中南大学RFID实验报告Word格式.docx
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如图1-4示：
图1-4
6.读写器参数的了解和设置，界面如图1-5示：
图1-5
1）InventoryDelay参数，用于设置读写器读取标签的频率，例如：
其值设置10ms表示读写器每间隔10ms读取一次标签信息。
读写器读取标签的次数在主界面上实时动态显示，如图1-6示：
图1-6
2）TagModel参数，选择协议类型，具体有Gen2（ISO16000C）、Gen2+RSSI、ISO6B（ISO16000B）。
目前，市场上大部分标签都遵守Gen2协议。
Gen2+RSSI表示主界面上将同时动态显示读写器读取标签的次数和返回的射频信号强度，如图1-7示：
图1-7
3）Outputlevel参数和Sensitivity参数，两者分别用于调节读写器读取功率和灵敏度。
功率设置值越大，读写器读取标签的有效距离越长；
灵敏度设置值越小，读写器读取标签的灵敏度越高。
4）Frequencies中有八项参数，其中Profile参数表示全球不同国家和地区对UHF频段设置的不同标准，包括USA、Europe、Japan、Chin***.625、Chin***.125、Korea等，一旦选择某一标准，其余的七项参数也随即确
定，如图1-8示：
图1-8
了解各项参数实际功用和意义后，也可对这些参数进行自定义设置。
5）Gen2Setting中的4项参数是对协议本身进行参数的设定，此项内容设置方法可以参考ISO18000-6C协议等资料。
五、知识学习
1.EPC的Gen1协议
Gen1标准是EPCglobal的前身Auto-IDCenter制定的。
EPC的Gen1是第一代之意，Gen是generation（世代）的缩写。
它包括Class0协议和Class1协议，其中Class0协议下的标签是只读的，不可以写入；
而Class1协议下的标签虽是可读写的，但是只能写一次，写完后就成为只读标签，这两种协议下的标签都不具有保密性。
Class0和Class1协议都是EPC的标准协议。
2.EPC的Gen2协议
因Gen1存在安全问题等多个缺陷，EPCglobal在Gen1颁布不久便立即开始制定的新的标准协议Gen2。
Gen2是EPCglobal制定的Class1UHF频段射频识别空中接口的第二代标准。
在Gen2协议下的标签可以重复读写，并且增加了保密性能。
此后EPCGlobal和国际标准化组织合作以该标准为基础出台了ISO18000-6C国际标准。
目前几乎所有的标签厂商停止Gen1协议的超高频芯片的开发和生产，超高频领域市场上主流产品均为符合C1G2协议产品。
3.EPCGen2协议的发展历程
Auto-IDCenter的目标是规范编码系统和网络构造，并且采用ISO协议作为空中接口标准。
早期，EAN和UCC致力于制作符合ISO的UHF协议的全球标签（GTAG）的标准。
但是，Auto-IDCenter反对这样做，原因在于ISO中的UHF协议过于复杂，并且因此导致电子标签的成本居高不下。
Auto-IDCenter于是独自开发UHF协议，最初计划制订一套适用于不同级别标签的协议。
级别越高的标签更完善。
结果却一直在调整计划。
最终，Auto-IDCenter采用Class0和Class1的两种不同的协议，这意味着终端用户必须购买不同的读写器来读取Class1和Class0的标签。
2003年，Auto-IDCenter的EPC技术因得到了UCC的认可，而开始与EAN组织进行合作，使EPC技术商业化。
2003年11月，Auto-IDCenter运作成立EPCglobal，并将Class0和Class1协议转交给EPCglobal进行后续工作。
后来EPCglobal通过会议批准Class0和Class1协议作为EPC第一代标准，一般称为Gen1协议。
Gen1协议有两个缺点，其一是Class0和Class1协议互不兼容，并且与ISO不兼容。
其二是它们不能做到全球通用；
例如，Class0发射信号时使用一种频率，而接收信号时用另一种不同频率，这也不符合欧洲的标准。
2004年，EPCglobal开始着手第二代协议（Gen2）的开发，与Gen1不同，这个协议使得EPC标准将更加接近ISO标准。
2004年12月，EPCglobal又通过了Gen2。
这样Gen2和ISO标准同时成为RFID产品厂家的标准。
Gen2虽然接近了ISO，但是，关于AFI却与ISO不同。
所有的ISO标准都有AFI，这是一个8bit的编码，用来识别标签源码，来防止EPCglobal对标准的垄断。
但是，生产商已经开始用Gen2标准来生产产品，这将在供应链中形成全球使用Gen2的趋势。
EPC的Gen2标准于2006年3月得到ISO的批准认可，纳入ISO标准体系；
对应标准为ISO18000-6C。
实验二Gen2协议下标签读写实验
本实验熟悉Gen2协议标签数据的读取和写入过程。
1.RFID实验箱一套
2.超高频RFID标签一只
3.计算机一台
RFID标签主要用于存储数据；
本试验通过读写器控制软件控制RFID读写器对超高频RFID标签进行读取操作，同时对EPC数据进行改写操作。
1.启动读写器
打开RFID实验箱，连接好实验箱和电脑，将超高频天线固定在超高频读写器的天线端口上，开启电源。
2.放置标签
取一只标签，放置在超高频读写器天线上。
3.系统设置
打开读写器控制软件，设置好读写器的相关的参数。
如图2-1示。
图2-1
4.读取标签
主界面上显示读写器基本信息，鼠标选中该读写器，鼠标右击、点击StartScan则开始读取标签，如图2-2示：
图2-2
点击图2-2中的标签号，弹出标签参数设置窗口，该窗口可针对标签进行操作，如图2-3示:
图2-3
5.修改标签EPC信息
在图2-3界面上点击SetEPC按钮，出现EPC修改界面如图2-4示，输入EPC长度和新的EPC，点击ok：
图2-4
6.设置标签密码
类似步骤5，在图2-3界面中点击SetPassword按钮，可对标签的访问密码进行设置。
五、实验结果
1.记录实验步骤5的实验结果
2.记录实验步骤6的实验结果
六、思考题
1.修改标签EPC的操作有什么用途？
如果有多只你将如何修改这些标签的EPC使之简单易懂？
答:
读取EPC标签时，它可以与一些动态数据连接，例如该贸易项目的原产地或生产日期等。
，EPC就像是一把钥匙，用以解开EPC网络上相关产品信息这把锁。
2.标签的EPC共有多少位？
利用该区域最多可以对多少物品进行标识？
32
bit
的标签标识符，1600万
七、知识学习
Gen2协议具有如下特点：
1.兼容性
C1G2标准综合考虑了UHF频段RFID在全球的分布，适用谱较宽（860MHz～960MHz），符合各国UHF频段的规范，保证了不同生产商的设备之间具有良好的兼容性，也保证了EPCglobal网络系统中的不同组件之间的协调工作，从而推动C1G2标准RFID产品在全球广泛的使用。
2.开放性
C1G2标准对EPCglobal成员和签订了EPCglobalIP协议的单位免收专利费。
在标准的制定过程中，BTG、Alien和Matrics等60余家RFID公司签署了EPCglobal无特权许可协议，鼓励C1G2标准的免版税使用，这将有利于RFID产品的市场推广。
3.安全性
安全和隐私一直是RFID产品所关注的问题之一。
C1G2标准在芯片中具有特定的口令，可以有效地防止芯片被非法读取。
同时C1G2采用简单的安全加密算法，协议允许两个32位的密码，一个密码（accesspassword）用来控制标签的读写权，在读写器与标签的通信中采用加密保证，使读取信息的过程中，不会把敏感数据扩散出去；
另一个密码（killpassword）用来控制标签的销毁权，采用“灭活”的方式（kill），即当标签收到读写器的有效灭活指令后，标签自行永久销毁。
4.可靠性
标签具有高识别率，在较远的距离测试具有近100%的读取率；
容许标签延时后进入识读区仍能被读取，这是Gen-1标签所不能达到的；
抗干扰性强，更广泛的频谱与射频分布提高了UHF的频率调制性能，减少了与其他无线设备之间的干扰。
5.读取速度
C1G2标准采用基于Aloha防碰撞算法，能快速适应标签数量的变化，在阅读批量标签时能避免重复阅读。
其标签阅读速度是第一代EPC标准的10倍，能够满足高速自动作业需要，适应大批量标签阅读应用场合。
6.实用性
C1G2标签的芯片尺寸可以缩小到之前版本的一半到三分之一，降低了RFID标签的制造成本，从而进一步扩大了它的使用范围，满足了多种应用场合的需要。
标签的存储能力也得到了增加，芯片中有96位的存储空间，可满足各种RFID应用对数据存储的需要。
7.无线接口
C1G2标准采用了适合标签工作的数据编码和调制方式，即下行链路（读写器到标签）采用PIE（Pulse-IntervalEncoding）编码的ASK调制，上行链路（标签到读写器）采用Miller编码的副载波调制或FM0编码的ASK调制。
C1G2空中接口协议位于EPCglobal协议簇架构框架最底层，协议规定了标签和读写器的接口，扮演者RFID射频通信基础角色。
C1G2物理层包括前向信道和反向信道两个部分。
首先读写器向标签发出经DSB-ASK，SSB-ASK或PR-ASK射频调制的信息，信息的编码方式是PIE，标签从同样载波的连续波CW中获取能量；
然后，标签通过反向散射调制该载波的幅度或相位来向读写器返回信息，信息编码的格式由读写器命令参数决定，可以是FM0或Miller副载波。
标签-读写器通信的过程是半双工的。
C1G2标签识别层包括三个读写器操作，分别是Select、Inventory、Access，标签以状态机方式工作。
Select操作的意义是根据用户定义的条件挑选出某个特定的标签群作为下一步操作的对象；
Invertory是指对标签的识别，即通过向标签群发出Query，单个标签应答自己的EPC，一个Inventory周期包括若干个回合和命令，最终所有标签均被识别；
Access是指对单个标签的操作，包括对它的读写，在操作之前标签必须先被识别。
实验三读写器功率对标签读取距离影响实验
本实验引导试验者改变RFID读写器的读功率，从而改变RFID读写器对RFID标签读取的距离。
以试验的方式让参与者了解读写器发射功率对RFID标签读取距离的影响。
2.RFID标签五张
三、实验内容
改变RFID读写器的读功率，从而改变RFID读写器对RFID标签读取的距离。
打开RFID实验箱，连接好实验箱和电脑，启动电源。
取出标签一张，放置在超高频读写器天线上。
打开读写器后台控制软件，RFID读写器后台控制软件和RFID读写器连接成功后，选中标签，将读写器的功率参数（Outputlevel）设置为-19，此设置对应的含义为读写器输出功率在最大输出功率的基础上衰减了19dB.。
如图3-1示：
图3-1
4.测量距离
移动标签远离天线，改变RFID标签平面与RFID读写器天线之间的垂直距离，直到RFID读写器刚好能够读到RFID标签，此时标签到读写器天线之间的距离即最大读取距离；
测量最大读取距离（单位为cm），将该数据记录在表3-1中；
5.更改功率
依次将outputlevel更改为-15,-10,-5,0，重复步骤4，并将所有测得的距离记录在3-1中。
6.更改标签
依次将不同型号的标签放在读写器前，重复2—5步骤，并将所有测得的数据记录在表3-1中。
表3-1RFID读写器功率的改变对RFID标签读取距离的影响记录表
序号
标签型号
-19
（读取距离cm）
-15
-10
-5
1
ISO18000-6C
25.3
28.6
36.9
46.2
113.3
2
02-02-CD（10个）
26.3
27.6
33.8
47.0
80.2
3
01-01-CD（10个）
22.8
29.5
32.1
47.6
79.3
4
05-06-CD（10个）
22.0
27.4
33.3
42.2
77.8
5
03-03-CD（10个）
28.9
36.1
44.5
1.Outputlevel设置为0时读写器端口对应的输出功率约为30dBm（即1000mW），假设Outputlevel设置为-30时对应的输出功率应该为多少？
1000mW
2.从理论上进行计算，Outputlevel设置为-3对应的输出功率设置为0时输出功率的1/2吗？
为什么？
不是，功率密度曲线不是一个规律的曲线。
阅读器到RFID标签的能量传输[1、4、5]
RFID标签依靠天线与电磁波耦合获得能量，当所处的能量场足够大时芯片即可工作。
读到标签本质上包括两个要素：
一是标签芯片能够获得足够的能量从而维持工作状态，并发出响应信号，二是读写器接收到标签发出的信号并能够解析信号。
类似于A,B两个人对话能够成功的条件是A讲话B能够听到且B听到后回话A也听到。
目前业界读写器的接收灵敏度可以做的非常高，所以标签的最大读取距离主要标签能在多大的距离上获得足够保证芯片工作的能量。
在距离读写器为R的RFID标签处的入射波功率密度为：
其中
为读写器的发射功率；
为发射天线的增益；
R是标签到阅读之间的距离；
EIRP（EquivalentIsotropicRadiatedPower，等效各向同性辐射功率）为天线有效辐射功率，指读写器发射功率和天线增益的乘积。
在RFID标签和发射天线最佳对准和正确极化时，RFID标签可吸收的最大功率与入射波的功率密度S成正比：
，
是RFID标签的增益。
所以有
无源射频识别系统中RFID标签通过读写器电磁场供电，RFID标签功耗越大，读写距离越短，性能越差。
RFID标签是否能够正常工作也主要由RFID标签的工作电压来决定，这也决定了无源射频识别系统的识别距离。
现代低功耗IC设计技术使RFID标签本身的功耗逐步降低。
目前，典型的低功耗RFID标签工作电压在1.2V左右，RFID标签本身的功耗可以低至50μW甚至5μW。
这使得超高频UHF无源RFID标签的识别距离在天线功率受限时仍可达到l0m以上。
射频能量辐射与距离的关系如图3-2所示。
图3-2射频能量辐射与距离的关系
实验四读写器频率对标签读取距离影响实验
该实验改变RFID读写器的工作频率，此时RFID读写器对RFID标签读取的距离会受影响，从这一过程中让实验者了解到读功率对RFID标签读取距离的影响。
改变RFID读写器的频率，观察对应频率下最大读取距离如何变化。
打开读写器后台控制软件，RFID读写器后台控制软件和RFID读写器连接成功后，选中标签，将读写器的起始频率840.125kHz，结束频率为844.875kHz。
如图4-1示：
图4-1
改变RFID标签平面与RFID读写器平面之间的垂直距离，直到RFID读写器刚好能够读到RFID标签，测量RFID读写器天线与RFID标签之间的距离（单位为cm），将该数据记录在表4-1中。
5.更改频率
依次将频率更改为890.750kHZ—900.250kHZ，900.750kHZ—910.250kHZ，910.750kHZ—927.250kHZ，927.250kHZ—940.250kHZ。
重复步骤4，将所测得的数据记录到4-1表中。
依次替换不同型号的标签，放置在读写器前。
重复2—5步骤。
并将所测得的数据记录到4-1表中。
表4-1RFID读写器频率的改变对RFID标签读取距离的影响记录表
840.125844.875
读取距离cm
902.250927.750
920.250—924.750
915.250
21.2
42.3
36.6
36.3
03-03-CD（10）
98.8
99.8
94.5
02-02-CD（10）
44.4
54.7
36.7
45.6
01-01-CD（10）
43.7
98.9
111.3
92.5
04-04-CD（10）
23.0
52.1
62.2
50.7
1.点击”profile”下拉式按钮，查出各国为超高频RFID划分的工作频段是如何规定的，哪个国家为超高频RFID划分的频段最宽？
划分如下：
China84:
840.125~844.875
China92:
920.625~924.375
Europe:
865.700~867.500
Japan:
952.400~953.600
UAS:
902.750~927.250
Korea:
917.300~920.300
可以看出美国的超高频的频段最宽
2.实验箱使用的天线的设计适用工作频段为多少？
300~1000MHZ
3.某厂商拟设计一种能够在美国和中国均可正常工作的标签，则该标签应当设计至少在哪个频段具有较好的读取特性？
920.250—927.750MHz
读写器天线和标签天线均存在最佳响应频段，在最佳响应频段内可以获得较好的读取距离。
当工作频率偏离天线设计的工作频率范围时，会引起天线电参数的变化，例如引起方向图的变形、输入阻抗的改变等，从而引起辐射范围的改变。
实验十Gen2协议下标签操作编程实验
本实验通过对Gen2协议下标签的读写等操作，熟悉和掌握超高频读写器的工作流程，并完成示例程序。
2.超高频标签若干张
三、主要函数
1.标签内存区
内存区名
区号
RES区（保留区）
0X00
EPC区
0X01
TID区
0x02
MEM_USER区
0x03
编程操作
2.超高频协议标签写操作
格式为密码后是写入数据长度，以字为单位
IntwriteTag（
unsignedcharmem,
unsignedcharbegAdd,
unsignedchar*&
psw,
data,
unsignedchardataLen）;
函数功能：
写标签，可写标签所有可写区。
输入参数：
描述
mem
所要写的标签内存区
begAdd
写入内存区的起始地址
*&
psw,
需要提供的密码地址（固定四字节）
data
待写入数据首地址
dataLen
写入数据长度
输出参数：
无
IntsetEPC（
unsignedchar*psw,
unsignedchar*data,
设置EPC，使用writeTag指令对标签EPC区进行写操作，默认起始地址0x00。
*psw,
*data
IntsetUser（
data）;
设置User区，使用writeTag指令对标签User区进行写操作。
起始地址，User区较长，故使用用户输入的起始地址提高效率
*psw
提供AccessPassword
3.超高频协议标签读操作
IntreadTag（
unsignedchar&
readLen,
tagInfo）;
读标签指令，可读标签所有可读区，内存起始地址以字为单位，也就是两个字节
内存区
相应内存区起始地址
&
readLen
要读取相应数据的长度
tagInfo
*
读入数据首地址，初始化即可
返回该次读取到数据的长度，默认0x00可尽量读取数据，但有限制，如User区只读一次通常为29字即58字节
返回该次读到数据的首地址
IntreadEPC（
tagInf
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