【文章內(nèi)容簡介】 間的射頻信號的實現(xiàn)為變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，其依據(jù)是電磁感應(yīng)定律。 在電磁 反相散射耦合系統(tǒng)中，閱讀器和電子標(biāo)簽之間的射頻信號的實現(xiàn)為雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后被反射，同時攜帶目標(biāo)信息，其依據(jù)的是電磁波的空間傳輸規(guī)律。 （ 1） RFID 標(biāo)簽 RFID 標(biāo)簽俗稱電子標(biāo)簽，也稱應(yīng)答器，根據(jù)工作方式可分為主動式（有源）和被動式（無源）兩大類。本文主要研究被動式 RFID 標(biāo)簽及系統(tǒng)。被動式 RFID本科畢業(yè)設(shè)計論文 6 標(biāo)簽由標(biāo)簽芯片和標(biāo)簽天線圈組成，利用電感耦合或電磁反向散射耦合原理實現(xiàn)與讀寫器之間的通訊。 RFID 標(biāo)簽中存儲一個唯一編碼，通常為 64bits、 96bits 甚至更高，其地址空間大大高于條碼所提供的空間，因此可以實現(xiàn)單品級的物品編碼。當(dāng) RFID 標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的作用域，就可以根據(jù)電感耦合原理（近場作用范圍力）或電磁反向散射耦合原理（遠(yuǎn)場作用范圍力）在天線兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢差，并在標(biāo)簽芯片通路中形成微弱電流，如果這個電流強(qiáng)度超過一個閥值，就可以激活 RFID 標(biāo)簽芯片電路工作，從而對標(biāo)簽芯片中的存儲器進(jìn)行讀寫操作，微控制器還可以進(jìn)一步加入諸如密碼或防碰撞算法等復(fù)雜功能。 RFID 標(biāo)簽芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶處理單元和 EEPROM 存儲單元四部分。 （ 2）讀寫器 讀寫器也稱閱讀器、詢問器，是對 RFID 標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作的設(shè)備，主要包括射頻模塊和數(shù)字信號處理單元兩部分。讀寫器是 RFID 系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，一方面， RFID 標(biāo)簽返回的微弱電 磁信號通過天線進(jìn)入讀寫器的射頻模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)過讀寫器的數(shù)字信號處理單元對其進(jìn)行必要的加工整形，最后從中解調(diào)出返回的信息，完成對 RFID 標(biāo)簽的識別或讀寫操作；另一方面，上層中間件及應(yīng)用軟件與讀寫器進(jìn)行交互，實現(xiàn)操作指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)匯總上傳。在上傳數(shù)據(jù)時，讀寫器會對 RFID 標(biāo)簽原子事件進(jìn)行去重過濾或簡單的條件過濾，將其加工為讀寫器事件后在上傳，以減少與中間件及應(yīng)用軟件之間數(shù)據(jù)交換的流量。因此，在很多讀寫器中還集成了微處理器和嵌入式系統(tǒng)，實現(xiàn)一部分中間件的功能，如信號狀態(tài)控制、奇偶位錯誤校驗與修正等。未來的讀寫器呈現(xiàn)出智能化、小型化和集成化趨勢，還將具備更加強(qiáng)大的前段控制功能，例如直接與工業(yè)現(xiàn)場的其他設(shè)備進(jìn)行交互甚至是作為控制器進(jìn)行在線調(diào)度。在物聯(lián)網(wǎng)中，讀寫器將成為同時具有通訊、控制和計算功能的 C3 核心設(shè)備。 （ 3）天線 天線是 RFID標(biāo)簽和讀寫器之間實現(xiàn)射頻信號空間傳播和建立無線通訊連接的設(shè)備。 RFID 系統(tǒng)中 包括兩類天線，一類是 RFID 標(biāo)簽上的天線，它和 RFID 標(biāo)簽集成為一體，另一類是讀寫器天線，既可以內(nèi)置于讀寫器中，也可以通過同軸電纜與讀寫器的射頻輸出端口相連。目前的天線產(chǎn)品多采用收發(fā)分離技術(shù)來實現(xiàn)發(fā)射和接受功能的集成。天線在 RFID 系統(tǒng)中的重要性往往被人們所忽視，在實際應(yīng)用中，天線設(shè)計參數(shù)是影響 RFID 系統(tǒng)識別范圍的主要因素。高性能的天線不僅要求具有良好的的阻抗匹配特性，還需要根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的特點對方向特性、極化特性和頻率特性等進(jìn)行專門設(shè)計。 （ 4）中間件 中間件是一種面向消息的、可以接受應(yīng)用軟件端發(fā)出的請 求、對指定的一個本科畢業(yè)設(shè)計論文 7 或者多個讀寫器發(fā)起操作并接受、處理后向應(yīng)用軟件返回結(jié)果數(shù)據(jù)的特殊化軟件。中間件在 RFID 應(yīng)用中除了可以屏蔽底層硬件帶來的多種業(yè)務(wù)場景、硬件接口、適用標(biāo)準(zhǔn)造成的可靠性和穩(wěn)定性的問題，還可以為上層應(yīng)用軟件提供多層、分布式、異構(gòu)的信息環(huán)境下業(yè)務(wù)信息和管理信息的協(xié)同。中間件的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫還可以根據(jù)一個或多個讀寫器的讀寫器事件的過濾、聚合和計算，抽象出對應(yīng)用軟件有意義的業(yè)務(wù)邏輯信息構(gòu)成業(yè)務(wù)事件，以滿足來自多個客戶端的檢索、發(fā)布 /訂閱和控制請求。 （ 5）應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是直接面向 RFID 應(yīng)用最終用戶的 人機(jī)交互界面，協(xié)助使用者完成對讀寫器的指令操作以及中間件的邏輯設(shè)置，逐漸將 RFID 原子事件轉(zhuǎn)化為使用者可以理解的業(yè)務(wù)事件，并使用可視化界面進(jìn)行展示。由于應(yīng)用軟件需要根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的不同企業(yè)進(jìn)行專門制定，因此很難具有通用性。從應(yīng)用評價標(biāo)準(zhǔn)來說，使用者在應(yīng)用軟件端的用戶體驗是判斷一個 RFID 應(yīng)用案例成功與否的決定性因素之一。 RFID 系統(tǒng)的基本工作原理是在耦合通道內(nèi)，閱讀器和標(biāo)簽之間通過耦合元件實現(xiàn)射頻信號的空間耦合，且根據(jù)時序關(guān)系，完成數(shù)據(jù)的交換和能量的傳遞，其基本工作模 型如圖 21 所示： 射 頻 標(biāo) 簽閱 讀 器耦 合 元 件 （ 線 圈 、微 波 天 線 ）數(shù) 據(jù)能 量時 序 圖 21 閱讀器與應(yīng)答器信息傳遞示意圖 閱讀器向電子標(biāo)簽提供工作能量。對于無源標(biāo)簽，當(dāng)標(biāo)簽離開射頻識別場時，標(biāo)簽由于沒有能量的激活而處于休眠狀態(tài)，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入射頻識別場時，閱讀器發(fā)射出來的射頻波激活標(biāo)簽電路，標(biāo)簽通過整流的方法將射頻波轉(zhuǎn)換為電能存儲在標(biāo)簽中的電容里，從而為標(biāo)簽的工作提供能量，完成數(shù)據(jù)的交換。對于半有源標(biāo)簽來講，射頻場只起到了激活的作用。有源標(biāo)簽始終處于激活狀態(tài)，處于主動工作狀態(tài)，和閱讀器發(fā)射出的射頻波相互作用，具有 較遠(yuǎn)的識讀距離。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 8 時序指的是閱讀器和標(biāo)簽的工作次序問題。即閱讀器主動喚醒標(biāo)簽，這時標(biāo)簽首先自報家門。對于無源標(biāo)簽，一般是閱讀器先講的形式對于多標(biāo)簽同時識讀，可以采用閱讀器先講的形式，也可以是標(biāo)簽先講的形式。 閱讀器和標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)通信包括閱讀器向標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信和標(biāo)簽向閱讀器的數(shù)據(jù)通信。在閱讀器向標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信中，又包括離線數(shù)據(jù)寫入和在線數(shù)據(jù)寫入。對于標(biāo)簽向閱讀器的數(shù)據(jù)通信過程，其工作方式包括以下兩種標(biāo)簽收到閱讀器的射頻能量時，即被激活并向閱讀器發(fā)射標(biāo)簽存儲的數(shù)據(jù)信息標(biāo)簽被激活后，根據(jù)閱讀器指令轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)發(fā)送狀 態(tài)或休眠狀態(tài)。在這兩種工作方式中，前者屬于單向通信，后者屬于半雙工雙向通信。圖 22 可以看出，在射頻識別系統(tǒng)的工作過程中，始終以能量為基礎(chǔ)，通過一定的時序方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。因此，在工作的空間通道中存在三種事件模型以能量提供為基礎(chǔ)的事件模型，以時序方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的實現(xiàn)形式事件模型，以數(shù)據(jù)交換為目的的事件模型。 RFID 的關(guān)鍵技術(shù)包括產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。 （ 1） RFID 產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)主要包括： 標(biāo)簽設(shè)計與制造：例如低成本、低功耗的 RFID 芯片設(shè)計與制造，適合標(biāo)簽 芯片實現(xiàn) 的新型存儲技術(shù)，防沖突算法及電路實現(xiàn)技術(shù)，芯片安全技術(shù)，以及標(biāo)簽芯片與傳感器的集成技術(shù)等。 天線設(shè)計與制造：例如標(biāo)簽天線匹配技術(shù)，針對不同應(yīng)用對象的 RFID 標(biāo)簽 天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，多標(biāo)簽天線優(yōu)化分布技術(shù)，片上天線技術(shù)，讀寫器智能波束掃描天線陣技術(shù)，以及 RFID 標(biāo)簽天線設(shè)計仿真軟件等。 RFID 標(biāo)簽封裝技術(shù)與裝備：例如基于低溫?zé)釅旱姆庋b工藝，精密機(jī)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，多物理量檢測與控制，高速高精運(yùn)動控制，裝備故障自動診斷與修復(fù)，以及在線檢測技術(shù)等。 RFID 標(biāo)簽集成：例如芯片與天線及所附著的特殊材料介質(zhì)三者之間的匹 配技術(shù)，標(biāo)簽加工過程中的一致性技術(shù)等。 讀寫器設(shè)計：例如密集讀寫器設(shè)計，抗干擾技術(shù)，低成本小型化讀寫器集成技術(shù)，以及讀寫器安全認(rèn)證技術(shù)等。 （ 2） RFID 應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)主要包括： RFID 應(yīng)用體系架構(gòu)：例如 RFID 應(yīng)用系統(tǒng)中各種軟硬件和數(shù)據(jù)的接口技術(shù)及 服務(wù)技術(shù)等。 RFID 系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)管理：例如 RFID 與無線通信、傳感網(wǎng)絡(luò)、信息安全、工業(yè)控制等的集成技術(shù)， RFID 應(yīng)用系統(tǒng)中間件技術(shù)，海量 RFID 信息資源的組織、存儲、管理、交換、分發(fā)、數(shù)據(jù)處理和跨平臺計算技術(shù)等。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 9 RFID 公共服務(wù)體系：提供支持 RFID 社會性應(yīng) 用的基礎(chǔ)服務(wù)體系的認(rèn)證、注冊、編碼管理、多編碼體系映射、編碼解析、檢索與跟蹤等技術(shù)與服務(wù)。 RFID 技術(shù)檢測與規(guī)范：例如面向不同行業(yè)應(yīng)用的 RFID 標(biāo)簽及相關(guān)產(chǎn)品物理特性和性能一致性檢測技術(shù)與規(guī)范，標(biāo)簽與讀寫器之間空中接口一致性檢測技術(shù)與規(guī)范，以及系統(tǒng)解決方案綜合性檢測技術(shù)與規(guī)范等。 RFID 標(biāo)準(zhǔn)體系分為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)難。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括接口規(guī)范、物理特性、讀寫器協(xié)議、編碼體系、測試規(guī)范、應(yīng)用規(guī)范、數(shù)據(jù)管理、信息安全等標(biāo)準(zhǔn)組成。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)主要分為動物識別、身份識別、商業(yè)、交通 、軍事等。 目前常用的國際標(biāo)準(zhǔn)主要有 ISO/IEC18000 標(biāo)準(zhǔn)（包括 7 個部分，涉及125KHz， ， 860960MHz， ）、用于對動物識別的 ISO11784和 ISO1178，用于非接觸智能卡的 ISO1053 1569 14443，用于集裝箱識別的 ISO10374 等。目前國際上制定 RFID 標(biāo)準(zhǔn)的組織比較著名的有三個： ISO 國際組織、以美國為首的 EPC global 以及日本的 Ubiquitous ID Center，而這三個組織對 RFID 技術(shù)應(yīng)用規(guī)范都有各自的目標(biāo)與發(fā)展 規(guī)劃。下面簡單介紹一下本文相關(guān)的 EPC global 國際標(biāo)準(zhǔn) [8]。 EPC(Electronic Product Code) 標(biāo)準(zhǔn)使用的頻率有 以及902928MHz，由 EPC global Inc 所推動提出。 EPC 的目標(biāo)主要就是推動讓生活中的每項物品都有一個唯一的編碼，且相互連接形成一個即所謂的物聯(lián)網(wǎng)概念。使用者可以利用物聯(lián)網(wǎng)的 EPC 編碼名稱解析服務(wù) ONS(Object Name Service)，讓使用 EPC RFID 標(biāo)簽的貨品可以流通全球。在 2021 年 6 月 EPC global 正式公布了全球第一的 RFID 標(biāo)準(zhǔn)，讓全球不同的企業(yè)在使用 RFID 上有個共通標(biāo)準(zhǔn)，其中EPC Tag所設(shè)定的 5 個不同等級為： （ 1） Class0: 只供讀取，簡單被動式，僅提供在出廠時以制訂號碼的唯讀標(biāo)簽。標(biāo)簽在出廠時即寫入一組不可更改的號碼，提供簡單的服務(wù)辨識； （ 2） Class1: 只寫一次，簡單被動式，可供一次寫入； （ 3） Class2: 重復(fù)讀寫，具有可重復(fù)讀寫功能，被動式標(biāo)簽； （ 4） Class3: 內(nèi)設(shè)感應(yīng)器的半被動標(biāo)簽，有重復(fù)讀寫功能，更包含額外的感應(yīng)器，可偵查溫度 !濕度 !動向變化等并記錄在標(biāo)簽中，內(nèi)建電 池增加讀取距離； （ 5） Class4: 屬于天線，是一種半被動標(biāo)簽，可主動與其他標(biāo)簽溝通，還在研發(fā)過程中。 RFID 技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢，逐漸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運(yùn)輸控制管理系統(tǒng)等領(lǐng)域。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步以及生產(chǎn)規(guī)模的本科畢業(yè)設(shè)計論文 10 不斷擴(kuò)大， RFID 產(chǎn)品的成本將不斷的降低，其應(yīng)用將越來越廣泛。 在物流領(lǐng)域， RFID 的大規(guī)模應(yīng)用提升了物流能力?？蓱?yīng)用過程包括：物流過程中的貨物跟蹤，信息自動采集，倉儲管理應(yīng)用，港口應(yīng)用，郵政包裹，快遞等；在零售領(lǐng)域，有沃爾瑪、麥德龍等 大超市一手推動的 RFID 應(yīng)用，可以為零售業(yè)帶來包括降低勞動成本、商品的可適度提高，降低因商品斷貨造成的損失，減少商品偷竊現(xiàn)象等好處。可應(yīng)用的過程包括：商品的銷售數(shù)據(jù)實時統(tǒng)計，補(bǔ)貨，防盜等；在制造業(yè)領(lǐng)域， RFID 應(yīng)用于生產(chǎn)過程的生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，質(zhì)量追蹤，自動化生產(chǎn)，個性化生產(chǎn)等。在貴重及精密的貨物生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用更為迫切；在服務(wù)業(yè)領(lǐng)域，可以應(yīng)用于服裝的自動化生產(chǎn)，倉儲管理，品牌管理，單品管理，渠道管理等過程，隨著標(biāo)簽價格的降低，這一領(lǐng)域?qū)⒂泻艽蟮膽?yīng)用潛力；在醫(yī)藥領(lǐng)域，可以應(yīng)用于醫(yī)院的醫(yī)療器械管理，病人身份識別， 嬰兒防盜等領(lǐng)域。醫(yī)療行業(yè)對標(biāo)簽的成本比較不敏感，所以該行業(yè)是 RFID 應(yīng)用的先鋒之一；在身份識別領(lǐng)域， RFID 技術(shù)由于天生的快速讀取難于偽造，而被廣泛應(yīng)用于個人的身份識別證件；在汽車領(lǐng)域，可以應(yīng)用于機(jī)車自動化，個性化的生產(chǎn)，汽車的防盜，汽車的定位，可以作為安全性較高的鑰匙；航空領(lǐng)域里面，應(yīng)用于旅客機(jī)票、行李包裹追蹤等，還可以應(yīng)用于飛機(jī)的制造，飛機(jī)零部件的保養(yǎng)及質(zhì)量追蹤、快速登機(jī)等；在軍事領(lǐng)域，可進(jìn)行彈藥、槍支、物資、人員、卡車等識別與跟蹤。 本章主要介紹了 RFID 的相關(guān)概念以及 RFID 的應(yīng)用 前景。 RFID 作為一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。同時， RFID 技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。目前，在倉儲管理中，貨物的信息采集主要采用條碼技術(shù)，但條碼技術(shù)具有記錄信息無法更改、存儲容量相對較小的的缺點，條形碼掃描儀必須看到條形碼才能讀取，這樣，工作人員必須親手掃描每件商品的條形碼。如果條形碼被撕裂、虧損或丟失，掃描儀將無法掃描、識別貨物。如果需要改進(jìn)信息需要重新貼上條形碼標(biāo)簽，既增加了工序，浪 費(fèi)了人力資源，又增加了成本，降低了效率。因此，我們研究設(shè)計基于 RFID 的倉儲管理系統(tǒng)，充分發(fā)揮 RFID 技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢，彌補(bǔ)傳統(tǒng)倉儲管理系統(tǒng)的一些不足，從而降低物流費(fèi)用，提高倉儲效率。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 11 第三章 基于 RFID的倉儲管理系統(tǒng)實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù) RFID 系統(tǒng) RFID 系統(tǒng)概述 本次研究所用到的 RFID 系統(tǒng)為 Alien