 标签与天线位置对读写效果的影响

4.5 RFID的主要应用领域


  • 制造业:自动化生产,生产数据的实时监控,质量追踪,仓储管理,品牌管理,单品管理,渠道管理。
  • 物流:物流过程中的货物追踪,信息自动采集,仓储应用,港口应用,邮政快递。
  • 零售:商品的销售数据实时统计,补货,防盗。
  • 图书管理:书店,图书馆,出版社等应用。
  • 汽车:制造,防盗,定位等。
  • 航空:制造,旅客机票,行李包裹跟踪。
  • 资产管理:各类资产(贵重的或数量大相似性高的或危险品等)。
  • 交通:高速不停车收费,出租车管理,公交车枢纽管理,铁路机车识别等。
  • 身份识别:电子护照。身份证、学生证等各种电子证件。
  • 防伪:贵重物品(烟、酒、药品)的防伪,票证的防伪。
  • 食品:蔬果、生鲜、食品等溯源、保鲜度管理。
  • 医疗:医疗器械管理,病人身份识别,婴儿防盗。
  • 动物识别:驯养动物、畜牧牲口、宠物等识别管理。

练习与思考

  • 常见的自动识别技术有哪几类?
  • 常见的标识技术有哪几类?
  • 什么是RFID?简述其工作原理。
  • 主动式RFID标签和被动式RFID标签的区别是什么?他们各自的工作过程如何?
  • 简述RFID应用系统的组成与结构。
  • 举例说明RFID的应用。
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