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基于RFID和ZIGBEE結合的物流管理系統分析

發表時間:2020/2/25  來源:RF技術社區  瀏覽次數:3663  
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前言:

在物聯網應用中有三項關鍵技術

1、傳感器技術:這也是計算機應用中的關鍵技術。大家都知道,到目前為止絕大部分計算機處理的都是數字信號。自從有計算機以來就需要傳感器把模擬信號轉換成數字信號計算機才能處理。

2、RFID標簽:也是一種傳感器技術,RFID技術是融合了無線射頻技術和嵌入式技術為一體的綜合技術,RFID在自動識別、物品物流管理有著廣闊的應用前景。

3、嵌入式系統技術:是綜合了計算機軟硬件、傳感器技術、集成電路技術、電子應用技術為一體的復雜技術。經過幾十年的演變,以嵌入式系統為特征的智能終端產品隨處可見;小到人們身邊的MP3,大到航天航空的衛星系統。嵌入式系統正在改變著人們的生活,推動著工業生產以及國防工業的發展。如果把物聯網用人體做一個簡單比喻,傳感器相當于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官,網絡就是神經系統用來傳遞信息,嵌入式系統則是人的大腦,在接收到信息后要進行分類處理。這個例子很形象的描述了傳感器、嵌入式系統在物聯網中的位置與作用。

自動識別技術

應用一定的識別裝置,通過被識別物體和識別裝置之間的接近活動,自動的獲取被識別物體的相關信息,并提供給后臺的計算機處理系統來完成相關后續處理的一種技術。

IC卡

人們說的IC卡是一種數據存儲器系統。為了使用方便,人們將這種電子數據存儲器裝入一個向信用卡大小的塑料卡片內。1984年,第一張IC卡作為預付電話費的存儲卡使用。工作時,將IC卡插入閱讀器,閱讀器的接入彈簧與IC卡的觸點產生電流接觸,閱讀器通過接觸點給IC卡提供能量和定時脈沖,閱讀器和IC卡之間的數據傳輸是通過雙向串行接口進行的。

一.無線射頻識別技術簡介

概念

無線射頻識別技術是一種非接觸的自動識別技術其基本原理是利用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合)傳輸特性實現對被識別物體的自動識別技術。

射頻識別系統一般由兩個部分組成,既電子標簽(應答器,tag)和閱讀器(讀頭,reader)。

在RFID的實際應用中,電子標簽附著在被識別的物體上(表面或者內部),當帶有電子標簽的被識別物體通過其可讀識范圍時,閱讀器自動已無接觸的方式將電子標簽中的約定識別信息取出來,從而實現自動識別物品或自動收集物品標志信息的功能。

二.無線射頻識別技術工作原理

發生在閱讀器和電子標簽之前的射頻信號的耦合方式有兩種:

1.電感耦合。變壓器模型,通過空間高頻交變磁場實現耦合,依據的是電磁感應定律。

2.電磁反向散射耦合。雷達原理模型,發射出去的電磁波,碰到目標后反射,同時攜帶回目標信息,依據的是電磁波的空間傳播規律。

電感耦合方式一般適用于中、低頻工作的近距離射頻識別系統,識別作用距離小于1米。典型作用距離為10-20cm.

電磁反向散射耦合方式一般適用于高頻微波工作的遠距離射頻識別系統,識別作用距離大于1米。典型作用距離為3-10m。

三.無線射頻識別技術的頻率標準

由于目前還沒有正式的RFID產品的國際標準,各個廠家推出的RFID產品互不兼容。因此,標準化是推動RFID產業化進程的必要措施。

射頻系統的工作頻率是射頻識別技術最基本的重要參數之一,工作頻率的選擇在很大程度上決定了射頻標簽的應用范圍,技術可行性以及成本的高低。射頻識別系統歸根到底是一種無線電傳播系統,必須占據一定的空間通信信道。在空間通信信道中,射頻信號只能以電磁耦合或者電磁波耦合的方式表現出來。因此,射頻系統的工作性能必定要受到電磁波空間傳輸特性的影響。

射頻識別系統的最主要工作頻率是0~135kHz,ISM頻率(工業、科學、醫療使用的頻率范圍)

四.讀頭

讀頭也稱閱讀器,他在射頻識別系統中起到舉足輕重的作用。首先讀頭的頻率決定了系統的工作頻段。其次,讀頭的功率直接影響射頻識別的距離。

讀頭主要有以下功能:

1.讀頭與標簽之間的通信功能:在規定的技術條件下,讀頭與標簽可以進行通信。

2.讀頭與計算機之間可以通過標準接口通信。讀頭通過標準接口與計算機網絡連接,并提供如下信息已實現多讀頭在系統網絡中的運行:本讀頭的識別碼、本讀頭讀出標簽的實時時間,讀出的標簽信息。

3.能夠在讀寫區內實現多標簽的識讀。

4.適用于固定和移動標簽的識讀。

5.能夠校驗讀寫過程中的錯誤信息。

6.對于有源標簽,能夠標識電池相關信息,如電量等。

讀頭的形式:

固定式讀頭:將射頻控制器和高頻接口封裝在一個固定的外殼中,完全集成射頻識別的功能。

手持機:便攜式讀頭的簡稱。手持機常用在動物識別、巡檢、付款掃描、測試等情況中。

發卡器:也稱讀卡器,發卡機。主要用來對射頻卡進行具體內容的操作。包括建立檔案、消費糾錯、掛失、補卡、消息糾正等。

讀頭天線

射頻系統的讀頭必須通過天線來發射能量,形成電磁場,通過電磁場對電子標簽進行識別。

任一射頻識別系統至少需要一根讀頭天線(無論內置還是外置)已發射和接收RF信號。

讀頭天線的設計或選擇必須滿足以下條件:

天線線圈的電流最大,用于產生最大的磁通量;

功率匹配,以最大程度的利用磁通量的可用能量;

足夠的帶寬,保證載波信號的傳輸,這些信號使用數據信號調制而成的。

五.射頻電子標簽

無線標簽技術是一種非接觸式的自動識別技術,他通過射頻信號自動識別目標對象并獲得相關數據,識別工作無需人工干預,可工作于各種惡劣環境,無線標簽識別技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽,操作快捷方便。RFID具有條形碼不具有的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數據可以加密、存儲數據容量更大、存儲信息可更改等特點。

RFID之所以被重視,關鍵在于可以讓物品實現真正的自動化管理,不再像條形碼那樣需要掃描。在RFID的標簽中存儲著規范可以互用的信息,通過無線數據通信網絡可以將其自動采集到中央信息系統。RFID磁條可以已任意形式附帶在包裝中,不需要條形碼那樣占用固定空間。另一方面RFID不需要人工去識別標簽,讀卡器每250ms就可以從射頻標簽中讀出位置和商品相關數據。

系統工作時,閱讀器發出微波查詢(能量)信號,電子標簽(無源)收到微波查詢能量信號后,將一部分整流為直流電源供電子標簽內的電路工作,另一部分微波能量信號被電子標簽內保存的數據信息調制(ASK)后反射回閱讀器,閱讀器接收反射回的幅度調制信號,從中提取電子標簽內保存的標識性數據信息,在系統工作過程中,閱讀器發出的微波信號與接收反射回的幅度調制信號是同時進行的。反射回的信號強度較發射信號弱得多,所以,技術上的難點在于同頻接收。

電子標簽的天線

必須滿足以下性能要求:

足夠的小以至于能夠制造到本來就很小的電子標簽上;

有全向或者半球覆蓋的方向性;

提供最大可能的信號給電子標簽的芯片,并給標簽提供能量;

無論標簽處于什么方向,天線的極化都能與讀頭的詢問信號相匹配;

具有魯棒性;

作為耗損件的一部分,天線的價格必須非常便宜。

六.RFID應用系統

1.工作頻率

低頻近距離RFID系統主要集中在125kHz、13.56MHz系統;高頻遠距離RFID系統主要集中在UHF頻段(902-928MHz)915MHz、2.45GHz、5.8GHz。

2.作用距離

對于非接觸式付款應用項目,比如公交系統中的車票。多個標簽中的最小距離就是兩個乘客在進入車廂的距離。對于這樣的系統,最佳距離是5-10cm,更大的距離可能會造成系統同時讀取多個車票。

3.安全要求

加密和身份認證。

4.存儲容量

對于價格敏感,現場信息需要少的應用,應選取固定編碼的只讀數據載體。

5.多標簽同時識讀性

有時需要考慮到系統需要同時識別多標簽的需求。

6.標簽的封裝形式

有時針對不同的工作環境和作業工況,標簽的大小,封裝形式決定了標簽的性能和安裝的表現。封裝形式不及影響工作性能,還能影響安裝性能和美觀性能。

無線射頻識別系統的運行環境

計算機平臺系統包括windows系列,Linux,Unix以及DOS平臺系統??梢栽诂F有的系統上運行基于任何編程語言的任何應用軟件。

接口方式

指讀頭和應用系統計算機的接口方式,包括RS232,RS485,以太網(RJ45),WLAN802.11(無線網絡)等接口,不同的接口有不同的應用范圍。

七.RFID應用

射頻識別技術被廣泛應用于工業自動化、商業自動化。交通運輸控制管理等眾多領域:汽車火車等交通監控,高速公路自動收費系統,停車場管理系統,物品管理,流水線生產自動化,安全出入檢查,倉庫管理,動物管理,車輛防盜等等。

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