导考网短评:
与条码识别、磁卡识别和IC卡识别等技术相比,射频识别技术以特有的无接触、抗干扰能力强、可同时识别多个物品等优点,逐渐成为自动识别领域中*优秀和应用*广泛的技术之一,是目前*重要的自动识别技术。 本书共分为9章。
第1章射频识别技术概述
学习目标
1.掌握自动识别技术的种类。
2.了解RFID技术的发展历史及现状。
3.掌握RFID技术的体系及其产业发展趋势。
知识要点
自动识别技术、射频识别技术、射频识别技术体系及产业发展趋势。
1.1自动识别技术
人类社会步入信息时代后,人们获取和处理的信息量在不断增大。传统的信息采集是通过人工手段录入的,不仅工作强度大,而且差错率高。以计算机和通信技术为基础的自动识别技术,可以对目标对象自动辨认,并可以工作在各种环境下,使人类能够对大量信息进行及时、准确的处理。自动识别技术可以对每个物品进行标识和识别,并可以实时更新数据,是构建全球物品信息实时共享的基础,是物联网的重要组成部分。
1.1.1自动识别技术的概念
自动识别技术,是用机器来识别不同物品的众多技术的总称。具体地说,就是使用识别装置,通过被识别物品与识别装置之间的接近运动,自动获取被识别物品的相关信息。
自动识别技术是一种高度自动化的信息(数据)采集技术,可对记录了字符、影像、条码、声音、信号等信息的载体进行自动识别,自动地获取被标识物品的相关信息,并提供给后台的计算机处理系统,来完成相关的后续处理。
以往的信息识别和管理中,多采用单据、凭证、传票为载体,以手工记录、电话沟通、人工计算、邮寄或传真等方法,对信息进行采集、记录、处理、传递和反馈,不仅极易出现差错,也使管理者对物品在流动过程中的各个环节难以统筹协调,不能系统地控制,更无法实现系统优化和实时监控,导致效率低下和人力、运力、资金、场地的大量浪费。
近几十年来,自动识别技术在全球范围内得到了迅猛发展,极大地提高了数据采集和信息处理的速度,改善了人们的工作和生活环境,提高了工作效率,并为管理的科学化和现代化做出了重要贡献。
自动识别技术可以在制造、物流、防伪和安全等多个领域中应用,可以采用光识别、电识别、射频识别等多种识别方式,是集计算机、光、电、通信和网络技术于一体的高技术学科。
1.1.2自动识别技术的分类
根据应用领域和具体特征,自动识别技术可分为条码识别技术、生物识别技术、图像识别技术、磁卡识别技术、IC卡识别技术、光学字符识别技术和射频识别技术等。这里介绍几种典型的自动识别技术,分别采用了不同的数据采集技术。其中,对条码使用光识别技术、对磁卡使用磁识别技术、对IC卡使用电识别技术、对射频标签使用无线识别技术。
1.条码识别技术
条码是由一组线条、空白条和数字符号组成的,按一定编码规则排列的,用以表示一定字符、数字及符号的标签信息载体。条码是利用红外光或可见光进行识别的。由扫描器发出的红外光或可见光照射条码,条码中深色的"条痕"吸收光,浅色的"空白"将光反射回扫描器,扫描器将光反射信号转换成电子脉冲,再由译码器将电子脉冲转换成数据,最后传至后台,完成对条码的识别。
目前,条码的种类很多,大体上可以分为一维条码和二维条码两种。一维条码和二维条码都有许多码制。条码中,条、空图案对数据不同的编码方法,构成了不同形式的码制。不同码制有各自不同的特点、可以用于一种或若干种应用场合。
(1)一维条码。
一维条码有许多种码制,包括Code25码、Code128码、EAN-13码、EAN-8码、ITF25码、库德巴码、Matrix码和UPC-A码等。如图1-1所示为几种常用的一维条码样图。
(a)EAN-13码(b)EAN-8码(c)UPC-A码
图1-1几种常用的一维条码样图
目前最流行的一维条码是EAN-13条码。EAN-13条码由13位数字组成,其中,前3位数字为前缀码,目前国际物品编码协会分配给我国并已经启用的前缀码为690~692。当前缀码为690或691时,第4~7位数字为厂商代码,第8~12位数字为商品项目代码,第13位数字为校验码;当前缀码为692时,第4~8位数字为厂商代码,第9~12位数字为商品项目代码,第13位数字为校验码。EAN-13条码的构成如图1-2所示。
(a)当前缀码为690时(b)当前缀码为692时
图1-2EAN-13条码的构成
(2)二维条码。
二维条码技术是在一维条码无法满足实际应用需求的前提下产生的。二维条码在横向和纵向两个方位同时表达信息,因此,能在很小的面积内表达大量信息。目前有几十种二维条码,常用的码制有DataMatrix码、QRCode码、Maxicode码、PDF417码、Code49码、Code16K码和Codeone码等。如图1-3所示为几种常用的二维条码样图。
(a)DataMatrix码(b)QRCode码(c)Maxicode码
图1-3几种常用的二维条码样图
2.磁卡识别技术
磁卡,从本质意义上讲,与计算机用的磁带或磁盘是一样的,它可以用来记载字母、字符及数字信息。磁卡是一种磁介质记录卡片,通过黏合或热合,与塑料或纸牢固地整合在一起,能防潮、耐磨且有一定的柔韧性,携带方便,较为稳定可靠。
磁卡记录信息的方法是变化磁极。在磁性变化的地方具有相反的极性(如S-N或N-S),识读器材能够在磁条内探测到这种磁性变化。使用解码器,可以将磁性变化转换成字母或数字的形式,以便由计算机来处理。
磁卡的优点是数据可读写,即具有现场改变数据的能力,这个优点使得磁卡的应用领域十分广泛,如信用卡、银行ATM卡、会员卡、现金卡(如电话磁卡)和机票等。
磁卡的缺点,是数据存储的时间长短受磁性粒子极性耐久性的限制。另外,磁卡存储数据的安全性一般较低,如果磁卡不小心接触磁性物质,就可能造成数据的丢失或混乱。随着新技术的发展,安全性能较差的磁卡有逐步被取代的趋势。
但是,在现有条件下,社会上仍然存在大量的磁卡设备,再加上磁卡技术比较成熟和具有低成本,所以,短期内,该技术仍然会在许多领域中继续使用。如图1-4所示为一种银行磁卡,该银行磁卡通过背面的磁条可以读写数据。
(a)银行卡正面(b)银行卡背面的磁条
图1-4银行磁卡
3.IC卡识别技术
IC(IntegratedCircuit)卡是一种电子式数据自动识别卡,IC卡分接触式IC卡和非接触式IC卡两种,这里介绍的是接触式IC卡。
接触式IC卡是集成电路卡,通过卡里的集成电路来存储信息,它将一个微电子芯片嵌入到卡基中,做成卡片的形式,通过卡片表面的8个金属触点与读卡器进行物理连接,来完成通信和数据交换。IC卡使用了微电子技术和计算机技术,作为一种成熟的高技术产品,是继磁卡之后出现的又一种新型的信息工具。
IC卡的外形与磁卡相似,区别在于数据存储的媒体不同。磁卡是通过卡上磁条的磁场变化来存储信息的,而IC卡是通过嵌入卡中的电擦除式可编程只读存储器(EEPROM)来存储数据信息的。IC卡与磁卡相比,具有存储容量大、安全保密性好、有数据处理能力、使用寿命长等优点。
依据是否带有微处理器,IC卡可分为存储卡和智能卡两种。存储卡仅包含存储芯片而无微处理器,一般的电话IC卡即属于此类。将带有内存和微处理器芯片的大规模集成电路嵌入到塑料基片中,就制成了智能卡,它具有数据读写和处理功能,因而具有安全性高、可以离线操作等突出优点,银行的IC卡通常是指智能卡。如图1-5所示为几种IC卡。
(a)中国电信IC卡(b)中国邮政储蓄银行IC卡
图1-5IC卡
4.射频识别技术
射频识别技术是通过无线电波进行数据传递的自动识别技术。与条码识别技术、磁卡识别技术和IC卡识别技术等相比,它以特有的无接触、可同时识别多个物品等优点,逐渐成为自动识别领域中最优秀和应用最广泛的自动识别技术。
1.1.3RFID技术
RFID技术是自动识别技术中的一种。RFID以电子标签来标识某个物体,电子标签包含某个芯片和天线,芯片用来存储物体的数据,天线用来收发无线电波。电子标签的天线通过无线电波,将物体的数据发射到附近的RFID读写器,RFID读写器就会对接收到的数据进行收集和处理。RFID与传统的条码识别相比,具有很大的优势。
(1)RFID电子标签抗污损能力强。
传统的条码载体是纸张,它附在物体和外包装箱上,特别容易受到折损。条码采用的是光识别技术,如果条码的载体受到污染或者折损,将会影响信息的正确识别。而RFID采用电子芯片存储信息,可以免受外部环境污损。
(2)RFID电子标签安全性高。
条码制作容易,操作简单,但同时也产生了仿造容易、信息保密性差等缺点。RFID采用电子标签存储信息,数据可以通过编码实现密码保护,内容不易被伪造和更改。
(3)RFID电子标签容量大。
条码的标识容量有限。而RFID电子标签的标识容量可以做到比条码大很多,实现真正的"一物一码",可以满足信息流量不断增大和信息处理速度不断提高的需求。
(4)RFID可实现远距离同时识别多个电子标签。
条码识别一次只能有一个条码接受扫描,而且要求条码与读写器的距离比较近。射频识别采用无线电波进行数据交换,RFID读写器能够远距离同时识别多个RFID标签,并可以识别高速运动的标签。
(5)RFID是物联网的基石。
条码印刷上去就无法更改了。而RFID采用电子芯片存储信息,可以随时记录物品在任何时候的任何信息,并可以很方便地新增、更改和删除信息。RFID通过计算机网络可以实现对物品透明化、实时的管理,实现真正意义上的"物联网"。
1.2射频技术及其特点
射频识别是无线电频率识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)的简称,即通过无线电波进行识别。在RFID系统中,识别信息存放在电子数据载体中,电子数据裁体称为应答器。应答器中存放的识别信息由阅读器读出。在一些应用中,阅读器不仅可以读出存放的信息,而且可以对应答器写入数据,读、写过程是通过相互之间的无线通信来实现的。
射频识别具有下述特点。
(1)是通过电磁耦合方式实现的非接触自动识别技术。
(2)需要利用无线电频率资源,必须遵守使用无线电频率的众多规范。
(3)存放的识别信息是数字化的,因此,通过编码技术,可以方便地实现多种应用,如身份识别、商品货物识别、动物识别、工业过程监控等。
(4)容易对多个应答器、多个阅读器组合建网,以完成大范围的系统应用,并构成完善的信息系统。
(5)涉及计算机、无线数字通信、集成电路、电磁场等众多学科,是一个新兴的、融合了多种技术的领域。
1.2.1RFID的发展简史
在过去的半个多世纪中,RFID技术的发展经历了以下几个阶段。
1941-1950年,雷达的改进和应用催生了RFID技术,1948年奠定了RFID技术的理论基础。
1951-1960年,早期RFID技术的探索阶段,主要处于实验室研究中。
1961-1970年,RFID技术的理论得到了发展,开始了一些应用尝试。
1971-1980年,RFID技术与产品研发处于一个大发展时期,各种RFID技术测试得到加速,出现了一些最早的RFID技术应用。
1981-1990年,RFID技术及产品进入商业应用阶段,多种应用开始出现,但成本成为制约进一步发展的主要问题。国内开始关注这项技术。
1991-2000年,大规模生产使得其成本可以被市场接受,技术标准化问题和技术支撑体系的建立得到了重视,大量厂商进入,RFID产品逐渐走入人们的生活,国内研究机构开始跟踪和研究该技术。
2001-至今,RFID技术得到了进一步丰富和完善,产品种类更加丰富,无源电子标签、半有源电子标签均得到了发展,电子标签成本也不断降低,RFID技术的应用领域不断扩大,RFID与其他技术正在日益结合。
纵观RFID技术的发展历程,我们不难发现,随着市场需求的不断发展,人们对RFID技术的认识水平正在日益提升,RFID技术已经逐渐走入生产和生活的各个领域;RFID技术及产品的不断开发,必将带来其应用发展的新高潮,并引发相关应用领域新的变革。