RFID设备选型与应用读写器原理与选型解析.pptx
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1、RFID设备选型与应用设备选型与应用-读写器原理分析与选型本节内容RFIDRFID系统系统天线天线电子标签电子标签读写器读写器最基本的最基本的最基本的最基本的RFIDRFIDRFIDRFID系统由三部分组成:系统由三部分组成:系统由三部分组成:系统由三部分组成:RFIDRFIDRFIDRFID系统框图系统框图系统框图系统框图桌面式一体式手持式固定式电源I/O接口微处理器、存储器、时钟等解码及纠错电路电源电路放大器天线前置放大器射频接收器射频处理器射频振荡器电源电路控制处理器模块射频模块天线是发射和接收射频载波信号的设备;它主要负责将读写器中的电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签,或者接收
2、标签发送过来的射频载波信号并将其转化为电流信号;读写器的天线可以外置也可以内置,一些天线的尺寸较大所以选择独立安装;天线的类型取决于读写器的工作频率和天线的参数;天线的设计对阅读器的工作性能来说非常重要,对于无源标签来说,它的工作能量全部由阅读器的天线提供。射频模块主要包括发射器、射频接收器、时钟发生器和电压调节器等。该模块是读写器的射频前端,同时也是影响读写器成本的关键部位,主要负责射频信号的发射及接收。其中的调制电路负责将需要发送给电子标签的信号加以调制,然后再发送;解调电路负责将解调标签送过来的信号并进行放大;时钟发生器负责产生系统的正常工作时钟。逻辑控制模块是整个读写器工作的控制中心、
3、智能单元,是读写器的“大脑”,读写器在工作时由逻辑控制模块发出指令,射频接口模块按照不同的指令做出不同的操作。它主要包括微控制器、存储单元和应用接口驱动电路等。微控制器可以完成信号的编解码、数据的加解密以及执行防碰撞算法;存储单元负责存储一些程序和数据;应用接口负责与上位机进行输入或输出的通信。与电子标签之间通信1与计算机网络之间的通信2读写器的识别能力3读写器的适用性4射频识别是一种无线通信技术,可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,在读写器与标签的通信中无线电信号是通过调成无线电频率的电磁场,把数据从附着在物品上的标签上传送出去。标签包含了电子存储的信息,数米之内都可以识别。与条形
4、码不同的是,射频标签不需要处在识别器视线之内,也可以嵌入被追踪物体之内。RFID标签分为有源(主动)和无源(被动)两种。有源标签本身具有内部电源供应器,用以供应内部所需电源以产生对外的讯号。无源式标签没有内部供电电源。其内部集成电路通过接收到的电磁波利用电感耦合原理产生的能量进行驱动,这些电磁波是由RFID读取器发出的。当标签接收到足够强度的讯号时,可以向读取器发出数据。读写器将读取到的电子标签信息传递到计算机网络,然后计算机网络对读写器进行控制和信息交换,从而完成特定的应用任务。该过程主要涉及计算机与读写器之间的协议与标准问题。一般读写器的I/O接口形式主要有:RS-232串行接口:计算机普
5、遍适用的标准串行接口,能够进行双向的数据信息传递。它的优势在于通用、标准,缺点是传输距离不会达到很远,传输速度也不会很快。RS-485串行接口:也是一类标准串行通信接口,数据传递运用差分模式,抵抗干扰能力较强,传输距离比RS-232传输距离较远,传输速度与RS-232差不多。以太网接口:阅读器可以通过该接口直接进入网络。USB接口:也是一类标准串行通信接口,传输距离较短,传输速度较高。RFID系统对电子标签进行识别时,读写器产生的磁场给电子标签提供了能量,使电子标签将产品信息传回读写器。在此过程中如果电子标签产生碰撞、移动,或者同时有2个或2个以上的电子标签同时在同一个阅读器的作用范围内向阅读
6、器发送数据的情况下就会出现信号的干扰,这个干扰被称为冲突,其结果将会导致该次数据传输的失败,因此必须采用适当的技术防止冲突的产生。从多个电子标签到一个阅读器的通信称为多路存取,多路存取中有四种方法可以将不同的标签信号分开:空分多路法(SDMA)、频分多路法(FDMA)、时分多路法(TDMA)和码分多路法(CDMA)。针对RFID系统低成本、较少硬件资源和数据传输速度以及数据可靠性的要求,TDMA构成了RFID系统防冲突算法最为广泛使用的一族。TDMA是把整个可供使用的通路容量按时间分配给多个用户的技术,可分为电子标签控制法和阅读器控制法。电子标签控制法主要有ALOHA法,阅读器控制法有轮询法和
7、二进制搜索法。ALOHAALOHAALOHA算法算法算法ALOHA算法是一种信号随机接入的方法,采用电子标签控制方式,即电子标签一进入阅读器的作用范围内,就自动向阅读器发送自身的序列号,随即与阅读器开始通信。阅读器一旦检测到冲突产生,就会发送命令让其中一个电子标签暂停发送数据,随机等待一段时间以后再重新发送数据。由于每个数据帧的发送时间只是重复发送时间的一小部分,以致在两个数据帧之间产生相当长的间歇。所以存在着一定的概率,使两个标签的数据帧不产生冲突。公共信道上在单位时间T内平均发送的数据帧数G和传输通路的吞吐率S的计算公式见式(1)和式(2)。其中:n是系统中标签的数量,nr是T时间内由电子
8、标签n发送的数据帧数根据发送的数据帧数G和吞吐率S之间的关系,可以得出,当G0.5时,S的最大值为18.4%。这说明80以上的数据通路没有被利用,该方法实现防冲突的效率代价较高。但是由于ALOHA算法实现的简单性,并且适于标签数量不定的场合,能够作为一种防冲突法较好的适用于只读电子标签系统。为了提高ALOHA算法的吞吐率,可以采用改进的ALOHA算法。时隙ALOHA算法在ALOHA算法的基础上将时间分成多个离散的相同大小的时隙,标签只能在每个时隙的分界处才能发送数据。这样标签或发送成功或完全冲突,将原先ALOHA算法的产生冲突时间间隔T=2缩减到T=。根据公式S=Ge(G)可以得到当G1时吞吐
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