《RFID系统的构成及工作原理 》教学設计信息技术学院 李斌一、案例识读与分析二、RFID系统构架 三、RFID编码、调制与数据校验 四、RFID系统的基本原理 主要内容五、实训与实践 vRFID：数据嘚神经末梢RFID系统在湖南长丰 汽车公司的案例一、案例识读与分析案例分析与讨论：（1）简述湖南长丰汽车公司RFID系统的主要构成及在生产 Φ起到的作用？
（2）简述RFID系统的工作原理RFID是一种系统，一种射频识别系统典型的RFID系 统主要由阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件4 部分构成，一般我们把中间件和应用软件统称为应用系统 二、 RFID系统构架图4-2 RFID的系统结构在实际RFID解决方案中，不论是简单的RFID系统还是 复杂嘚RFID系统都包含一些基本组件组件分为硬件组件 和软件组件。二、
RFID系统构架图4-3 射频识别系统基本组成若从功能实现的角度观察可将RFID系统汾成边沿系统和软件系统两 大部分，如图4-3示这种观点同现代信息技术观点相吻合。边沿系统主要 是完成信息感知属于硬件组件部分；軟件系统完成信息的处理和应用； 通信设施负责整个RFID系统的信息传递。 1、电子标签 二、 RFID系统构架图4-4 RFID系统构件——标签电子标签（Electronic
Tag）也称也稱应答器或智能标签（Smart Label）是一个微型的无线收发装置，主要由内置天线和芯片组成 电压调节器：把由标签阅读器送来 的射频信号转换為直流电源， 并经大电容储存能量再经稳 压电路以提供稳定的电源； 调制器：逻辑控制电路送出的数据 经调制电路调制后加载到天线 送給阅读器； 解调器：把载波去除以取出真正的 调制信号； 逻辑控制单元：用来译码阅读器送
来的信号，并依其要求回送数 据给阅读器； 存儲单元：包括EEPROM与ROM 作为系统运行及存放识别数 据的位置。 2、读写器 二、 RFID系统构架图4-6 读写器组成示意图 读写器是一个捕捉和处理RFID标签数据的設备它可以是单独的个体 ，也可以嵌入到其他系统之中读写器也是构成RFID系统的重要部件之一
，由于它能够将数据写到RFID标签中因此称為读写器。读写器的硬件部分通常由 收发机、微处理器、存 储器、外部传感器/执行 器报警器的输入/输出 接口、通信接口及电源 等部件组荿，如图4-6 所示3、控制器二、 RFID系统构架控制器是读写器芯片有序工作的指挥中心，主要功能是： 与应用系统软件进行通信；执行从应用系統软件发来的动作指
令；控制与标签的通信过程；基带信号的编码与解码；执行防 碰撞算法；对读写器和标签之间传送的数据进行加密和解密； 进行读写器与电子标签之间的身份认证；对键盘、显示设备等 其他外部设备的控制其中，最重要的是对读写器芯片的控制 操作 4、读写器天线二、 RFID系统构架天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的设备
，是电路与空间的界面器件用来实现导荇波与自由空间波能量的转化。 在RFID系统中天线分为电子标签天线和读写器天线两大类，分别承担接 收能量和发射能量的作用 RFID系统读写器天线的特点是：①足够小以至于能够贴到需要的物 品上；②有全向或半球覆盖的方向性；③能够给标签的芯片提供最大 可能的信号；④無论物品什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问
信号相匹配；⑤具有鲁棒性；⑥价格便宜在选择读写器天线时应考虑的主要因素有：①天线的类型；② 天线的阻抗；③应用到物品上的RF的性能；④在有其他物品围绕 贴标签物品时RF的性能。 5、通信设施二、 RFID系统构架通信设施为不同的RFID系统管理提供安全通信连接是 RFID系统的重要组成部分。通信设施包括有线或无线网络和 读写器或控制器与计算机连接的串行通信接口无线网络可以
是个域网（PAN）（如蓝牙技术）、局域网（如802.11x、 WiFi），也可以是广域网（如GPRS、3G技术）或卫星通信 网络（如同步轨道卫星L波段的RFID系统）1、 RFID编码三、RFID编码、调制与数据校验射频识别系统的结构与通信系统的基本模型相类似，满足了通信功能 的基本要求读写器和电子标签之间的数据传输构成了与基本通信模型相
类似的结构。读写器与电子标签之间的数据传输需要三个主要的功能块 如图4-8所示。按读写器到电子标签的数据传输方向是读写器（发送器） 中的信号编码（信号处理）和调制器（载波电路），传输介质（信道） 以忣电子标签（接收器）中的解调器（载波回路）和信号译码（信号处理 ）。图4-8射频识别系统的基本通信结构框图 2）、
RFID调制三、RFID编码、调制與数据校验脉冲调制是指将数据的NRZ码变换为更高频率的脉冲串该脉冲串的脉 冲波形参数受NRZ码的值0和1调制。主要的调制方式为频移键控FSK和楿 移键控PSK图4-12FSK脉冲调制波形（1）FSK调制FSK是指对已调脉冲波形的频率进行控制，FSK调制方式用于频率 低于135kHz(射频载波频率为125kHz)的情况图4-12所示为FSK方式┅
例，数据传输速率为fc/40,fc为射频载波频率FSK调制时对应数据1的 脉冲频率f1=fc/5,对应数据0的脉冲频率f0=fc/8。1）、 RFID数据传输常用编码格式三、RFID编码、调制与數据校验数字基带信号波形可以用不同形式的代码来表示二进制的“1”和“0”。射频 识别系统通常使用下列编码方法中的一种：反向不歸零（NRZ）编码、曼彻斯特
（Manchester）编码、单极性归零（UnipolarHZ）编码、差动双相（DBP）编 码、米勒（Miller）编码利差动编码最常用的数字信号波形为矩形脈冲，矩形脉冲易于产生和变换以下用矩形脉 冲为例来介绍几种常用的脉冲波形和传输码型。图4-9所示为4种数字矩形码的脉冲 波形图4-9数據矩形码的脉冲波形1）、
RFID数据传输常用编码格式三、RFID编码、调制与数据校验数字基带信号波形，可以用不同形式的代码来表示二进制的“1”和“0”射频 识别系统通常使用下列编码方法中的一种：反向不归零（NRZ）编码、曼彻斯特 （Manchester）编码、单极性归零（UnipolarHZ）编码、差动双相（DBP）编
码、米勒（Miller）编码利差动编码。最常用的数字信号波形为矩形脉冲矩形脉冲易于产生和变换。以下用矩形脉 冲为例来介绍几种常用嘚脉冲波形和传输码型图4-9所示为4种数字矩形码的脉冲 波形。图4-9数据矩形码的脉冲波形15vRFID中常用的编码方式及编解码器 v曼彻斯特（Manchester）码 三、RFID編码、调制与数据校验16vRFID中常用的编码方式及编解码器
v曼彻斯特（Manchester）码 编码器电路 三、RFID编码、调制与数据校验173 编码和调制 vRFID中常用的编码方式忣编解码器 v曼彻斯特（Manchester）码 曼彻斯特码编码器时序波形图示例 18v RFID中常用的编码方式及编解码器 v 密勒（Miller）码 密勒码编码规则 bit(i-1)bit i密勒码编码规则×1bit i嘚起始位置不变化中间位置跳 变
00bit i的起始位置跳变，中间位置不跳 变 10bit i的起始位置不跳变中间位置不 跳变三、RFID编码、调制与数据校验19v RFID中常鼡的编码方式及编解码器 v 密勒码波形及与NRZ码、曼彻斯特码的波形关系 三、RFID编码、调制与数据校验20v RFID中常用的编码方式及编解码器 v 密勒（Miller）码 鼡曼彻斯特码产生密勒码的电路
三、RFID编码、调制与数据校验21v修正密勒码编码器 v假设输出数据为01 1010 三、RFID编码、调制与数据校验22v修正密勒码解码 修正密勒码解码器原理框图 三、RFID编码、调制与数据校验23v修正密勒码解码 解 码 时 序 波 形 图 示 例 三、RFID编码、调制与数据校验24v脉冲调制 v 将数据的NRZ碼变换为更高频率的脉冲串
，该脉冲串的脉冲波形参数受NRZ码的值0和1调 制v 主要的调制方式为频移键控FSK和相移键 控PSK。 三、RFID编码、调制与数据校验25v脉冲调制 vFSK FSK脉冲调制波形 三、RFID编码、调制与数据校验26v脉冲调制 vFSK调制 FSK实现的原理框图 三、RFID编码、调制与数据校验27v脉冲调制 vFSK解调 FSK解调电路原悝图
三、RFID编码、调制与数据校验28v脉冲调制 vFSK解调工作原理如下： v v 触发器D1将输入FSK信号变为窄脉冲触 发器D1采用74HC74，当端为高时FSK上跳沿 将Q端置高，但由于此时为低故CL端为低，又 使Q端回到低电平Q端的该脉冲使十进计数器 4017复零并可重新计数。 三、RFID编码、调制与数据校验29v脉冲调制 vPSK1和PSK2
采用PSK1调制时若在数据位的起始处出现上升沿或下 降沿（即出现1，0或01交替），则相位将于位起始处跳 变180°。而PSK2调制时相位在数据位为1時从位起始处 跳变180°，在数据位为0时则相位不变。 三、RFID编码、调制与数据校验30vPSK调制电路 选择相位法电路框图 三、RFID编码、调制与数据校验313 编碼和调制 vPSK解调电路
v阅读器能正确将PSK调制信号变换为NRZ码 的关键32v 设PSK信号的数据速率为fc/2（fc为射频载 波频率值125 kHz），则加至解调器的PSK信号 是125 kHz/2=62.5 kHz的方波信号该PSK信 号进入解调器后分为两路：一路加至触发器D3的 时钟输入端（CLK），触发器D3是位值判决电路 ；另一路用于形成相位差为90°的基准信号。触
发器D3的D输入端加入的是由125 kHz载波基准 形成的62.5 kHz基准方波信号这样，若触发器 的D3的时钟与D输入端两信号相位差为90°（或 相位差不偏至0°或180°附近），则触发器D3的 Q端输出信号即为NRZ码可供微控制器MCU读 入。 三、RFID编码、调制与数据校验33PS K 解 调 电 路 的 相 关 波 形
三、RFID编码、调制与数据校验34v副载波与副载波调制解调 vTYPE A中的副载波调制 标准帧的结构 副载波调制波形 三、RFID编码、调制与数据校验35v副载波与副载波调制解调 vTYPE B中的副载波调制 ： v v 位编码采用不归零NRZ编码副载波调制 采用BPSK方式，逻辑状态的转换用副载波相移 180°来表示，θ0表示逻辑1，θ0＋180°表示逻
辑0副载波頻率fs=847 kHz，数据传输速率为 106 kbps 三、RFID编码、调制与数据校验36v副载波与副载波调制解调 vTYPE B中的副载波调制 ： v v 数位的副载波调制加负载调制 三、RFID编码、調制与数据校验37vTYPE A中的副载波解调 v相干解调（同步解调 ） v非相干解调 v ASK调制时，其包络线与基带信号成正比
因此采用包络检波就可以复现基帶信号，这种 方法无须同频同相的副载波基准信号三、RFID编码、调制与数据校验38v正弦波调制 v正弦振荡的载波信号 v调幅 v调制信号 v v产生的调幅波 v设上式v(t)的相位角φ=0 积化和差 三、RFID编码、调制与数据校验39v振幅调制模型v调幅波的频域 三、RFID编码、调制与数据校验40v脉冲调幅波
三、RFID编码、调淛与数据校验41v数字调制ASK方式的实现 v国际标准ISO 14443的负载调制测试用的 PICC电路 三、RFID编码、调制与数据校验42v数字调制ASK方式的实现 v国际标准ISO 14443的负载调制測试用的 PICC电路v
媒体/展会合作QQ：
粤ICP备号-21 版权所囿?深圳市物联传媒有限公司
