RFID实验12报告.docx

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RFID实验12报告

RFID实验报告

实验一智能识别技术与系统实验

实验时间：

2014年6月21日

一、实验目的

1.了解智能识别技术概念、特点、原理和优势。

2.掌握条码技术和RFID技术的各自优缺点、技术特征和应用优势。

3.了解条码自动识别系统和RFID自动识别系统的组成和工作原理。

4.了解指纹、视频、语音识别系统的组成、工作原理和应用特点。

二、实验原理

1、条码技术实验

（1）一维条码识别原理

由于不同颜色的物体，其反射的可见光的波长不同，白色能反射各种波长的可见光，黑色吸收各种波长的可见光，所以当条形码扫描光源发出的光经凸透镜1后，照射到黑白相间的条形码上时，反射光经凸透镜2聚焦后，照射到光电转换器上，接收到与白条和黑条相应的强弱不同的反射光信号，并转换成相应的电信号输出到放大整电路。

在放大电路后需加一整形电路，把模拟信号转换成数字电信号，以便计算机系统能准确判读。

整形电路的脉冲数字信号经译码器译成数字、字符信息。

（2）二维条码识别原理

矩阵式二维码（又称棋盘式二维码）是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。

在矩阵元素位置上，出现方点、圆点或其他形状点表示二进制“1”，不出现点表示二进制的“0”，点的排列组合确定了矩阵式二维码所代表的意义。

行排式二维码（又称：

堆积式二维码或层排式二维码），其编码原理是建立在一维码基础之上，按需要堆积成二行或多行。

两者的识别原理，通过图像的采集设备，得到含有条码的图像，此后经过条

码定位、分割和解码三步骤实现条码的识别。

2、RFID技术实验

RFID系统的基本工作原理是：

读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当装有电子标签的物体进入发射天线工作区域时，受电磁场激励产生感应电流，电子标签获得能量被激活并收到读写器的查询信号后，将自身编码等信息通过改变电子标签天线的反射面积，将信息发送出去；读写器接收到从电子标签反射回的微波合成信号，进行解调和解码，即可将电子标签储存的识别代码等信息读取出来，送到RFID信息处理机进行相关处理。

本实验中RFID系统是由RFID信息处理机（带相关软件的PC机）、无源超高频电子标签卡、超高频读写器，RFID天线一起组成。

其工作原理是：

搭建好RFID识别系统后，读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，无源高频电子标签卡进入发射天线工作区域，受激励电磁场产生感应电流，电子标签卡获得能量被激活并收到读写器的查询信号，然后将储存的信息通过改变天线的反射面积，将信息发送出去；读写器接收到从电子标签卡反射回来的微波合成信号，进行解调和解码，然后将电子标签储存的识别代码等信息读取出来，送给RFID信息处理机进行相关处理。

3、图像文字识别技术实验

视觉图像文字识别系统是OCR技术移植到数字移动产品上的应用软件，是OCR技术的创新应用。

通过这类软件，用户能够将数码相机、手机等可拍照设备采集到的视觉图像文字信息转换成可编辑的文本资料。

图像文字识别系统可以看作是这样的系统：

它能获取视觉图像，而且通过一个特征抽取和分析的过程，能自动识别限定的标志、字符等识别标志。

本实验所用的软件系统的基本设计思想同样是应用图像文字识别领域中成熟的OCR技术，通过对比图像中的文字来达到识别图像的功能。

4、指纹识别技术实验

指纹识别技术主要是通过分析指纹的局部特征，从中抽取详尽的特征点，确定两枚指纹是否来自同一枚手指，从而可靠地确认个人的身份。

就指纹识别的过程而言，一个指纹识别系统的实现一般包括四个部分：

指纹图像采集、指纹图像预处理、指纹图像特征提取、指纹图像匹配。

其工作流程如下：

通过指纹图像采集设备读取到人体指纹的图像，然后要对原始图像进行预先处理，使之更清晰，再通过指纹辨识软件建立指纹的特征数据。

软件从指纹上找到被称为“节点”（minutiae）的数据点，即指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，这些点同时具有七种以上的唯一性特征。

通常手指上平均具有70个节点，所以这种方法会产生大约490个数据。

这些数据，通常称为模板。

通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。

三、实验内容

1、条码技术实验

在自动识别一体机实验平台上输入图书的信息，然后打印出图书信息的一维条形码、二维QR快速矩阵码标签；使用自动识别一体机实验平台扫描该图书的一维条形码、二维QR快速矩阵码标签，得到的图书信息自动显示到屏幕上，观测并验证输入、输出的图书信息一致性和正确性，并测试条码识别器的相关参数。

2、RFID技术实验

在自动识别一体机实验平台上输入图书信息，通过超高频读写器将图书信息写入超高频RFID标签中；使用自动识别一体机实验平台的超高频RFID读写器读取相应的RFID标签，得到的图书信息自动显示到屏幕上，观测并验证输入、输出的图书信息一致性和正确性，并测试读写器相关参数

3、图像文字识别技术实验

将一张名片置于自动识别一体机实验平台的摄像头下方，保持光线良好，使用识别软件自动拍照，得到的图像文字摄像显示到屏幕上，应用文字图像处理软件，识别出独立文字和图案，验证识别的正确率和可靠性。

4、指纹识别技术实验

将同一手指放置到自动识别一体机实验平台的指纹识别器上，根据指纹识别软件提示，连续三次划过指纹识别器，直至软件提示指纹保存成功；再用手指划过指纹识别器，验证指纹识别是否成功；将同一手指指纹印制一张白纸上，将带指纹的白纸划过指纹识别器，验证指纹识别是否成功。

测试指纹识别的准确性、可靠性及防欺骗的能力。

四、实验环境

1．实验分组：

每组2~4人

2．实验设备：

实验箱I一台、PC机一台、

摄像机一个、直流电源一台、

一维条形码若干、二维条形码若干、

超高频RFID电子标签若干、

名片若干

3.自动识别一体机实验平台整体介绍

自动识别一体机实验平台设计用于通信类专业本科生进行“智能识别技术与系统”实验，其系统结构如图5所示，主要包括PC机、实验箱I（即“智能识别技术与系统”实验箱）以及一些用于测试参数的实验仪器。

其中，实验箱I集成了条码识别模块、超高频RFID读写模块、图像文字识别模块及指纹识别模块共4个模块，分别用于进行本实验中的条码技术实验、RFID技术实验、图像文字识别技术实验以及指纹识别技术实验。

其实物图如下图6所示。

五、实验步骤

条码识别技术实验

1.实验之前，观察实验箱中条码实验器件的连接，认清各部分器件的作用，体会条码识别原理。

2.搭建条码识别技术实验平台。

3.添加条码信息。

4.条码扫描准确性测试。

5.参数测试。

①识别距离测试；②多条码识别能力测试

RFID技术实验

1.在实验之前，观察实验箱中RFID识别实验部分的电路

结构，认清各个电路模块的作用，体会RFID识别技术

的工作原理。

2.搭建超高频RFID识别技术实验平台。

3.参数测试。

①识别距离测试；②多标签识别能力测试；③读写器输出功率、输出频率；④读写器的拒识率

4.写电子标签，验证读写操作的正确性

图像文字识别技术实验

1.搭建图像文字识别实验系统。

2.名片图像的采集和保存。

3.图像文字识别的准确性测试。

4.图像文字识别的可靠性测试。

指纹识别技术实验

1.实验之前，观察实验板上指纹识别部分的电路结构，认清各个电路模块的作用，体会指纹识别技术的工作原理。

2.搭建指纹识别实验系统。

3.指纹识别准确性测试。

4.指纹识别防欺骗能力测试。

六、实验记录与分析

条码技术实验

1.条码的识别距离。

距离

5cm

10cm

15cm

20cm

30cm

40cm

45cm

能

不能

能

不能

能

不能

2.多条码扫描，记录条码识别仪一次性读取到的最多的条码个数。

②多条码识别

识别条码数

第一次

第二次

第三次

3.验证测试软件得到的图书信息是否与输入的图书信息一致，分析条码识别的准确性。

RFID技术实验

1.超高频读写器输出功率、输出频率。

2.超高频读写器性能参数测试。

最远识别距离；

多标签识别，记录读写器一次性读取到的最多的电子标签卡张数。

读写器的拒识率；

图像文字识别技术实验

次数

图1

图2

图3

图4

图5

成功

失败

成功

失败

成功

失败

成功

失败

成功

失败

成功

失败

平均匹配失败率a=40%

指纹识别技术实验

指纹

第一次

第二次

第三次

第四次

成功

平均失败率b=0

由失败率分析指纹文字识别的准确性和可靠性。

指纹识别可靠准确性高

七、思考题

1、对以上实验数据进行对比分析，给出实验结论

实验结论：

各种识别方式都能成功识别信息。

准确性和正确率都比较高。

条码扫描能准确的识别条码信息，识别距离在5~20cm，每次只能识别一张条码。

2、分别给出条码实验中所用到的一维条码和二维条码的特点

一维码：

一维码是由纵向黑条和白条组成，黑白相间、而且条纹的粗细也不同，通常条纹下还会有英文字母或阿拉伯数字。

包括UPC-A，UPC-E，EAN-13，EAN-8，ISBN/ISSN，三九码，库德巴码，交叉二五码，工业二五码，矩阵二五码，128码，九三码，11码，MSI/PIESSEY，UK/PLESSEY，UCC/EAN128码，中国邮政码等这些都是常见的一维条码。

二维码：

二维码通常为方形结构，不单由横向和纵向的条码组成，而且码区内还会有多边形的图案，同样二维码的纹理也是黑白相间，粗细不同，二维码是点阵形式。

就是现在很火的小方块式的图型。

一般常用的二维码有：

PDF417，QRCode，Code49，Code16K，CodeOne。

3、给出一维条码识别技术的基本工作原理

在放大电路后需加一整形电路，把模拟信号转换成数字电信号，以便计算机系统能准确判读。

整形电路的脉冲数字信号经译码器译成数字、字符信息。

4、给出RFID识别技术的基本工作原理

读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，无源高频电子标签卡进入发射天线工作区域，受激励电磁场产生感应电流，电子标签卡获得能量被激活并收到读写器的查询信号，然后将储存的信息通过改变天线的反射面积，将信息发送出去；读写器接收到从电子标签卡反射回来的微波合成信号，进行解调和解码，然后将电子标签储存的识别代码等信息读取出来，送给RFID信息处理机进行相关处理。

5、根据实验内容，分析比较条码识别技术与RFID识别技术的相同点、不同点以及优缺点

相同：

都是快速准确地确认追踪目标物体

不同：

有无写入信息或更新内存的能力；RFID标签的作用不仅仅局限于视野之内，因为信息是由无线电波传输，而条形码必须在视野之内；条形码成本较低，有完善的标准体系，已在全球散播，所以已经被普遍接受，射频技术只被局限在有限的市场份额之内

优缺点

条形码:

优点，技术简单，成本低廉，可靠性高，读取速度快。

缺点，保密性差，无防伪功能，需可视识读，抗恶劣环境能力差。

射频技术：

优点，读取速度快，可靠性高，非接触识别，标签内容可以重写，多件物品同时阅读，防伪性能好。

缺点：

技术复杂，成本高，易受干扰。

6、写出你所知道的条码识别技术、RFID识别技术、图像文字识别技术、指纹识别技术的应用领域，并为每个识别技术举一例

应用领域：

国防、公共安全、交通运输、医疗保健、工业、商业、金融、海关及政府管理

条码识别：

商场

RFID识别：

射频门禁

图像文字识别技术：

幼儿识字教育

指纹识别技术：

手机解锁

7、写出本次实验的心得体会以及实验建议

本次实验了解了智能识别技术概念、特点、原理和优势。

学习了条码技术和RFID技术的各自优缺点、技术特征和应用优势。

了解了条码自动识别系统和RFID自动识别系统的组成和工作原理以及指纹、视频、语音识别系统的组成、工作原理和应用特点。

实验建议：

无

实验二无源RFID系统实验

一、实验目的

1.掌握无源低频、高频、超高频RFID系统的工作原理、系统架构、各组成单元功能与作用、应用领域。

2.掌握无源超高频RFID标签、读写器、上位机的基本参数指标，了解标签、读写器的性能参数测试方法。

3.熟悉掌握无源超高频RFID系统的基本操作命令及方法。

4.了解多RFID标签识别时信息碰撞的机制及防碰撞识别方法，掌握无源超高频RFID读写器的API接口功能及要求。

二、实验原理

1.低频（LF）、高频（HF）读卡器系统

本实验中设计的低频RFID读卡器的工作频率为125KHz，本实验所采用的高频RFID读写器系统工作频率是13.56MHz主要需完成的功能是通过天线和射频前端对LFRFID标签信息进行读取，并通过USB接口将数据发送到上位机。

2.无源超高频RFID系统工作原理

读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当装有电子标签的物体进入发射天线工作区域时，受电磁场激励产生感应电流，电子标签获得能量被激活并收到读写器的查询信号后，将自身编码等信息通过改变电子标签天线的反射面积，将信息发送出去；读写器接收到从电子标签反射回的微波合成信号，进行解调和解码，即可将电子标签贮存的识别代码等信息读取出来，送到RFID信息处理机进行相关处理，控制执行相关动作。

3.电子标签

电子标签是指由IC芯片和无线通信天线组成的超微型小标签。

标签中保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，无线标签附着在待识别物体表面。

存储在芯片中的数据，由阅读器以无线电波的形式非接触的读取，并通过阅读器的处理器，进行信息解读并进行相关的管理。

标签内存分为Reserved（保留），EPC（电子产品代码），TID（标签识别号）和User（用户）四个独立的存储区块（Bank）。

Reserved区：

存储KillPassword（灭活口令）和AccessPassword（访问口令）。

EPC区:

存储EPC号码等。

TID区:

存储标签识别号码，每个TID号码应该是唯一的。

User区：

存储用户定义的数据。

4.超高频RFID天线

RFID天线主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型这三种基本形式的天线.其中，小于1m的近距离应用系统的RFID天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线，它们主要工作在中低频段.而1m以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子型的RFID天线，它们工作在高频及微波频段。

三、实验内容

1、低频RFID实验：

（1）参考实验原理图，理解低频读卡器设计的基本方法。

（2）读取低频标签ID号。

（3）在实验电路板上，测量以下性能指标：

（4）低频读卡器的工作频率

（5）低频读卡器的识别距离

2、高频RFID实验：

（1）应用读写器模块、天线、RFID标签、上位机，自主安装配置成高频RFID系统。

（2）根据实验步骤说明，完成RFID系统参数的初始化配置、熟练掌握高频RFID读写器、上位机的基本操作方法。

（3）在上位机界面中对标签进行读写操作，验证读写操作是否成功。

3、超高频RFID实验：

（1）实验系统搭建成功后，在上位机界面中选择盘存操作命令，观察RFID读写器识别到的RFID标签EPC码，读用户存储区的内容。

（2）在盘存到的标签中任意的选中一个标签，将自定义的信息数据写入盘存得到的RFID标签的EPC码和用户存储器区中，验证数据是否成功写入RFID标签中。

（3）在盘存到的标签中任意的选中一个标签，可以进行锁定、杀死标签操作。

（4）超高频RFID系统性能参数测试实验：

应用DC电源、信号源、示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪等仪器设备，测试超高频RFID读写器、标签输出信号频率、功率、调制度、波形等参数及识别距离，计算出RFID系统的识别灵敏度、写入灵敏度等参数。

四、实验环境

1．实验分组：

每组2~4人

2．实验设备：

实验箱Ⅱ一台、计算机一台、低频RFID标签若干、高频标签若干、超高频标签若干、函数波形发生器、可调射频衰减器、频谱分析仪、示波器。

3．无源RFID系统实验平台整体介绍

无源RFID系统实验平台设计用于通信类专业本科生进行“智能识别技术与系统”实验，其系统结构如图1所示，主要包括PC机、实验箱Ⅱ（即“无源RFID系统”实验箱）以及一些用于测试参数的实验仪器。

其中，实验箱Ⅱ集成了低频读卡器、高频读写器、超高频读写器、微波读写器（不用于本次试验）和电源控制板共5个模块，分别用于进行本实验中的低频RFID实验、高频RFID实验和超高频RFID实验。

4．低频（LF）RFID读卡器模块

低频RFID读卡器模块包括低频RFID读卡器、低频RFID天线和低频RFID标签。

图2所示为低频RFID读卡器系统的各个实物组成部分，其中左边是低频RFID读卡器，中间为低频RFID天线，右边为低频RFID标签，读写器与天线之间用杜邦线相连接，当标签进入天线的工作区域后，低频读卡器会感应到天线上的标签信号，经过接收、解码处理后将数据传输到与之相连接的上位机。

低频RFID读卡器的主要性能指标如下：

①工作频率：

125KHz；

②读写距离：

0~2cm；

③通信接口：

UART,USB；

④供电电压：

5V/DC；

⑤通信协议：

ISO18000-2；

⑥工作电流：

<200mA；

5．高频（HF）RFID读写模块

高频RFID读写模块包括高频RFID读写器、高频RFID天线和高频RFID标签。

图3所示为高频RFID读写器系统的各个实物组成部分，其中左边是高频RFID读写器，中间为高频RFID天线，右边为高频RFID标签，读写器与天线之间用杜邦线相连接，当标签进入天线的工作区域后，天线会将收到的标签信息传输到读写器，读写器将标签信息进行处理后，将其进一步传输到上位机。

高频RFID读写器的主要性能指标如下：

①工作频率：

13.56MHz；

②读写距离：

5~10cm；

③通信接口：

UART,USB；

④供电电压：

5V/DC；

⑤通信协议：

ISO/IEC14443A，ISO/IEC14443B，ISO/IEC15693；

⑥工作电流：

<200mA；

6．超高频（UHF）RFID读写模块

超高频RFID读写模块包括超高频RFID读写器、高频RFID天线和超高频RFID标签。

图3所示为高频RFID读写器系统的部分实物组成部分，其中左边是高频RFID读写器，中间为高频RFID天线，右边为高频RFID标签，超高频读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当装有电子标签的物体进入发射天线工作区域时，受电磁场激励产生感应电流，电子标签获得能量被激活并收到读写器的查询信号后，将自身编码等信息通过改变电子标签天线的反射面积，将信息发送出去；读写器接收到从电子标签反射回的微波合成信号，进行解调和解码，即可将电子标签贮存的识别代码等信息读取出来，送到RFID信息处理机进行相关处理，控制执行相关动作。

超高频RFID读写器的主要性能指标如下：

①工作频率：

902~928MHz；

②读写距离：

≥15米（8dBi天线）；

③通信接口：

WIFI（802.11b/g）、RJ-45、USB2.0；

④供电电压：

12V/DC；

⑤通信协议：

ISO18000-6C/EPCC1Gen2；

⑥工作电流：

<2A；

五、实验步骤

低频RFID实验：

1.在做实验之前，观察实验板的电路结构，认清各部分电路元件的作用，体会低频读卡器的工作原理。

2.搭建低频RFID读卡器系统，系统搭建成功后，接通读卡器电源。

3.读标签：

将低频标签放置在低频PCB天线的上方，在上位机界面中选择盘存操作命令，观察RFID读卡器识别到的RFID标签数据。

4.测试工作

工作频率的测试

识别距离的测试

5.将控制板的电源开关拨至空，拔掉读卡器与PC机的连接的USB线，把低频标签和USB线等放置在试验箱Ⅱ的右侧。

高频RFID实验

1.实验之前，观察实验箱II中高频RFID读写器系统的各个组成部分的连接情况，并认清各个模块的硬件构成及其作用，体会高频RFID读写器系统的读写原理。

2.搭建高频RFID读写器系统，系统搭建成功后，接通读写器电源（读写器工作电压为5V）。

测试读写器频率并记录。

3.读写器初始化配置。

波特率选择为19200Hz。

4.RFID标签信息读取实验。

5.RFID标签信息写入实验。

6.将控制板的电源开关拨至空，拔掉读写器与PC机的连接的USB线，把高频标签和USB线等放置在试验箱Ⅱ的右侧。

超高频RFID实验

1.在做实验之前，观察试验箱中超高频RFID实验器件的连接，认清各部分器件的作用。

2.搭建好系统，在实验系统搭建过程中，进行对频谱分析仪检测到的读写器的输出功率，输出频率的大小做记录；

3.盘存操作：

运行超高频的读写器软件，填写盘存轮询次数，然后点击“盘存”操作，此时需要画出示波器观察到的“盘存”操作命令的波形和记录盘存的电子标签的EPC码。

4.读操作：

读用户存储区标签是指读标签的512位用户存储区，标签512位用户存储区总共分为32个16位。

运行超高频的读写器软件，在盘存到的标签中任意的选中一个标签，然后配置读用户存储区的偏移量，偏移是指每次特定的读或写操作是针对标签512位用户存储区的第0-31个16位进行，并做相应的读取记录和画出示波器观察到的“读”操作命令的波形。

5.写操作：

写用户存储区标签是指写标签的512位用户存储区，标签512位用户存储区总共分为32个16位。

运行超高频的读写器软件，在盘存到的标签中任意的选中一个标签，然后配置写用户存储区的偏移量，偏移是指每次特定的读或写操作是针对标签512位用户存储区的第0-31个16位进行，并做相应的写用户存储区信息标签记录。

同时也可以配置写EPC区的偏移量，进行写标签EPC操作，并做相应的写标签记录。

6.锁定与杀死操作

锁定操作：

运行超高频的读写器软件，然后点击“锁定”操作；“锁定”命令的波形可以用连接好的示波器进行观察；锁定操作执行后，再次向已经锁定的标签的用户存储区写入数据，查看“写”操作是否可以成功写入，验证锁定操作是否成功。

杀死操作：

运行超高频的读写器软件，然后点击“杀死”操作；“杀死”命令的波形可以用连接好的示波器进行观察；杀死操作执行后，再次向已经杀死的标签的用户存储区写入数据或者读取标签EPC，查看读写操作能否执行，验证杀死操作是否成功。

将控制板的电源开关拨至空，拔掉读写器与PC机的连接的USB线，把超高频标签和USB线等放置在试验箱Ⅱ的右侧。

六、实验记录与分析

实验数据：

0CM

10cm

20CM

30CM

40cm

50cm

60cm

65CM

2张UHF

8张UHF

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