物联网三层架构

RFID应用

RFID 概述

射频识别，Radio Frequency Identification 无线射频识别，一种通信技术，通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触

一套RFID硬件由 Reader 与 Transponder 组成。

工作原理：由Reader发射一特定频率之无限电波给Transponder，驱动Transponder电路将内部的ID code发送出去，Reader接收ID code。

Transponder 可免电池，免接触，免刷卡，且芯片密码为世界唯一无法复制，安全性高，寿命长

RFID的工作原理

电子标签：射频标签，应答器，数据载体；

阅读器：读出装置，扫描器，通讯器，读写器（取决于电子标签是否可以无线改写数据）

电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合，在耦合通道中，根据时序关系，实现能量的传递，数据的交换

RFID中间件

中间件（middleware）解决分布异构问题

中间件是位于平台（硬件和操作系统）和应用之间的通用服务，这些服务具有标准的程序接口和协议

对不同的系统和硬件平台，它有符合接口和协议规范的多种实现

RFID中间件的特点

独立于架构（Insulation Infrastructure）

RFID中间件独立介于RFID读写器与后端应用程序之间，并且能够与多个RFID读写器以及多个后端应用程序连接，以减轻架构与维护的复杂性

数据流（Data Flow）

RFID目的在于将实体对象转换为信息环境下的虚拟对象，数据处理是RFID重要的功能

RFID中间件具有数据的搜集，过滤，整合，传递等特性，以便将正确的对象信息转到企业后端的应用程序

处理流（Process Flow）

RFID中间件采用程序逻辑及存储再转送（Store — and— Forward）功能来提供顺序的信息流，具有数据流设计与管理的能力

RFID中间件的意义

RFID中间件是一种面向消息的中间件，消息（Information）是以消息（Message）的形式

面向消息的中间件包含功能：传递（Passing）消息，解译数据，安全性，数据广播，错误恢复，定位网络资源，找出符合成本的路径，消息与要求的优先次序以及延伸的除错

RFID频率分类

RFID的工作频率有低频，高频，超高频，微波，不同的频率的RFID产品有不同的特性

125KHz ~134KHz 低频

13.56 MHz 高频

860 MHz ~ 915 MHz 超高频

2.4GHz ~ 5GHz 微波

RFID 低频

工作在低频的感应器的一般工作频率从 120KHz ~ 134KHz ，TI 的工作频率为 134.2KHz 。该频段的波长为 2500m

除金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离

工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制

低频产品有不同的封装形式，好封装就贵，寿命长

该频率的磁场区域下降快，但能产生相对均匀的读写区域

相比其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢

感应器比其他频段的贵

RFID低频的主要应用

畜牧业的管理系统

汽车防盗和无钥匙开门系统的应用

马拉松赛跑系统的应用

自动停车场收费和车辆管理系统

自动加油系统应用

酒店门锁系统的应用

门禁和安全管理系统

RFID低频符合的国际标准

ISO 11784 RFID 畜牧业的应用 - 编码结构

ISO 11785 RFID 畜牧业得应用技术理论

ISO 14223 - 1 RFID 畜牧业的应用空气接口

ISO 14223 - 2 RFID 畜牧业的应用协议接口

ISO 18000 - 2 定义低频的物理层，防冲撞和通讯协议

DIN 30745 主要是欧洲对垃圾管理应用定义的标准

RFID高频

工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m

除金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但往往会降低读取距离，感应器需要离开金属一段距离

感应器为电子标签形式

该系统具有防冲撞特性，可同时读取多个电子标签

RFID高频主要应用

图书管理系统的应用

酒店门锁的管理和应用

医药物流系统的管理和应用

智能货架的管理

RFID超高频特性

RFID微波

RFID微波段的性能

它是一个全球性的频段，开发产品具有全球通用性

它整体的频宽胜于其他ISM频段，提高整体数据传输速率，允许系统共存

2.4GHz无线电和无线的体积相对小，产品体积小

RFID微波2.4GHz 频段的主要应用

船舶管理系统

煤炭人员定位系统

动态车辆识别系统

微型胶囊内窥镜系统

RFID 微波2.4GHz频段的无线技术标准

ZigBee/IEEE 802.15.4 : Zigbee技术是一项兴起的短距离无线通信技术，主要面向的应用领域是低频速率无线个人局域网（LRWPAN）,经典特征是近距离，低功耗，低成本，低传输速率，主要适用于自动控制以及远程控制领域，目的是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制.

WIFI/IEEE 802.11b : WIFI即无线局域网，工作在2.4GHz频段，用于学校，商业等办公区域的无线连接技术，传输速率可达到 11 Mbit/s，工作距离 100m，采用直接序列扩频（DDS）的方式。采用WIFI主要推动因素是数据吞吐量，WIFI一般用来将电脑与本地局域网相连或直接与互联网相连。

RFID发展历程

RFID直接继承雷达的概念，并由此发展出一种AIDC新技术 ---- RFID技术

1948年，哈理，发表“利用反射功率的通讯”奠定射频识别RFID的理论力量

电子标签的概叙

ISO14443 - A 协议

ISO14443协议是 Contactless card standards（非接触式IC卡标准）协议

第一物理特性第二频谱功率和信号接口第三初始化和防冲突算法第四通讯协议

引用标准

ISO/IEC 3309: 1993 信息技术—系统间的远程通信和信息交换-高级数据链接控制（HDLC）规程-帧结构

ISO/IEC 7810：1995 识别卡物理特性ISO/IEC 7816-3 识别卡带触点的集成电路卡第3部分电信号和传输协议

ISO/IEC 7816-4：识别卡带触点的集成电路卡第4部分行业间交换用命令

ISO/IEC 7816-5：识别卡带触点的集成电路卡第5部分：应用标识符的编号体系和注册规格

IEC 61000-4-2 电磁兼容性（EMC）第4部分：测试和测量技术第2节：抗静电放电测试

ISO/IEC 10373-6 识别卡—测试方法

ISO/IEC 14443：1997 识别卡 - 非接触式集成电路卡 - 接近式卡

14443术语

接近式卡 Proximity card (PICC)

接近式耦合设备 Proximity coupling device (PCD)

防冲突环 anticollision loop

比特冲突测试协议 bit collision detection protocl

冲突 collision

帧 frame

初始对话

PICC初始对话

PICC的初始对话PCD和PICC之间的初始对话通过下列连续操作

PCD 的 RF 工作场激活 PICC

PICC 静等来自PCD的命令

PCD 传输命令

PICC 传输响应

这些

PCD应产生给能量的 RF 场，为传送功率，该RF场与 PICC 进行耦合，为了通信，该RF场应被调制

RF工作场频率（fc）为 13.56MHz +- 7kHz

REQA 和 WAKE-UP 帧

请求和唤醒帧用来初始化通信并按下次序组成

通信开始

7 个数据位开始

LSB 首先发送

标准REQA 的数据内容是 0x26，WAKE-UP 请求的数据内容是 0x52

通信结束，不加奇偶校验位

标准帧 Standard frame

标准帧用于数据交换并按以下次序组成

通信开始

n * （8 个数据位 + 奇数奇偶校验位），n >= 1

每个数据字节的LSB首先被发送

每个数据字节后面跟随一个奇数奇偶校验位

通信结束

面向比特的防冲突帧

NVB

长度：1字节

较高4位叫字节计数

较低4位叫比特计数

命令

PCD用于管理与几个PICC通信的命令是

REQA             0x26
WAKE-UP          0x52
ANTICOLLISION    0x93  0x97
SELECT
HALT             0x50

ANTICOLLISION命令和 SELECT命令

这些命令在防冲突环期间使用

ANTICOLLISION 和 SELECT命令由下列内容组成

选择代码SEL （1 字节）

有效位的数目NVB （1 字节）

根据NVB的值，UID CLn的 0 到 40 个数据位

SEL规定了串联级别CLn

NVB规定了PCD所发送的CLn的有效位的数目

注 : 只要NVB没有规定40个有效位，若 PICC保持在 READY 状态中，该命令被为ANTICOLLISION 命令

如果NVB规定 UID CLn 的 40个数据位（NVB = 70）则添加CRC_A , 该命令为 SELECT 命令

HALT命令

HALT命令由四个字节组成并应使用标准帧来发送

PICC 在 HALT 帧结束后 1ms 周期期间以任何调制表示响应

基于14443-A 的操作帧格式

请求卡 0x26

唤醒所有卡 0x52

防冲突 0x93 0x20 得到卡ID

选择卡片 0x93 0x70 ID1,ID2,ID3,ID4 checksum ，CRC16

Coding of SEL

RC522

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