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1、RFID教学实验平台实验指导书目录第一章简介31.1 射频识别技术（RFID）基础知识 3LL1RFID 简介3LL2RFID系统组成4LL3RFID相关标准71.1.4 RFID开展前景81.2 RFID实验平台101.2.1 实验平台功能与特点10122实验平台实物图与相关说明11第二章实验平台使用说明122.1 平台使用环境122.2 PC机软件安装122.2.1 RFID实验平台安装 122.2.2 CP2102驱动程序安装 152.3 主控程序的下载 182.4 使用说明192.4.1 软件界面介绍 19242操作说明192.4.3 错误处理20第三章实验模块ID 233.1 预备知
2、识233.1.1 低频RFID系统与ID卡233.1.2 ISO 18000-2 标准 233 .L3低频RFID系统读卡器244 .1.4应用领域263.2 实验目的273.3 实验内容273.4 实验步骤273.5 课堂作业28第四章实验模块非接触式IC卡 304.1 预备知识304.1.1 高频RFID系统304.1.2 非接触式IC卡314.1.3 ISO 14443协议标准简介 344.1.4 高频RFID系统读写器 364.1.5 应用领域 384.2 实验目的39联网”的概念，正在向人们描绘一幅未来的美景，以物品的流通管理和仓库管理为主要应用点，市场巨大, 而高频和超高频段的电磁
3、特性，将很好地在这一应用领域发挥作用。 RFID个性需求日益明显，行业定制化越发普遍众所周知，不同类型的RFID用户群，由于经营性质、行业、经营规模、开展阶段等属性的不同，会 导致RFID需求特征差异较大，对RFID应用要求差异也较大。因此行业化、细分化将是未来RFID的开展 趋势，也是制胜的锐器。综上所述，如今在国内RFID的市场前景光明潜力巨大。虽然我国与国外在RFID产业来的局部环节、 应用领域、产业标准等还存在着一些技术或应用上的差距和差异，但是市场已经越来越明朗化，未来RFID 的产值也将呈明显持续上涨趋势。不管是RFID厂商还是用户企业，只有抓住RFID开展趋势、技术潮流, 加以研
4、发推广，才能更好地为国内企业经营管理、市场营销服务，抢得竞争先机。1.2 RFID实验平台在我国，RFID的技术和市场近年来得到了大力的开展，其前景也是一片光明，但是与国外相比，在 RFID产业链的局部环节和应用领域中还存在着一些技术或应用上的差距和差异。这些前景与差距使得 RFID技术受到越来越多国内技术爱好者和在校大学生的关注。RFID技术是一门综合性很强的技术，它涉及到微电子技术、材料科学、微波射频技术、嵌入式技术、 计算机软件以及现代管理科学等许多领域。因此对于许多RFID爱好者来说，入门RFID技术成为了一个 很大的难题。目前市场上也已经出现了一些RFID实验学习平台以帮助RFID初
5、学者入门，但是这些学习 平台系统大多只涉及RFID某个特定的频段，并且详细的挖掘该频段内系统工作细节，其中涉及到大量射 频、通信、调制解调、编解码、密码学等方面的复杂知识。这样的实验平台很利于工程人员的产品设计， 但是却把RFID技术初学者拒之于门外。RFID初学者依然很难对RFID技术，对RFID系统的设计与应用， 系统工作频段选择及其各种不同频段下的RFID协议有个全面宏观的比照认识。本实验平台专为RFID初学者所设计，特别适用于在校大学生以及RFID技术爱好者以实现RFID技术 的轻松入门。1.2.1 实验平台功能与特点RFID实验平台的功能及特点有：实验平台包含RFID系统所有的工作频
6、段，包括低频(125KHz)、高频(13.56MHz)、超高频(850MHz 910MHz)和微波(2.45GHz)。采用模块化设计，四个模块分别分别工作在上述四种频段，分别称它们为ID模块、IC模块、UHF 模块、有源模块。四个模块设计时采用的RFID标准分别是ISO 18000-2、ISO 14443A EPC Classi GEN2、 ISO 18000-4o四个模块独立工作，互不影响。模块化设计使得学习过程思路清晰，层次清楚。友好交互的软件界面，易学易用。初学者可以宏观清楚的学习到各种频段下RFID读写器与电子标 签之间的通信步骤与相应执行结果。四种可操作标签，每个模块对应一种应用标签
7、，包括ID卡、IC卡、EPC标签、有源标签。初学者可以根据通信协议中的规定对标签实现相关操作，这些自己动手的操作极大程度上提高了初学 者的学习兴趣。清晰详细的说明文档与应用实例，仔细讲解各种频段下通信协议的关键局部，使初学者快速对RFID 协议如ISO 14443A/B ISO 18000、EPC标准等流行RFID标准的通信过程产生宏观的认识；同时对各种 电子标签内部结构做了详细的讲解，使学习者对标签操作结果知其然知其所以然。RFID实验平台实物图如图1.9 MSP430F149单片机学习平台。该RFID实验平台使用MSP430F149单片机作为主控芯片，同时在实验平台上外接了许多外围模块如L
8、CD、数码管、键盘、实时时钟、存储器等，当学习者不进行RFID实验 时，可以利用这些模块实现MSP430F149单片机的实验，以此了解嵌入式系统设计过程与方法。总之，该实验平台为学习者提供一套全面完整的RFID技术相关的原理以及RFID系统设计相关知识。 该实验平台给学习者以具体的真实的系统感性认识，帮助加强学习者对RFID系统原理的理解和认识，为 学习者进行深入的RFIF系统开发打下坚实的基础。此外，该实验平台也是MSP430F149低功耗单片机学 习的很好的一个平台。实验平台实物图与相关说明RFID实验平台实物图如图1.9所示，实验平台由两大局部组成：RFID实验局部和MSP430F149
9、单片 机学习局部。RFID实验局部主要由四个模块ID模块、IC模块、UHF模块、有源模块组成。这四个RFID 系统模块均有创智科技公司独立研发设计，目前这些模块在许多公司相关产品中已得到了大量的应用。在 该实验板上四个模块均由实验板主控芯片MSP430F149选通工作，另外主控芯片还完成了向PC机转发各 个模块数据的任务。当要进行RFID模块相关实验时需要在主控芯片MSP430F149中烧入相关的固件，当 不进行RFID实验时，可以利用主控芯片来完成相关单片机的实验。第二章实验平台使用说明2.1 平台使用环境该实验平台功能的实现可以分为两个局部：PC机软件和实验平台硬件。要顺利的进行RFID实
10、验，必须在PC机上安装上实验客户端软件，并且在实验平台主控芯片MSP430F149中烧入相关 控制程序。另外，实验平台与PC机之间通过USB转串口芯片CP2102虚拟出串口进行通信，所以还 需要在PC机上安装CP2102的驱动程序。对实验用PC机的要求有：1）运行平台:Windows平台（2000以上）2）运行环境:Microsoft .Net Framework SDK V2.0 以上3）显示器分辨率:分辨率应大于或等于1024X768像素4） PC机硬件:具有25针并口和空余的USB 口2.2 PC机软件安装实验平台附赠的光盘中包含所有实验所需的安装软件，请参照下面的安装过程在PC机上完
11、成所有软件的安装。2.2.1 RFID实验平台安装图2.1光盘目录1）将附赠的光盘放入光驱，展开光盘目录，结构如图2.1所示。2）运行“RFID实验平台Setup.exe，开始实验平台应用程序客户端的安装。3）假设目标计算机没有安装Microsoft .Net Framework SDK V3.5或更高版本，安装程序会进入图2.2所 示的安装Microsoft .Net Framework SDK V3.5的界面，点击界面上的”接受”开始安装，此过程如图2.3,安装大概需要持续几分钟（跟目标机器性能有关），请耐心等待安装完成。图 2. 2 选择安装 Microsoft . Net Framew
12、ork4）假设目标计算机没有安装FlashPlayerActiveX或更高版本，安装程序会进入图2.4所示的安装FlashPlayerActiveX的界面，点击界面上的“是”，并在接下来的界面勾选“我以阅读并同意许可协议的条款”并点击“安装”开始安装过程，如图25安装大概需要持续几分钟（跟目标机器性能有关），请耐 心等待安装完成。选择安装 FI ashP I ayerAct i veX图2.45）再次运行目录下“RFID实验平台Setup.exe（假设第一次点击Setup.exe时c,d两步都没有执行，那么图 2.5 安装 FlashPlayerAct i veX该步不需要）。6）点击Setu
13、p.exe后出现如图2.6所示的安装实验平台客户端界面，点击界面上的“下一步”，进入“选 择安装文件夹”界面，点击“浏览”可以选择安装的目录（可以根据用户的需要更改，在此我们不再赘述, 我们采用默认安装路径），如图2.7所示。点击“下一步”，进入“确认安装”界面。再点击“下一步”，进 入安装RFID实验平台过程，如图2.8所示，此过程需几分钟完成（跟目标机器性能有关），请耐心等待安 装完成。滑KF1P实验平台13区欢迎使用RFID实验平台 安装向导安装程序将弓I导修完成在您的计篁机上安装屯工口实险平台所需的步骤。警告：本叶直 或其中任何部 度的起诉.取消 VebH共享此文忤夫汗储住自我幻文管
14、上学攵恰 钦3r定嘀 门上卬居cr?i（Mka女仔央rrilikStull&x.的$/jadws ?iS.GW3it4囿AKmn曲今回LIqcq F乂。； uu3 E5ddw. ir!q raslib vicit aysMT文西 i nj心、XnQ ,八工MM6 E3&l4bccm zti24 KBdub ijua，上&Jnd心切inf安大括向5 E|文件1)421 KB 4枚的电哂图2.9 CP2102驱动程序2）运行“RFID实验平台CP2Rx驱动“目录下的Prelnstaller.exe,如图2.10所示。点击aInstall 安装驱动，此过程需要持续几分钟（跟目标机器性能有关），耐心等
15、待安装完成。图 2. 10 安装 Prelnstaller3）当首次用USB线连接RFID实验学习板与PC机。会弹出如图2.11所示的对话框（假设CP210x驱动 程序已经安装好了，那么不会弹出）。点击“下一步”安装CP210X设备USB驱动，开始安装过程（如图2.12）。 如果安装过程中弹出任何的对话框，都选择继续安装，直至安装完成。找打新的硬件向导欢迎使用找到新硬件向导这个向导帮助您安装软件:CP210x USB Composite Device（）如果您的硬件带有安装CD或软盘话现在将力其播入您期望向导做什么？qw自动安装软件g嬴福。从列表或指定位置安装信级）图2. 12 安装CP210
16、X设备USB驱动4）当上述过程完毕后，会再次弹出如图2.13所示的对话框，点击“下一步”，开始安装过程（如图2.14）。 如果安装过程中弹出任何的对话框，都选择继续安装，直至安装完成。我到新的硬件向导欢迎使用找到新硬件向导这个向导帮助您安装软件：CP210x USB to UAKT Bridge Controller）如果您的硬件带有安装CD或软盘，话现在将 其插入.您期望向导做什么？C从列表或指定位置安装值级）要继续，请单击“下一步”。上一或最冷步应Xx取消I图2.13 选择安装USB转串口驱动5）等待安装结束，至此CP210x驱动程序安装完成。2.3 主控程序的下载按照MSP430学习板实
17、验指导书第二章所述建立工程，将文件u 430fireware.c 和 “myheader.h”拷贝至新建的工程文件夹内，在IAR环境中将“430fireware.c”添加至新的工程中，设置好 编译连接选项，连接JTAG线到实验平台，接通电源，将程序编译下载到实验平台上。IAR中点击运行按 钮后，假设实验平台上的LED1闪烁，表示程序已经下载成功，主控芯片已经工作正常。用USB线连接实验 平台与PC机，这样就可以进行RFID的相关实验了。2.4 使用说明RF1D实验平台要正常使用，请先按照第二章2.2节和2.3节所述完成应用程序安装和控制代码下载等 操作。2.4.1 软件界面介绍翻开RFID实验
18、平台学习软件，平台界面由4个局部构成，如图2.15所示：。 界面顶部：Logo （徽标）和banner （横幅） 界面左部：RFID实验导航（选择要进行的实验） 界面中部：主显小区（显不具体的实验） 界面底部：状态栏（显示时间等信息）2.4.2 操作说明 按钮：绿色按钮为可点击状态，代表下一步可以执行的操作；红色按钮为不可点击状态，代表已经执行过此操作；白色按钮为不可点击状态，代表尚未执行的操作。 点击操作：操作成功不提示，操作失败会提示错误（提示会有所不同）。操作顺序:从上至下从左到右。设备响应：当界面程序下发的命令被设备执行，设备蜂鸣器鸣响。O 界面：当鼠标悬停在界面对应的区域会显示相应的
19、操作提示信息。0 inn飘”由辛irSrishmvRFD：秋号实脍平台BPC卡号：OOOOOOOOOOOCMXK-KMXWOOOlM标登在岭吉格，X) 00 nv：8 00 8 00 moo8 00 g 008 0)3PC Yl0g虻串&收工2 6C”i加加0 0川（?“号伍&M注E中J司le织晰石&.利I并未灯E手力悠物I9B联印0ag-93121% 当布时日：: 3tJt 3C 132.4.3 错误处理问题一：假设RFID实验平台软件首次运行失败处理方法：参照第二章2.2节重新进行PC机软件安装，确认RFID实验平台软件客户端和CP210X驱 动安装成功。问题二：假设运行实验平台软件出现如
20、图2.16所示的错误提示界面提示 区|!、没有找到可用的硬件设备 请确认设备已连接j手动指定端口?确定图2. 16 RFID设备连接出错处理方法：1）确认RFID实验学习板已下载主控程序（参照第二章2.3主控程序的下载）。2）确认RFID实验学习板与PC机正确连接。a.检查RFID实验学习板是否接通电源，电源指示灯是否点亮，电源是否损坏。b.检查RFID实验学习板的LED1是否闪烁，没有闪烁可以尝试按下RFID实验学习板上的“RESET” 按钮。c.检查实验板USB接口指示灯是否点亮，USB电缆与是否完好。3）确认CP210X驱动已经安装成功。在windows系统桌面上右击“我的电脑”，在弹出
21、的菜单中选择 “设备管理器”。假设CP210X驱动已经安装成功，那么设备管理器中会显示CP210虚拟出的串口号，如图2.17所示。在图2.16中点击“确定”后选择该虚拟出的串口即可，如图2.18。注意：假设CP2102虚拟出的串口编号大于9,应用软件不会对实验平台设备做出识别。此时需要手动指图2.17虚拟串口号定虚拟串口号为1-9。该过程为：在图2.17中双击阴影局部，再依次点击“端口设置”、“高级”，出现如 图2.19所示界面，从中选取一个低于10的虚拟端口号。点击“确定”后，断开USB连接，再次连接USB线 后即可。图2. 18手动选择串口号4.3 实验内容 394.4 实验步骤394.5
22、 课堂作业45第五章实验模块UHF. 465.1 预备知识465.1.1 超高频RFID系统465.1.2 电子标签存储结构 465.1.3 HF读写器协议标准 485.1.4 UHF 读写器515.1.5 应用领域525.2 实验目的535.3 实验内容535.4 实验步骤535.5 课堂作业60第六章实验模块有源(2.4G) 616.1 预备知识616.1.1 有源RFID系统616.1.2 有源RFID协议标准 636.1.3 标签识别过程 636.1.4 应用领域 656.2 实验目的666.3 实验内容666.4 实验步骤666.5 课堂作业68图2.19手动设置虚拟串口号假设CP2
23、10X驱动未安装成功，那么RFID实验学习板不会被PC机识别，那么“设备管理器”会有黄色的叹 号或者问号存在（如图2.20）,如符合此种情况，那么应该安装CP210X驱动。问题三：假设在程序中出现了未知错误，导致程序没有响应。图2.20 CP2102驱动未正确安装处理方法：请强制结束并重启程序。1.1 射频识别技术(RFID)基础知识1.1.1 RFID 简介RFID(Radio Frequency Identification, RFID)技术，即无线射频识别技术，是一项先进的自动识别和数 据采集技术，被公认为21世纪十大重要技术之一，已经成功应用到生产制造、物流管理、公共平安等各 个领域。
24、作为自动化识别技术先驱的条形码技术，经过几十年的开展目前已经普遍的应用在人们日常生活中的 各个方面。但同时，其存储信息量低、无法程序化、易损坏等缺点限制了其更大程度上的应用。RFID技 术的快速开展，解决了条形码的上述缺点，在日常生活中得到了越来越广泛的应用。一套完整的RFID系统，由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器 (Transponder)及计算机应用系统三个部份所组成。其工作原理是阅读器向其周围空间发出射频信号；当电 子标签进入该磁场后，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的相关信息(对于无源标签或被动 标签)，或者主动发送某一频率的信号(对于有源标签或
25、主动标签)；阅读器读取信息并解码后，送至计算 机应用软件进行有关数据处理。完整的RFID系统组成及其通信过程如图1.1所示，院卡器通过天头发送出一定频率的射频信号读卡器(Reader)标签0叫)计异机系统写应.编 管智三送 人生髻 部产鲁息谈等 当范电向码读卡器将读得的信息传至计算机处理图1. 1 RFID系统组成及通信与条形码技术相比，RFID技术具有一系列的优点： 数据读写方便电子标签无需与读写器接触即可实现信息的交互，某些频段的读写器其作用距离可至上百米，这些特 性大大方便了某些特殊场合的运用。 标签大小形状的多样性读写器的工作不受标签大小形状等特性的限制，不需像条形码技术那样为了读取精
26、确度而指定特定尺 寸与印刷质量的标签。因此标签的设计可以往小型化与多样形态开展，以应用在不同的场合。 对环境依赖性低条形码一旦沾上污垢看不清就不能被读取，而RFID有很强的抗污性，在黑暗或脏污的环境中也能正常读取。 可重复使用大多数电子标签内部存储的为电子数据，可以屡次擦除修改，所以标签可以回收重复使用。此外，被 动式电子标签不使用内部电池，也没有必要进行维护保养。 穿透性强RFID标签假设被纸张、木材和塑料等非金属材料包围，也可以进行正常通讯。 标签数据记忆量大与条形码相比，RFID标签的记忆容量大大增加，某些类型的电子标签可以与阅读器交互，实现数据的 即时修改与保存。 读取速度快，平安性能
27、高RFID系辨识标签的速度每秒可达上百个，且电子标签的平安性高，很难被复制更改。目前，条码技术一直是商品清单管理的主流方法。一个条码的价格不到0.01美元，并且还有统一的管 理标准，推动了零售业的革命化与商品的物流管理。在商品清单管理中，条形码和RFID电子标签使用上 面最大的区别在于：对于条形码，同一类商品应用相同的条形码号，用于某一类商品的识别；对于RFID 电子标签，每件商品对应一个电子标签，可以实现商品唯一性的识别。同时从上面几点来看，RFID技术相 比条形码技术，有很多显而易见的优势，解决了有些条件下条码等其他识别技术无法使用的问题，并开拓 了许多新的应用领域。近年来，RFID技术得
28、到了飞速的开展，各国政府都意识到RFID技术对未来的影响 和蕴涵的巨大商机，制定相关政策或投入物力，积极推动本国RFID产业开展。对于国内市场，在政府支 持和企业的推动下，RFID相关产业开展迅速，目前已大量应用于生产自动化、门禁、公路收费、停车场管 理、身份识别、货物跟踪等民用领域中，其新的应用范围还在不断扩展，层出不穷。射频识别（RFID）技术作为物联网核心技术，其开展必然为物联网技术的广泛应用打下基础，从而给 人们的生产与生活方式带来巨大的革新。L 1. 2 RFID系统组成RIFD系统有三个重要的组成局部1）电子标签电子标签（TAG）也称RFID询答器、非接触ID标签等。电子标签通常以
29、其内部电池的有无分为主动式 和被动式两种类型，相应的读写器那么称为无源读写器和有源读写器。主动标签是指其内部配有电池的标签, 内部电池使得标签可以主动的发出数据信号给读写器，实现数据的交互。这种标签一般体积较大，生产成 本也较昂贵，工作寿命受电池容量的限制。主要用于军事、医疗、运输管理及某些工业用途。被动标签没 有内置电池，读写器通过无线电波启动标签，标签在该磁场中产生感应电流，以此提供信息交互时的能量。 被动式RFID标签由标签芯片和标签天线或线圈组成，利用电感耦合（近场作用范围内）或电磁反向散射 耦合原理（远场作用范围内）实现与读写器之间的通讯。RFID标签中存储一个唯一编码，通常为64b
30、its、 96bits甚至更高，其地址空间大大高于条码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。当RFID 标签进入读写器的作用区域，就可以根据电感耦合原理或电磁反向散射耦合原理在标签天线两端产生感应 电势差，并在标签芯片通路中形成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阈值，就将激活RF1D标签芯片 电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读/写操作，标签内的微控制器还可以进一步加入诸如密码或防 碰撞算法等复杂功能。RFID标签芯片的内部结构主要包括射频前端、模拟前端、数字基带处理单元和 EEPROM存储单元四局部。被动标签体积一般比拟小，生产本钱低，工作寿命比拟长。主要应用于存储识 别数据，如
31、货物的规格编号、动物芯片、感应卡、防盗门禁系统等。典型的有源标签与无源标签实物如图 1.2和图L3所示。图1.2有源标签图1.3 IC卡(无源标签)按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。这 四类标签的典型代表分别为ID卡，全称身份识别卡(Identification Card)； IC卡，全称集成电路卡 (Integrated Circuit Card),又称智能卡(Smart Card)； EPC电子标签；2.4G有源电子标签。目前国际上 广泛采用的电子标签频率分布于4种波段：低频(125KHz)、高频(13.56MHz)、超高
32、频(850MHz910MHz) 和微波(2.45GHz)。不同频段的电子标签对读写器的要求不相同，相应的读写距离与读写效率也各不相同。 同时不同频段的RFID技术的应用状况不尽相同，低频和高频的RFID应用市场已经成熟，高频应用是整 个市场的主流应用，而超高频RFID受到标准和技术多方面的限制，产业开展较慢，处于起步阶段。电子标签与RFID阅读器之间的通讯及能量感应方式大致上可以分成感应耦合以及反向散射耦合两种。 较低频率的RFID系统一般采用感应耦合的方式。这种情况下，通常是被动式电子标签，当电子标签接近 读写器的磁场范围时: 电子标签的天线会产生感应电流，以获得数据传输的能量，其原理如图L
33、4所示。 目前，普遍使用的是135KHz和13.56MHZ频段，因为使用电磁感应，受限于读写器产生的磁场的范围， 所以读写器与标签间的读写距离比拟短。较高频率的RFID系统一般使用反向散射耦合的方式，这种情况 下，通常是主动式电子标签，电子标签平常在省电状态，当进入读写器的有效读写范围时那么进入备用状态。 其工作原理简单的说就是读写器发射出去的电磁波碰到标签后被反射回来，并且反射回的电磁波带有标签 的信息，其原理如图1.5所示。-fluJ,_、.F_图1.4感应耦合图1.5反向散射耦合2)读写器读写器也称阅读器、询问器(reader, interrogator),是对RFID标签进行读/写操作
34、的设备，主要包括射 频模块和数字信号处理单元两局部。读写器是RFID系统中最重要的基础设施，一方面，RFID标签返回的 微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块中转换为数字信号，再经过读写器的数字信号处理单元对其 进行必要的加工整形，最后从中解调出返回的信息，完成对RFID标签的识别或读/写操作；另一方面，上 层中间件及应用软件与读写器进行交互，实现操作指令的执行和数据汇总上传。在上传数据时，读写器会 对RFID标签原子事件进行去重过滤或简单的条件过滤，将其加工为读写器事件后再上传，以减少与中间 件及应用软件之间数据交换的流量，因此在很多读写器中还集成了微处理器和嵌入式系统，实现一局部中 间件
35、的功能，如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等。未来的读写器呈现出智能化、小型化和集成化 趋势，还将具备更加强大的前端控制功能，例如直接与工业现场的其它设备进行交互甚至是作为控制器进 行在线调度。在物联网中，读写器将成为同时具有通讯、控制和计算（communication,control, computing） 功能的核心设备。RFID读写器的发送频率与相应的电子标签的频率相对应，将该频率称为RFID系统的工作频率或载波 频率。工作频率选择是RFID技术中的一个关键问题。工作频率的选择既要适应各种不同应用需求，还需 要考虑各国对无线电频段使用和发射功率的规定。当前RFID工作频率跨越多个频段，
36、不同频段具有各自 优缺点，它既影响标签的性能和尺寸大小，还影响标签与读写器的价格。此外，无线电发射功率的差异影 响读写器作用距离。目前，常见RFID系统的工作频率有低频135KHz、高频13.56MHz、超高频850MHz 910MHz 和微波 2.45GHz 等。低频（从125KHz到134KHz）, RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。该频率主要是通过感 应耦合的方式进行工作。该频段场强下降的比拟快，读写距离在10cm左右，据传输速率比拟慢。目前其 典型应用有畜牧业的管理系统、汽车防盗和无钥匙开门系统的应用、马拉松赛跑系统的应用、自动停车场 收费和车辆管理系统、自动加油系统的应用、
37、酒店门锁系统的应用、门禁和平安管理系统、动物芯片等。高频（工作频率为13.56MHz）,传输距离在1米以下，耦合方式类似于低频RFID系统。高频系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签，并可以把某些数据信息写入标签中。该类系 统数据传输速率比低频要快，电子标签价格适中。目前其典型应用有图书管理系统的应用、学生校园一卡 通系统、公交卡系统、医药物流系统的管理和应用、大型会议人员通道系统、固定资产的管理系统等。超高频（工作频率为860MHz到960MHz之间），在该频段，全球的定义不是很相同，超高频系统通 过电场来传输能量。电场的能量下降得不是很快，读取距离比拟远，无源可达10m左右，但是读取
38、的区域 不是很好定义。该类系统有很高的数据传输速率，并且在很短的时间可以读取大量的电子标签。目前其典 型应用有供应链上的管理和应用、生产线自动化的管理和应用、航空包裹的管理和应用、集装箱的管理和 应用、后勤管理系统的应用等。微波（2.45GHz）,这种系统一般采用有源读写器与有源标签进行设计。有源RFID具备低发射功率、 通信距离长、传输数据量大，可靠性高和兼容性好等特点,与无源RFID相比,在技术上的优势非常明显。目 前其典型应用有公路收费系统、港口货运管理系统、矿井工人平安系统等。3）应用系统RFID系统结合数据库管理系统，计算机网络与防火墙技术可以提供全自动平安实时等方面的应用。应 用系
39、统一般可以提供给RFID系统用户一个清晰的人机交互界面，也可以协助使用者完成对读写器的指令 操作以及对中间件（middleware）的某些逻辑设置，逐级将RFID原子事件转化为使用者可以理解的业务 事件，并使用可视化界面进行展示。应用系统可以是像手持机那样的简单系统，也可以是像停车场管理系 统、物流管理系统这样的综合性很强的系统。由于一个应用软件需要根据不同应用领域的不同企业进行专 门制定，因此很难具有通用性。从应用评价标准来说，使用者在应用软件端的用户体验是判断一个RFID 应用案例成功与否的决定性因素之一。RFID中间件扮演RFID阅读器和应用程序之间的中介角色，从应用程序端使用中间件所提
40、供一组通用 的应用程序接口（API）,即能连到RFID读写器，读取RFID标签数据。这样一来，即使存储RFID标签 情报的数据库软件或后端应用程序增加或改由其他软件取代，或者读写RFID读写器种类增加等情况发生 时，应用端不需修改也能处理，省去多对多连接的维护复杂性问题。中间件在RFID应用中除了可以屏蔽 底层硬件带来的多种业务场景、硬件接口、适用标准造成的可靠性和稳定性问题，还可以为上层应用软件 提供多层、分布式、异构的信息环境下业务信息和管理信息的协同。中间件的内存数据库还可以根据一个 或多个读写器的读写器事件进行过滤、聚合和计算，抽象出对应用软件有意义的业务逻辑信息构成业务事 件，以满足
41、来自多个客户端的检索、发布/订阅和控制请求。典型的停车场应用系统如图1.6所示，系统配置包括停车场控制器、远距离IC卡读卡器、感应卡(有图1.6 停车场系统示意图源卡或无源卡)、自动道闸、车辆感应器、地感线圈、通讯适配器、摄像机、传输设备、停车场系统管理 软件等，是一个综合性很强的应用系统。感应IC卡安装在每辆车的驾驶室里面，可以存储持卡人的各种 信息。当车驶过读感器的感应区(离读感器2米左右)时，感应IC卡通过读感器发过来的激发信号产生 回应信号发回给读感器。读感器再将这个读取信号传递给停车场控制器，停车场控制器收到信息后，经自 动核对为有效卡后，车闸自动开启，数字录像机开始录像，拍下该车进
42、入时的照片，电脑记录车子牌号及 驾驶员姓名和进出入的信息等。方便高效的停车场系统有助于公司企业、政府机关等对于内部车辆和外来 车辆的进出进行现代化的管理，对加强企业的管理力度和提高公司的形象有较大的帮助。1.1.3 RFID相关标准射频标签与读写器之间交换的是数据，由于采用无接触方式通信，还存在一个空间无线信道。因而， 射频标签与读写器之间的数据交换构成的是一个无线数据通信系统。在这样的数据通信系统模型下，射频 标签是数据通信的一方，读写器是通信的另一方。要实现平安、可靠、有效的数据通信目的，数据通信的 双方必须遵守相互约定的通信协议。没有这样一个通信双方公认的基础，数据通信的双方将互相听不懂
43、对 方在说什么，步调也无从协调一致，从而造成数据通信无法进行。RFID标准所涉及到的问题包括：时序系统问题；通信握手问题；数据帧问题；数据编码问题；数据的 完整性问题；多标签读写防冲突问题；干扰与抗干扰问题；识读率与误码率问题；数据的加密与平安性问 题；读写器与应用系统之间的接口问题等。目前RFID还没有形成统一的全球标准，市场中多种标准并存，但制定统一的RFID标准已经得到业界 认可。当前国际上提出RFID标准的主要组织有：标准化国际组织(ISO), EPCglobal等。 ISO标准ISO标准由国际标准组织(ISO)推动，目前业界使用较多的标准有，ISO 14443A/B：超短距离智慧卡标
44、 准，该标准定义出读取距离7-15公分的短距离非接触智能卡的功能及运作标准，使用频率在13.56MHz。 现在的公交卡就是属于此类的。ISO 15693 ：短距离智慧卡标准，该标准定义出了读取距离可高达一公尺的非接触式智能卡的使用规 范，使用频率为13.56MHz。该标准使读写器的设计更加简单，本钱低于ISO 14443标准系列读写器。可 以用于进出控制、出勤考核等场合。现在很多企业使用的门禁卡就是这种类型。ISO 18000系列：这一系列的标准主要应用于货品供应链的管理。该标准涵盖了不同的带宽以及所有类 型的标签，应用范围广。如18000-2定义了 135KHz以下低频的物理层、防冲撞和通讯
45、协议等RFID相关 使用标准，而18000-4定义了 2.45GHz的相关RFID使用标准，18000-6定义了 860MHz-960MHz的相关 RFID使用标准。 EPC标准EPC标准是由EPCglobal针对全球产品识别而建立的标准体系，可以为单一产品标记唯一标识码，从 而到达区分产品的目的，使用频率在860MHz960MHz,目前已经在RFID系统中得到广泛应用和采纳。 EPC主要标准有UHF Classi Gen2等。Gen 2协议是紧跟ISO 18000-6的一种新标准，Gen 2中对于空中 接口的标准融合了 Genl和ISO协议中有关空中接口的优点，还加上一些从其他通讯系统(如802.11 Wi-FI 路由器)借鉴来的信息来实现读写器和标签的通信，这样使得它比现存的RFID协议更快捷、更可靠，并 且可以解决对环境的噪声污染问题。EPC标准一般将EPC标签划分为五个等级：Class 0:只提供读取(Read only)、简单被动式，仅提供简单被动式，标签在出厂时即被写入一组不可更 改的编号，用于简单的服务区分。Class 1:只写一次(Write Once)、简单被动式，可以对只读标签写入一次。Class 2:重复读写(Read/Write),具有可重复读写的被动式标签。Cla