射频识别RFID技术教案.docx
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射频识别RFID技术教案
《射频识别技术》教案
项目
（章节）
名称
第1章无线射频识别技术介绍
班级
物信0803班,物信0804班
第1周星期二、五
第1-2,3-4节
课型
综合课
总学时
40学时
教学目标
素质目标
掌握RFID的基本概念及主要应用领域
能力目标
能说出几种常用的RFID应用
知识目标
能掌握射频、射频识别技术概念
能掌握射频识别技术的发展史
能力训练场地
素材、器材
多媒体计算机，投影，RFID设备
知识、能力重点
射频、射频识别技术概念及应用领域
知识、能力难点
射频、射频识别技术概念及应用领域
理论教学方法
讲授、PPT演示教学方法
考核标准及方式
点名课堂考核与提问回答考核
作业（或项目）
将条码技术与RFID技术进行比较，分析RFID的优势。
教学
时间
安排、
步骤、
内容
第1章RFID介绍
主要内容：
一、什么是无线射频识别技术
二、RFID的应用实例
三、RFID的发展过程
课前思考题：
1、条码主要有哪些应用？
2、条码有哪些优势?
3、条码有哪些应用缺陷？
（思考与讨论）
一、什么是无线射频识别技术
1、什么是射频？
射频是指可发射传播的电磁波,RadioFrequency简称RF射频。
每秒变化小1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。
医学上把频率0。
5MHz——8MHz的交流高频电流称为射频电波.
2、无线射频识别技术
无线射频身份识别系统之英文名称为
RadioFrequencyIdentificationSystem，简称RFID。
RFID是一种非接触的自动识别术，其基本原理是利用射频信号和空间（电感或电磁耦合）传输特性，实现对被识别物体的自动识别。
其它识别技术:
语音识别技术、射频识别技术、生物识别技术、指纹识别技术、面部识别技术
问题：
1、RFID用什么来标识一个物体？
（P2）
2、RFID的特点？
（P2）
3、RFID以无线方式进行双向通信，最大的优点是？
（P2）
二、RFID的应用实例
智能交通解决方案。
swf
铁路车号自动识别系统。
swf
集装箱解决方案.swf
仓储物流解决方案.swf
RFID在铁路系统中的应用。
mpg
三、RFID的发展过程
射频识别技术的发展可按十年期划分如下：
1940-1950年:
雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年哈里斯托克曼发表的”利用反射功率的通信”奠定了RFID的理论基础。
1950-1960年：
期RFID的探索阶段,主要处于实验室实验研究。
1960-1970年:
RFID的理论得到了发展，开始了一些应用尝试.
1970—1980年：
RFID与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID测试得到加速.出现了一些最早的RFID应用。
1980-1990年：
RFID及产品进入商业应用阶段,各种规模应用出现.
1990—2000年：
RFID标准化问题日趋得到重视，RFID产品得到广泛采用，RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分.
2000年后：
标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展,电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。
至今，RFID的理论得到丰富和完善.单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID与产品正在成为现实并走向应用。
RFID技术国内外发展状况
RFID技术在国外的发展较早也较快。
尤其是在美国、英国、德国、瑞典、瑞士、日本、南非目前均有较为成熟且先进的RFID系统.
其中,低频近距离RFID系统主要集中在125kHz、13.56MHz系统；高频远距离RFID系统主要集中在UHF频段（902MHz—928MHz）915MHz、2．45GHz、5．8GHz。
UHF频段的远距离RFID系统在北美得到了很好的发展；欧洲的应用则以有源2．45GHz系统得到了较多的应用。
5．8GHz系统在日本和欧洲均有较为成熟的有源RFID系统。
在RFID技术发展的前10年中，有关RFID技术的国际标准的研讨空前热烈，国际标准化组织ISO／IEC联合技术委员会JTCl下的SC31下级委员会成立了RFID标准化研究工作组WG4。
尤其是在1999年10月1日正式成立的,由美国麻省理工学院MIT发起的Auto—IDCenter非盈利性组织在规范RFID应用方面所发挥的作用将越来越明显。
Auto—IDCenter在对RFID理论、技术及应用研究的基础上，所作出的主要贡献如下：
a.提出产品电子代码EPC（ElectronicProductCode）概念及其格式规划.为减化电子标签芯片功能设计,降低电子标签成本,扩大RFID应用领域奠定了基础。
b.提出了实物互联网的概念及构架，为EPC进入互联网搭建了桥梁。
c。
建立了开放性的国际自动识别技术应用公用技术研究平台，为推动低成本的RFID标签和读写器的标准化研究开创了条件。
我国在RFID技术的研究方面也发展很快,市场培育已初步开花结果。
比较典型的是在中国铁路车号自动识别系统建设中，推出了完全拥有自主知识产权的远距离自动识别系统。
中国铁路车号自动识别系统研究正式起步阶段可追溯到国家／k2／～计划.铁道部曾将货车自动抄车号项目列为八五重点攻关技术研究课题。
在20世纪90年代中期，国内有多家研究机构参与了该项技术的研究，探索了多种实现方案,最终确定了RFID技术为解决货车自动抄车号的最佳方案。
进而，在RFID实现技术方面又探索了有源标签方案、无源标签倍频方案等.最后选定了无源标签RFID方案。
经过多年的现场运行考验，铁路车号自动识别系统工程于1999年全面投入建设。
经过两年左右的建设与试运行，目前铁路车号自动识别系统工程已发挥出了系统设计功能，圆了铁路人的梦想，并且其辐射与渗透到其他应用方面的作用日渐明显.
在近距离RFID应用方面，许多城市已经实现了公交射频卡作为预付费电子车票应用，预付费电子饭卡等。
《射频识别技术》教案
项目
（章节）
名称
第1章无线射频识别技术介绍（RFID案例介绍）
班级
物信0803班,物信0804班
第1周星期二、五
第5—6节
课型
综合课
总学时
40学时
教学目标
素质目标
掌握RFID的基本概念及主要应用领域
能力目标
掌握常用的RFID应用领域
知识目标
掌握射频、射频识别技术概念
掌握射频识别技术的发展史以及以后的发展方向.
能力训练场地
素材、器材
多媒体计算机，投影，RFID设备
知识、能力重点
射频、射频识别技术概念
知识、能力难点
射频、射频识别技术概念
理论教学方法
讲授、PPT演示教学方法
考核标准及方式
点名课堂考核与提问回答考核
作业（或项目）
知识拓展（RFID将还在哪些领域中会得到广泛应用）（讨论思考）
教学
时间
安排、
步骤、
内容
第1章RFID案例介绍
案例之一－沃尔玛的“新式武器”
2003年6月19日，在美国芝加哥召开的“零售业系统展览会”上，沃尔玛宣布将采用RFID的技术以最终取代目前广泛使用的条形码，成为第一个公布正式采用该技术时间表的企业。
如果供应商们在2008年还达不到这一要求，就可能失去为沃尔玛供货的资格，而沃尔玛的供应商大约有70％来自于中国.
能坐上零售业的头把交椅，沃尔玛的成功宝典上写满了有关搭建高效物流体系的密技,以保证竞争中的成本优势。
可以看出,所有技术无一例外地都是围绕着改善供应链与物流管理这个核心竞争能力展开的.
作为沃尔玛历史上最年轻的CIO凯文·特纳,曾说服了公司创始人山姆·沃顿建立了全球最大的移动计算网络,并推动沃尔玛引进电子标签。
如果RFID计划实施成功，沃尔玛闻名于世的供应链管理将又朝前领先一大步.一方面，可以即时获得准确的信息流，完善物流过程中的监控，减少物流过程中不必要的环节及损失,降低在供应链各个环节上的安全存货量和运营资本；另一方面，通过对最终销售实现的监控，把消费者的消费偏好及时地报告出来,以帮助沃尔玛调整优化商品结构，进而获得更高的顾客满意度和忠诚度.
成功案例之二－铁道部的调度利器
我国铁路的车辆调度系统是应用RFID最成功的案例。
铁道部在中国铁路车号自动识别系统建设中，推出了完全拥有自主知识产权的远距离自动识别系统.
在20世纪90年代中期，国内有多家研究机构参与了该项技术的研究，在多种实现方案中最终确定了RFID技术为解决“货车自动抄车号”的最佳方案。
过去，国内铁路车头的调度都是靠手工统计、手工进行，费人、费时还不够准确，造成资源极大浪费。
铁道部在采用RFID技术以后，实现了统计的实时化、自动化，降低了管理成本，提高了资源利用率。
据统计，每年的直接经济效益可以达到3亿多元.
这是国内采用RFID惟一的一个全国性网络，但是美中不足的是，这个系统目前还是封闭的，无法和其它系统相连接。
如果这个系统开放,将有利于推动整个物流行业的信息化和标准化，有利于像RFID这样的技术得到更有效地应用，有利于物流全流通的整合。
成功案例之三－NASA下属机构用RFID管理有害材料
NASA下属机构正在执行ChemSecure项目,此项目是在美国国防部基于Web的有害材料管理系统（HMMS）数据库上集成了无线频率识别（RadioFrequencyIdentification，简称RFID）和传感器技术，自动实时管理有害材料，如有害材料的使用、运送、跟踪和储存。
NASA
Dryden在与美国国防部和Oracle、Intermec科技、EnvironMax、Patlite（美国）等领先公司的紧密合作下开发了ChemSecure项目，这是同类项目的第一个。
成功案例之四－寻找遗失的物品
美国华盛顿大学的研究人员GaetanoBorriello和他的同事们日前为射频识别技术找到了一个新的用武之地－寻找遗失物品。
科研人员和工程师们已研制出了一种手表式的原型机：
它能够提醒主人在出门时不要遗忘了重要的文件、钥匙链、雨伞或是其他一些需要随身携带的物品。
在工作时,这种手表还会监视各种物品（如文件袋和试验材料）的摆放是否正确以及它们在房屋中所处的位置。
总而言之，这种曾经的间谍专用设备现在已可用来提醒那些健忘的人,帮助他们规整自己物品的摆放，指明所需物品当前所处的位置等.研究人员介绍说,将射频识别技术和其他一些产品有机地结合在一起,不但可以用来寻找遗失的物品,而且还可以追踪它们在一天当中的运动轨迹.
成功案例之五－美将RFID用于医院防止手术失误
美国政府同意将无线射频电子标签（RFID）像绷带一样贴到病人手术处，以确保医生对适当的病人进行适当的手术。
由SurgiChip公司生产的这种标签，目的是为了防止出现失误手术。
据纪录，美国每年因失误手术而杀死数千病人。
病人的名字和手术位置被打印在SurgiChip的标签上.其内置的芯片还编码纪录了手术的类型、手术日期和手术的名称。
在实施手术之前，先对标签进行扫描，然后对病人进行询问来证实标签上的信息是否真实.到了手术日，在对病人实施麻醉之前，再次对标签进行扫描，并再次对病人进行验证.通过一种粘合剂将标签贴到病人实施手术的附近处。
医院手术室工作人员再次对标签进行扫描，并与病人名册上的信息进行比较.在手术前，该标签将被取下.SurgiChip估计,包括标签、扫描仪、打印机和每个医院都需下载的版权软件在内的这一套设备，可能得花几千美金。
思考分析：
以上案例中：
1、为什么采用RFID能取得成功，取得成功的主要因素是什么？
2、如果采用条码技术能否解决？
3、能否想出在新的应用领域中应用RFID技术?
4、在物流行业,RFID会有怎么的贡献？
《射频识别技术》教案
项目
（章节）
名称
第2章 无线射频识别系统的组成和原理
班级
物信0803班，物信0804班
第2周星期二、五
第1—2,3-4节
课型
综合课
总学时
40学时
教学目标
素质目标
掌握RFID的组成和原理.
能力目标
能认识几种常用的RFID设备
知识目标
能了解RFID的基本原理
能掌握RFID的硬件和软件的系统组成
能力训练场地
素材、器材
多媒体计算机，投影，RFID设备
知识、能力重点
掌握RFID的硬件和软件的系统组成（原理）
知识、能力难点
掌握RFID的硬件和软件的系统组成（原理）
理论教学方法
讲授、PPT演示教学方法
考核标准及方式
提问、回答
作业（或项目）
RFID分几部分组成，其主要原理是什么？
教学
时间
安排、
步骤、
内容
第2章RFID的组成与原理
主要内容：
一、无线射频识别系统的基本原理
二、RFID系统中的硬件组件
1、RFID标签
2、识读器
3、天线
4、主机
三、RFID系统中的软件组件
1、RFID系统软件
2、RFID中间件
3、主机应用程序
4、EPCGlobal网络
四、RFID识读器简单应用示例
RFID的组成
硬件：
RFID标签、识读器、天线、主机
软件：
RFID系统软件、中间件、应用软件（P9）
一、RFID基本原理
RFID的实质是借助无线射频技术（RF）来实现对物品的身份和信息识别.物品的信息存储在一张芯片上,通过与之配套的读出器，就可以把芯片内的信息（数据）读取出来.
问题：
1、RFID中数据的传输以什么方式？
（P10）
2、RFID标签与识读器之间的数据交换称之为什么?
（P9）
二、RFID的硬件组件
1、RFID标签
RFID标签是一种微型的无线收发装置，在标签内保存数据，当识读器查询时它会发送数据给识读器。
由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信.
电子标签的优点：
（1）非接触性.无源射频卡与读写设备之间没有机械接触，无机械损伤。
与读写设备也没有插口（全密封），能适应多尘、潮湿等恶劣环境,可靠性高,使用寿命长。
（2）响应速度快.普通磁卡的信息交换只有1～2kb／s，而射频识别卡信息交换速度为毫秒级，支持在高速移动中读卡。
（3）安全保密性好。
普通磁卡受到强磁场干扰会丢失信息，信息易被窃取、篡改或伪造。
射频识别卡利用存储器记录信息，不受磁场的干扰,卡内有专用的电路模块,可作密码运算和双向密码鉴别，数据安全性和保密性能好.
（4）体积小，方便各种封装形式，价格比有源卡便宜许多。
＊什么是电子产品代码标签?
电子产品代码是全球产品代码的发展，可以识别视野之外的目标.电子产品代码并不仅仅是一个无线电波条形码,它包含著一系列的数据和信息，象产地，日期代码和其他关键的供应信息，这些信息储存在一个小的硅片中，利用标签，解读器和计算机的联网，生产者和零售商就可以随时了解精确的产品和库存信息。
＊RFID标签的价格是多少?
射频标签价格根据标签种类和应用价格从30美分到50美元不等，总的来说，用在高档产品中的智能标签在50美分以上,主动标签要贵的多,带有复杂灵敏元件的价格在100美元以上。
＊射频标签能用于金属物体吗？
能用于含水成分较高的物品吗？
可以。
无线电波会从金属物体上反射回来，会被水吸收.这会使跟踪金属物体或是含水较高的物体产生困难。
但是精心设计的系统能解决这些问题。
＊只读和读写标签有什么区别？
内存有读写微芯片的标签,可以在现有信息的基础上增加信息，应用在某些专业领域,但是由於它比只读芯片贵得多，对於价值不高的商品来说，就不太现实。
一些只读芯片在产品生产时就储存有信息,不能再做更改.
＊什么叫标签冲突？
解读器在同时读取多个标签发射回来的信息会产生标签冲突的问题,商家采用不同的系统使得标签一次发回一个信息.解读器又能同时读取多个标签，所以，所有的标签能同时被读取。
＊射频标签能储存多少信息?
标签根据商家种类的不同能储存从512字节到4兆不等的数据。
标签中储存的数据是由系统的应用和相应的标准决定的。
例如,标签能够提供产品生产,运输，存储情况,也可以辨别机器,动物和个体的身份.这些类似于条形码中存储的信息。
标签还可以连接到数据库，存储产品库存编号，当前位置，状态，售价,批号的信息。
相应的，射频标签在读取数据时不用参照数据库可以直接确定代码的含义。
＊射频标签可以和传感器连接吗？
可以，射频标签已经和许多传感器连接了，包括能记录温度，湿度的。
当环境条件发生变化时，标签能够得到提示，尤其是当变化对物品的储存和使用有重要影响时。
*应答器，智能标签，射频标签有什么区别？
最初在技术领域，应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块,近些年，由於射频技术发展迅猛,应答器有了新的说法和含义,又被叫做智能标签或标签.智能标签确切的说是射频标签的一种创新，由具有粘性的标签和超薄射频标签组成.智能标签将射频技术和方便灵活的标签印刷优点结合起来,具有读写功能的智能标签能被多次编程,遵循标签最初制作时的编码规律.
*哪种标签适合我的客户的产品？
标签能在有水的环境下正常工作吗？
金属会破坏它的功能吗？
在什么温度下它能正常工作？
含水量较高的产品，金属物品,很高或是很低的温度对於标签的工作都会是一项挑战。
但是经过精心设计的系统能克服这些缺点，因此根据应用功能和对象的不同，标签的种类也大相径庭。
射频标签的目的是使用一种统一标准的电子产品代码，使产品在不同领域都能被辨识。
读写器
无线射频识别技术（RadioFrequencyIdenfication,RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。
RFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分。
RFID阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作.典型的阅读器包含有高频模块（发送器和接收器）、控制单元以及阅读器天线。
＊阅读器接收电波的有效范围是什么？
阅读器的接收范围受到很多因素的影响,电波频率,标签的尺寸形状，阅读器的能量，金属物体的干扰，和其他射频装置等。
总的说来,低频被动标签的接收距离在一英尺以内，对於高频被动标签的接收距离在三英尺左右，对於超高频标签的接收距离在十到二十英尺。
对於使用电池的半主动和主动标签,阅读器可以接收到三百英尺甚至更远的信号.对於低频和高频射频，如果标签和阅读器天线的尺寸一样，接收距离可以用天线的直径乘以1。
4来计算.在直径在三十厘米以内，这条规律都适用.
＊LF，HF，UHF都分别代表什么？
和我们听的收音机道理一样，射频标签和阅读器也要调制到相同的频率才能工作.LF，HF，UHF就对应著不同频率的射频。
LF代表低频射频，在125KHz左右，HF代表高频射频，在13。
54MHz左右，UHF代表超高频射频,在850至910MHz范围之内。
＊为什么要使用不同的频率？
在操作中有4种波段的频率，低频（125KHz），高频（13.54MHz），超高频（850—910MFz），微波（2。
45GHz）。
每一种频率都有它的特点,被用在不同的领域，因此要正确使用就要先选择合适的频率。
*所有的国家都使用同一种频率吗？
不是，欧洲的超高频是868MHz,美国的则是915MHz。
日本目前不允许将超高频用到射频技术中。
政府也通过调整阅读器的电源来限制它对其他器械的影响.有些组织例如全球商务促进委员会正鼓励政府取消限制。
标签和阅读器生产厂商也正在开发能使用不同频率系统避免这些问题.
＊我们如何知道哪个频率适合于我们的产品？
不同的频率有不同的特点，因此他们的用途也就形形色色.例如，低频标签比超高频标签便宜,节省能量,穿透废金属物体力强,他们最适合用于含水成分较高的物体,例如水果等.超高频作用范围广,传送数据速度快,但是他们比较耗能，穿透力较弱，作业区域不能有太多干扰，适合用于监测从海港运到仓库的物品。
当做选择时，最好咨询一下相关的专家，供货商，从而选择正确的射频.
*我听说射频技术遇到水或金属不能正常工作，是不是说就不能将它用于监测罐装或含水成分较高的产品？
不是的。
金属会反射射频,水能吸收射频，因此在这种情况下使标签的功能正常发挥产生了问题.但是,经过设计的系统能很好的避免这些问题.
＊什么是阅读器冲突？
射频技术遇到的一个问题就是阅读器冲突,就是一个阅读器接收到的信息和另外一个阅读器接收到的信息发生冲突,产生重叠。
解决这个问题的一种方法是使用TDMA技术，简单来说就是阅读器被指挥在不同时间接收信号，而不是同时,这样就保证了阅读器不会互相干扰。
但是在同一区域的物品就会被读取两次,因此就要建立相应的系统去避免这种情况的发生。
＊被动阅读器如何工作？
射频阅读器通过多种方式和标签传送信息，阅读器利用天线在周围形成磁场，被动标签从磁场中接收到能量然后将信号发送给阅读器，阅读器将信息转化成电子信息———标签电子产品代码.
*所有的阅读器都能支持不同种类的标签吗？
目前还不是。
很多公司生产的阅读器支持现有供给链中用的新标签的射频技术.一些阅读器只支持新的电子产品代码，一些只支持某些生产厂商生产的特定标签。
＊我需要什么样的阅读器?
阅读器和标签一样，得通过研究供给方式决定使用种类和数量.例如,要求是管理进出仓库的库存，阅读器可以安装在码头货物进出的舱门上。
如果要求是管理送给特定客户的产品，那阅读器应该不仅仅装在舱门上，还应该装在卡车上。
如果要求是控制零售货架,固定或是手持装置可以采用,从而方便自动出库记录和计数。
天线
（1）发射天线：
用于发射无线电信号以激活电子标签。
（2）接收天线:
接收电子标签发出的无线电信号；
RFID标签分类
1。
按供电方式分为有源标签和无源标签。
有源是指标签内有电池提供电源，其作用距离较远，但寿命有限、体积较大、成本高,且不适合在恶劣环境下工作；
无源标签内无电池，它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为标签内电路供电，其作用距离相对有源标签短,但寿命长且对工作环境要求不高。
RFID标签分类
2。
按载波频率分为低频射频标签、中频射频标签和高频射频标签.
低频射频标签主要有125kHz和134。
2kHz两种,中频射频标签频率主要为13。
56MHz，高频射频标签主要为433MHz、915MHz、2。
45GHz、5。
8GHz等。
低频系统主要用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等.中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统；高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合，其天线波束方向较窄且价格较高，在火车监控、高速公路收费等系统中应用。
RFID标签分类
3。
按调制方式的不同可分为主动式和被动式.
主动式射频标签用自身的射频能量主动地发送数据给读写器；被动式射频标签使用调制散射方式发射数据,它必须利用读写器的载波来调制自己的信号,该类技术适合用在门禁或交通应用中，因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频标签。
在有障碍物的情况下，用调制散射方式，读写器的能量必须来去穿过障碍物两次
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