无线传感器网络技术原理及应用-课件-第7章

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1、第7章RFID技术7.1RFID技术原理7.2RFID标准7.3RFID系统原理7.4RFID组网技术7.5RFID技术应用小结本章目标了解RFID的组成及分类。　　掌握RFID系统的工作原理。　　掌握RFID标准。　　了解RFID组网技术。学习导航射频识别技术即无线电频率识别(RadioFrequencyIdentification，RFID)的简称，又称电子标签、无线射频识别，是一种无线通信技术。它主要利用无线微波对物体进行近距离无接触的探测和跟踪。在无线传感器网络中往往利用RFID技术赋予无线传感器网络节点ID号。7.1RFID技

2、术原理7.1.1组成RFID应用系统由读写器、标签和高层等部分组成，如图7-1所示。读写器和标签可以构成一个简单的应用系统，例如公交车上的消费系统。复杂的应用需要一个读写器同时读取n个标签。更复杂的应用系统需要解决读写器的高层处理问题。　　射频识别技术的核心在标签上，读写器是根据标签的性能而设计的。虽然在RFID系统中标签的价格和性能比读写器低，但通常情况下，在应用中标签的数量是很大的，尤其是在物流应用中，标签的应用量不仅大而且可能一次性使用，而读写器的数量相对要少并且可以重复使用。图7-1RFID应用系统组成7.1.2分类RFID的分类多

3、种多样，根据不同的标准和要求以及分类的依据不同，主要可以分为以下几种。1.按供电方式分类　　根据标签的供电方式可以将RFID系统分为有源、无源和半有源系统。　　有源的RFID与无源的RFID系统主要是指标签的工作电源是否由内部电池供给。有源电子标签又称为主动标签，标签的工作电源完全由内部电池供给，同时标签电池的能量供应部分转换为电子标签与读写器通信所需的射频能量。无源电子标签又称为被动式标签，没有内装电池。在读写器的读出范围之外时，电子标签处于无源状态；在读写器的读出范围之内时，电子标签从读写器发出的射频能量中提取其工作所需的电源。　　

4、半有源射频标签内的电池供电，仅对标签内要求供电维持数据的电路，或者标签芯片工作所需电压的辅助支持，及本身耗电量很少的标签电路供电。标签进入工作状态之前，一直处于休眠状态，相当于无源标签，标签内部电池能量消耗很少，因而电池可维持几年，甚至长达10年之久。当标签进入读写器的读卡范围区域内，受到读写器发出的射频信号激励，进入工作状态时，标签与读写器之间信息交换的能量支持以读写器供应的射频能量为主。标签内部电池的作用主要在于弥补标签所处位置的射频场强不足，标签内部电池的能量并不转换为射频能量。2.按工作频率分类　　根据工作频率，RFID系统可以分为

5、低频、高频、超高频和微波。RFID主要频段标准及特性如表7-1所示。表7-1RFID主要频段标准及特性7.1.3工作原理RFID系统由读写器、标签和应用系统组成。其主要的工作原理简单描述如下：由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号。当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量，电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置的射频天线发送出去。读写器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线调节器传送到读写器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关的处理。读写器的应用系统根据逻辑运算识别该标签

6、的身份，针对不同的设定作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制读写器完成相应的读写操作。1.读写器　　读写器又称为阅读器，主要负责与电子标签的双向通信，同时接收来自主机系统的控制指令。读写器的频率决定了RFID系统工作的频段，其功率决定了射频识别的有效距离。读写器根据使用技术的不同可以是读或者读/写装置，它是RFID系统信息控制和处理的中心。读写器系统组成如图7-2所示。图7-2读写器系统组成读写器由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分组成。下面分别介绍三部分的主要任务和功能。(1)射频接口模块的主要任务和功能如下：　　产生高频发射能量，

7、激活电子标签并为其提供能量。　　对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签。　　接收并调制来自电子标签的射频信号。(2)逻辑控制单元也称为读写模块，其主要任务和功能如下：　　与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送来的指令。控制读写器和标签的通信过程。　　对信号进行编码和解码。　　对读写器和标签之间传输的数据进行加密和解密。　　执行防碰撞算法。　　对读写器和标签进行身份验证。(3)天线模块。天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或者将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。在RFID系统中，读写器必须通过天线发射能量，来

8、形成电磁场，通过电磁场对电子标签进行识别。因此，读写器天线所形成的电磁场范围即为读写器的可读区域。2.电子标签　　电子标签是由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的