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生活中的物联网技术应用-第四讲_图文

生活中的物联网技术应用

传感器的作用
人机系统的机能对应关系
人 体 系 统

外 界 信 息

感 官

人 脑

肢 体

传感器
“机电五官”

计算机
机 器 系 统

执行器

传感器定义与组成
传感器是一种检测装置,能够探测、感受外界的信号、 物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾),并能将检测 感受到的信息按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信 息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控 制等要求,它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 国家标准GB7665—1987对传感器(Transducer/Sensor) 下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定规律转 换成可用输出信号的器件或装置。”

传感器定义与组成
传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。

(1) 敏感元件:是直接感受被测量,并且输出与被测量成确定关系的元件。 (2) 转换元件:又称变换器,能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电路 参量的器件,它是传感器的核心部分。 (3) 转换电路:能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和 控制的有用电信号的电路。 (4)辅助电路:通常包括电源等。

传感器的分类
按照物理原理分类:

★电参量式传感器:电阻式、电 ★热电式传感器:热电偶、 热电阻; 感式、电容式等; ★磁电式传感器:磁电感应式、 ★波式传感器:超声波式、 微波式等; 霍尔式、磁栅式等; ★压电式传感器:声波传感器、 ★射线式传感器:热辐射式、 γ射线式; 超声波传感器; ★光电式传感器:一般光电式、 ★半导体式传感器:霍耳器 光栅式、激光式、光电码盘式、 件、热敏电阻; 光导纤维式、红外式、摄像式等;★其他原理的传感器:差动 ★气电式传感器:电位器式、应 变压器、振弦式等。 变式;

第四讲 物联网标识与识别技术
4.1 条形码技术 4.2 射频识别技术 4.3 其他识别技术

物联网标识和识别技术概述
物联网标识与识别技术用于实现识别物 体本身的存在,获取被识别物体的相关信 息,作用是对物体进行识别和跟踪。
包括: 条形码识别 ——商品标签 磁条卡识别 ——银行卡、电话卡、收费卡 IC卡识别 ——社保卡、手机SIM卡 生物识别 ——语音识别、指纹识别、脸部识别

光学识别

——扫描仪的文字识别

射频识别——公交卡、身份证

4.1 条形码技术
条形码是一种信息图形化表示方法,可以把信息制作成 条形码,然后用相应的扫描设备把其中的信息输入到计算机 中。

条形码分为一维条码和二维条码 。

4.1.1 一维条形码 一维条形码或者条码(barcode)是将宽度不等的 多个黑条和空白,按一定的编码规则排列,用以表达 一组信息的图形标识符。 常见的一维条形码是由黑条(简称条)和白条( 简称空)排成平行线图案。 条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品 名称、生产日期以及图书分类号、邮件起止地点、类 别、日期等信息。

4.1.1 一维条形码

4.1.1 一维条形码 通常一维条形码所能表示的字符集不过 10 个数 字、26个英文字母及一些特殊字符,条码字符集最 大所能表示的字符个数为128个ASCII字符,信息量 非常有限,因此二维条形码诞生了。

4.1.2 二维条形码 二维条形码是在二维空间水平和竖直方向存储 信息的条形码。它的优点是信息容量大,译码可靠 性高,纠错能力强,制作成本低,保密与防伪性能 好。 以常用的二维条形码PDF417码为例,可以表示 字母、数字、ASCII字符与二进制数;该编码可以表 示 1850 个字符 / 数字, 1108 个字节的二进制数, 2710 个压缩的数字;PDF417码还具有纠错能力。

4.1.2 二维条形码 例如, 2009 年 12 月 10 日,铁道部对火车票进行了 升级改版。新版火车票明显的变化是车票下方的一维 条码编程二维防伪条码,火车票的防伪能力增强。

二维条形码

二维条形码 ——可以存储更多的信息

条形码技术
条形码识别最大缺点: 只能识别一“类”商品,不能识别一“件”商品。 例如:同一种牛奶盒上的条形码到处都一样,无 法获取某一盒牛奶的信息。 没有做到 “一物一码”,无法实现产品的实时追 踪。

第四讲 物联网标识与识别技术
4.1 条形码技术 4.2 射频识别技术 4.3 其他识别技术

4.2 射频识别技术
射频识别的英文全称为 Radio Frequency Identification,

简称 RFID ,常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非
接触卡、电子条码等等,俗称电子标签。 RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,主要用

来为各种物品建立唯一的身份标识,是物联网的重要支持技
术。

磁卡、ID卡、IC卡、RFID?

接触式磁条卡
银行卡、证券、保险、 超市、电话卡、收费卡、 预约卡、门票、储蓄卡、 信用卡等。

接触式 IC卡
芯片与内部电路接通, 然后进行操作。

IC 卡插入阅读器,将

集成电路

非接触式 IC卡

公交卡
把 IC卡靠近阅读器,不必 接触,信息就可以进行交换。
“IC卡”内部并无电池, 它是怎么工作的?

公交卡的识别系统由

11110101

阅读器和 IC卡组成。
每 张 IC 卡 都 有 自 己 唯 一的识别码。
01011001

电磁波

10110010

阅读器 询问

IC卡 应答

公交卡工作原理
集成电路芯片
感应天线

发射电磁波

阅读器

天线感应到电磁波后获得 能量,电路开始工作。 与阅读器进行通信联系 后进入休眠状态,不会重 复读卡。

IC卡本身没有电源。当



阅读器完成对应操作, 并发“嘟”声结束。

磁卡
磁卡是一种磁记录介质卡片,是利用磁性载体记 录了一些信息,用来标识身份或其它用途的卡片。

磁卡
磁卡工作原理:磁卡以一定的速度通过装有线圈的 工作磁头,磁卡的的外部磁力线切割线圈,在线圈中产 生感应电动势,从而传输了被记录的信号。当然,也要 求在磁卡工作中被记录信号有较宽的频率响应、较小的 失真和较高的输出电平。

磁卡应用系统的构成要素
一个标准的磁卡应用系统通常包括:磁卡、磁卡接口设备(磁卡读 写器)、PC机,较大的系统还包括通信网络和主计算机等,如下 图所示:
磁卡 磁卡读写器

IC卡
IC卡(全称:Integrated Circuit Card集成电路卡)是 继磁卡之后出现的又一种新型信息工具 ,它是将一个微电 子芯片嵌入符合 ISO 7816标准的卡基中,做成卡片形式, 通过在集成电路芯片上写的数据来进行识别的,也叫做智 能卡(smart card)。

IC卡的内部结构
由集成电路芯片、天 线和外部封装构成。

IC卡的分类和特点
根据读写方式的不同可将 IC 卡分为接触式IC卡和非接触式IC卡两种 类型。 常见的非接触式智能卡(又称:射频卡)分为两类:一种只能记录卡 上序列号,此卡芯片不能改写数据,属于“只读卡”,也叫ID卡;一种除 了卡上序列号外,还能存储和改写数据,属于“可读写卡”,也称IC卡。 ID卡全称身份识别卡(Identification Card),是一种不可写入的感应卡, 含固定的编号。ID卡即为THRC12/13只读式非接触IC卡,它靠读卡器感应 供电并读出存储在芯片EEPROM中的唯一卡号,卡号在封卡前一次写入, 封卡后不能更改。

IC卡与ID卡的区别
由于ID卡只有卡上序列号,不能写入数据,其作用主要是表明持卡人独一性 身份,但是相对成本低廉,能广泛适用于身份识别系统(如门禁系统、考勤系统 等),在保持网络实时通讯的前提下,也比较适合机关团体和企事业单位福利性质 的消费系统,其工作状态和系统运行机制等同于目前银行磁卡系统。ID卡用于消费 系统的系统中比较突出的缺陷在于,系统运行对于网络通讯和上位机数据过于依赖。 通讯中断意味着消费系统的交易不能进行,极端情况(比如系统主机或者服务器数 据损坏),持卡人的帐户将有无法恢复的隐患。

IC卡与ID卡的区别
将IC卡应用于收费管理系统时,由于IC卡数据是根据刷卡交易进行改写的,系 统对于持卡人的数据安全具备比较强的保证,即便是网络通讯中断,甚至系统服务 器数据完全损坏,只要卡上数据处于完好,那么持卡人的数据恢复就并不困难,对 于持卡的权益而言具备更好的保证。IC卡系统用于消费系统相对与ID卡系统而言, 成本略高。同时,由于卡本身有独立数据,在统一管理用户帐户时,系统对于需要 统一修改用户帐户必须要求用户卡与系统进行数据交换才能完成,对于福利性质的 消费系统而言不如ID卡系统管理便捷。

IC卡应用系统的构成要素
一个标准的IC卡应用系统通常包括:IC卡、IC卡接口设备(IC卡读 写器)、PC,较大的系统还包括通信网络和主计算机等,如下图所 示:

IC卡
IC卡工作原理:射频读写器向 IC卡发一组 固定频率的电磁波,卡片内有一个 IC 串联协振 电路,其频率与读写器发射的频率相同 ,这样在 电磁波激励下,LC协振电路产生共振,从而使 电容内有了电荷;当所积累的电荷达到 2V时, 此电容可作为电源为其它电路提供工作电压, 将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。

阅读器发射电磁波
感应天线L
频率为 13.56MHZ 的电磁波



C

询 问

滤波

放大

解调

微机芯片

阅读器是一台发射器,向外发射电磁波, “询问”附近的IC卡。如有多张IC卡同时应 答,则分别处理。

IC卡将电磁波转化为能量
C1

I
+ C2 - 集成电路 芯片

应 答 电磁波 卡的类别; 本卡代码; 感应天线L 乘车时间; 剩余金额;

2V

流,经二极管整流,在C2两端产生2V电压供芯 片工作,并向阅读器报告本卡的相关信息。

IC卡的天线接收到电磁波,并产生感应电

阅读器读取卡片的信息
感应天线


免于扣款; 部分扣款; 全额扣款;

IC卡的信息 扣 款

滤波

放大

解调

微机芯片

阅读器接收来自IC卡的数据信号,并 发出操作指令(应答或者对IC卡扣款)。

4.2射频识别技术
4.2.1射频识别技术概述

RFID是 Radio Frequency Identification的缩写,即 射频识别。无线射频识别技术是 20 世纪 90 年代开始兴 起的一种自动识别技术,射频识别技术是一项利用射 频信号通过空间耦合 ( 交变磁场或电磁场 ) 实现无接触 信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。 RFID常称为感应式电子芯片或近接卡、感应卡、 非接触卡、电子标签、电子条码等。

4.2射频识别技术
4.2.2 射频识别工作原理

一套完整的RFID系统由读写器和电子标签两部分 组成,其工作原理为:由读写器发射一特定频率的无 限电波能量给电子标签,用以驱动电子标签的电路将 内部的ID Code送出,此时读写器便接收此 ID Code。 电子标签的特殊之处在于免用电池、免接触、免刷卡, 故不怕脏污,且芯片密码为世界唯一,无法复制,安 全性高、寿命长。

射频识别系统

芯片

滤波

放大

解调

计算机

阅读器

电子标签

4.2射频识别技术
4.2.3 RFID系统组成

射频识别系统至少应包括两个部分,一是读写器, 二是电子标签(或称射频卡、应答器等);以及作为服务 器的计算机。其中,电子标签中包含RFID芯片和天线。

RFID 的系统组成

3.1.4 RFID的组成和工作原理 1)电子标签
电子标签也称应答器,是一个微型的无线收发 装置,主要由内置天线和芯片组成。芯片中存储能 够识别目标的信息,当读写器查询时它会发射数据 给读写器。

3.1.4 RFID的组成和工作原理

1)电子标签

RFID电子标签是射频识别系统的数据载体,电子标 签由标签天线和标签专用芯片组成,每个标签具有唯一 的电子编码,附着在物体上标识目标对象。

RFID标签 内部结构图

1)电子标签——类型

3.1.4 RFID的组成和工作原理
2)读写器(阅读器,Reader)

读写器是一个捕捉和处理 RFID标签数据的设备,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,因此称为 读写器。

2)读写器 (阅读器, Reader) 3.1.4 RFID 的组成和工作原理
读写器一般由天线,耦合元件,芯片组成,读 取(有时还可以写入)标签信息的设备,可设计为 手持式rfid读写器(如:C5000W)或固定式读写器。

3.1.4 RFID 的组成和工作原理 4.2.4 RFID 技术分类 1.RFID技术的分类 RFID技术可依据电子标签的供电方式、工作频率、 可读性和工作方式进行分类。 1) 根据电子标签的供电方式分类 RFID的电能消耗是非常低的(一般是1/100 mW级别)。 按照电子标签获取电能的方式不同,电子标签可分成有 源式电子标签、无源式电子标签和半有源式电子标签三 种。

3.1.4 RFID 的组成和工作原理 4.2.4 RFID 技术分类
(1) 有源式电子标签。有源式电子标签通过标签自带 的内部电池进行供电,其电能充足,工作可靠,信号传 送距离远。有源式电子标签的缺点主要是价格高,体积 大,使用寿命受到限制,而且随着电子标签内电池电力 的消耗,数据传输的距离会越来越小,影响系统的正常 工作。

3.1.4 RFID RFID 的组成和工作原理 4.2.4 技术分类

(2) 无源式电子标签。无源式电子标签的内部不带电 池,需靠外界提供能量才能正常工作。无源式电子标签 典型的产生电能的装置是天线与线圈,当电子标签进入 系统的工作区域,天线接收到特定的电磁波时,线圈就 会产生感应电流,再经过整流并给电容充电,电容电压 经过稳压后可作为工作电压。无源式电子标签具有永久 的使用期,常用于需要每天读写或频繁读写信息的场合。 无源式电子标签的缺点主要是数据传输的距离要比有源 式电子标签短,所以需要敏感性比较高的信号接收器才 能可靠识读。

无源RFID产品
无源RFID产品发展最早,也是发展最成熟,市场应用 最广的产品。比如,公交卡、食堂餐卡、宾馆门禁卡、二 代身份证等,这个在我们的日常生活中随处可见,属于近

距离接触式识别类。其产品的主要工作频率有低频125KHZ
、高频13.56MHZ、超高频433MHZ,超高频915MHZ。

门禁卡

公交卡

身份证

4.2.4 RFID技术分类 3.1.4 RFID的组成和工作原理 (3) 半有源式电子标签。半有源式电子标签内的电 池仅对标签内要求供电维持数据的电路供电或者为标 签芯片工作所需的电压提供辅助支持,为本身耗电很 少的标签电路供电。标签未进入工作状态前,一直处 于休眠状态,相当于无源式电子标签,标签内部电池 能量消耗很少,因而电池可维持几年,甚至长达10年 有效。当标签进入读写器的读取区域,受到读写器发 出的射频信号激励而进入工作状态时,电子标签与读 写器之间信息交换的能量支持以读写器供应的射频能 量为主(反射调制方式),标签内部电池的作用主要在 于弥补标签所处位置的射频场强不足,标签内部电池 的能量并不转换为射频能量。

半有源RFID产品
半有源 RFID 产品,结合有源 RFID 产品及无源 RFID 产品的优 势,在低频125KHZ频率的触发下,让微波2.45G发挥优势。半有 源 RFID 技术,也可以叫做低频激活触发技术,利用低频近距离 精确定位,微波远距离识别和上传数据,来解决单纯的有源

RFID 和无源 RFID 没有办法实现的功能。简单的说,就是近距离
激活定位,远距离识别及上传数据。可在各种恶劣环境下自由 工作,短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境,可 以替代条码,例如用在工厂的流水线上跟踪物体;长距射频产 品多用于交通上,识别距离可达几十米,如自动收费或识别车

辆身份等。

半有源RFID产品

基于半有源RFID技术老人院区域定位管理系统

3.1.4 RFID 的组成和工作原理 4.2.4 RFID 技术分类
2) 根 据 电 子 标 签 的 工 作 频 率 分 类
电子标签的工作频率也就是射频识别系统的 工作频率,是其最重要的特点之一。电子标签的 工作频率决定着射频识别系统的工作原理 ( 电感 耦合还是电磁耦合 ) 、识别距离、电子标签及读 写器实现的难易程度和设备的成本。工作在不同 频段或频点上的电子标签具有不同的特点。射频 识别应用占据的频段或频点在国际上有公认的划 分,即位于ISM波段,可分为低频段、中高频段 和超高频与微波频段电子标签,典型的工作频率 有125?kHz、133?kHz、13.56 MHz、27.12 MHz、 433 MHz 、 902 ~ 928 MHz 、 2.45 GHz 、 5.8 GHz等。

(1)低频—主要规格125KHz到135KHz
该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作, 也就是在读 写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用。通过读写器 交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流,可作供电电 压使用。 磁场区域能够很好的被定义,但是场强下降的太快。 低频的最大优点在于其标签靠近金属或液体的物品能够有效 发射讯号,不像其他较高频率标签的讯号会被金属或液体反射 回来,但缺点是读取距离短、无法同时进行多标签读取以、及 资讯量较低,一般应用于门禁系统、动物晶片、汽车防盗器和 玩具等。

? 特性:
?1. ?2. ?3.

工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz ,TI的工作频率为134.2KHz。该频段的波长大约为2500m. 除了金属材料影响外,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。

?4.低频产品有不同的封装形式。好的封装形式就是价格太贵

,但是有10年以上的使用寿命。
?5.虽然该频率的磁场区域下降很快,但是能够产生相对均匀

的读写区域。
?6. 相对于其他频段的 RFID 产品,该频段数据传输速率比较

慢。
?7.感应器的价格相对与其他频段来说要贵。

主要应用
01
畜牧业的管理 系统

02

汽车防盗和无 钥匙开门系统 的应用

03
马拉松赛跑系统 的应用

自动停车场收 04 费和车辆管理 系统

05

自动加油系统 的应用

06
门禁和安全管 理系统

(2)高频—主要规格HF 13.56 MHz
在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制,可以通过腐蚀 或者印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式进 行工作。也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读 写器天线上的电压发生变化,实现用远距离感应器对天线电压 进行振幅调制。如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开, 那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。
常见的主要规格有13.56MHz; ● ISO-14443A Mifare和ISO-15693; ●电子卷标都是被动式感应耦合,读取距离约10-100公分; ●优点在于传输速度较快且可进行多标签辨识; ●缺点是于环境干扰较为敏感,在金属或较潮湿的环境下,读取率较低; ●应用于门禁系统、悠游卡、电子钱包、图书管理、产品管理、文件管理、 栈板追踪、电子机票、行李卷标; ●技术最成熟且应用和市场也最广泛且接受度高;

? 特性:
?1.

工作频率为13.56MHz,该频率的波长大概为22m。

?2.

除了金属材料外,该频率的波长可以穿过大多数的材料, 但是往往会降低读取距离。标签需要离开金属 4mm 以上距 离,其抗金属效果在几个频段中较为优良。 该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。
感应器一般以电子标签的形式。

?3. ?4.

?5.该系统具有防冲撞特性,可以同时读取多个电子标签。

?6.可以把某些数据信息写入标签中。
?7.数据传输速率比低频要快,价格不是很贵。

? 主要应用:
1 2

图书管理系统的应用
服装生产线和物流系统的管理和应用 酒店门锁的管理和应用 固定资产的管理系统 医药物流系统的管理和应用

CONTENTS

3
4 5 6

智能货架的管理等等

高频HF防伪管理: 运用最新RFID专利技术 可以纪录个人学籍数据或产品制造商讯息 配合专用读码机制,可杜绝各种仿冒,有效达到防伪效果

高频HF病患识别: 减少数据流,减少错误率 改变操作模式,缩短操作时间 及时准确提供病史,随时掌握病患最新情况

(3)超高频-UHF 860MHz到960MHz之间
超高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是 很快,但是读取的区域不是很好进行定义。该频段读取距离比 较远,无源可达10m左右。主要是通过电容耦合的方式进行实 现。
常见的主要规格有430~460MHz、860~960Mhz; ●ISO-18000、EPC Gen2; ●电子卷标都是被动式天线可采用蚀刻或印刷的方式制造,因此成本较低, 读取距离约5-6公尺; ●优点在于读取距离较远、信息传输速率较快,而且可以同时进行大数量 标签的读取与辨识,目前已成为市场的主流; ●缺点是在金属与液体的物品上的应用较不理想; ●应用于航空旅客与行李管理系统、货架及栈板管理、出货管理、物流管 理、货车追踪、供应链追踪; ●技术门坎高是未来发展的主流且EPC Gen2是美国主推;

? 特性:
?1.

在该频段,全球的定义不是很相同-欧洲和部分亚洲定义的 频率为868MHz,北美定义的频段为902到905MHz之间,在日 本建议的频段为 950到 956之间。该频段的波长大概为 30cm 左 右。 该频段功率输出没有统一的定义(美国定义为4W,欧洲定义 为500mW,可能欧洲限制会上升到2W EIRP。 超高频频段的电波不能通过许多材料,特别是金属,液体 ,灰尘,雾等悬浮颗粒物质,可以说环境对超高频段的影响 是很大的。 两种设计,满足不同应用的需求。

?2. ?3.

?4.电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化

?5.
?6.

该频段有好的读取距离,但是对读取区域很难进行定义。

有很高的数据传输速率,在很短的时间可以读取大量的电 子标签。

? 主要应用:

01
供应链上的管理 和应用

02
生产线自动化的管 理和应用

03
航空包裹的管理和 应用

04
集装箱的管理和 应用

05
铁路包裹的管理和应 用

06
后勤管理系统的应 用

4.2.4 RFID 技术分类 3.1.4 RFID的组成和工作原理
3) 根据电子标签的可读性分类 根据使用的存储器类型,可以将电子标签分成只读 (Read Only,RO)、可读可写(Read and Write,RW)和一次写入多次 读 出 (Write Once Read Many , WORM) 三 种 电 子 标 签 。 (1) 只读电子标签。只读电子标签内部有只读存储器(Read Only Memory,ROM)。ROM中存储有电子标签的标识信息。 这些信息可以在电子标签制造过程中由制造商写入 ROM中,电 子标签在出厂时,即已将完整的电子标签信息写入电子标签。 在这种情况下应用时,电子标签一般具有只读功能。也可以在 电子标签开始使用时由使用者根据特定的应用目的写入特殊的 编码信息。

3.1.4 RFID的组成和工作原理

4.2.4 RFID 技术分类 3.1.4 RFID的组成和工作原理

4) 根据电子标签的工作方式分类

根据电子标签的工作方式,可将RFID分为被动式、主动式 和半主动式三种。一般来讲,无源系统为被动式,有源系统为 主动式。 (1) 主动式电子标签。一般来说主动式RFID系统为有源系 统,即主动式电子标签用自身的射频能量主动地发送数据给读 写器,在有障碍物的情况下,只需穿透障碍物一次。由于主动 式电子标签自带电池供电,因此其电能充足,工作可靠性高, 信号传输距离远。其主要缺点是标签的使用寿命受到限制,而 且随着标签内部电池能量的耗尽,数据传输距离越来越短,从 而影响系统的正常工作。

(2) 被动式电子标签。被动式电子标签必须利用读写器的 载波来调制自身的信号,标签产生电能的装置是天线和线圈。 电子标签进入RFID系统工作区后,天线接收特定的电磁波, 线圈产生感应电流供给电子标签工作,在有障碍物的情况下, 读写器的能量必须来回穿过障碍物两次。这类系统一般用于 门禁或交通系统中,因为读写器可以确保只激活一定范围内 的电子标签。 (3) 半主动式电子标签。在半主动式RFID系统里,电子标 签本身带有电池,但是电子标签并不通过自身能量主动发送 数据给读写器,电池只负责对电子标签内部电路供电。电子 标签需要被读写器的能量激活,然后才通过反向散射调制方 式传送自身数据。

2.RFID系统的分类 根据RFID系统完成的功能不同,可以粗略地把RFID系 统分成四种类型,即EAS系统、便携式数据采集系统、网络 系统和定位系统。 1) ?EAS系统 EAS(Electronic Article Surveillance)是一种设置在需要 控制物品出入的门口的 RFID技术。这种技术的典型应用场 合是商店、图书馆、数据中心等地方,当未被授权的人从 这些地方非法取走物品时, EAS 系统会发出警告。在应用 EAS技术时,首先在物品上黏附EAS标签,当物品被正常购 买或者合法移出时,在结算处通过一定的装置使EAS标签失 活,

物品就可以取走。物品经过装有 EAS系统的门口时,EAS 装 置能自动检测标签的活动性,发现活动性标签 EAS系统会发 出警告。典型的EAS系统一般由三部分组成:附着在商品上 的电子标签(即电子传感器)、电子标签灭活装置(以便授权商 品能正常出入)和监视器(在出口造成一定区域的监视空间)。

EAS系统的工作原理是:在监视区,发射器以一定的频率 向接收器发射信号。发射器与接收器一般安装在零售店、图 书馆的出入口,形成一定的监视空间。当具有特殊特征的标 签进入该区域时,会对发射器发出的信号产生干扰,这种干 扰信号也会被接收器接收,再经过微处理器的分析判断,就 会控制警报器的鸣响。根据发射器所发出的信号不同以及标 签对信号干扰原理的不同,EAS可以分成多种类型。EAS技术 最新的研究方向是标签的制作,人们正在讨论EAS标签能不能 像条码一样,在产品的制作或包装过程中加进产品,成为产

品的一部分。

2) 便携式数据采集系统
便携式数据采集系统是使用带有RFID阅读器的手持式数 据采集器采集RFID标签上的数据。这种系统具有比较大的灵 活性,适用于不宜安装固定式RFID系统的应用环境。手持式 阅读器( 数据输入终端 ) 可以在读取数据的同时,通过无线电 波数据传输方式(RFDC)实时地向主计算机系统传输数据,也 可以暂时将数据存储在阅读器中,再一批一批地向主计算机 系统传输数据。

3) 物流控制系统
在物流控制系统中,固定布置的 RFID阅读器分散布置 在给定的区域,并且阅读器直接与数据管理信息系统相连, 信号发射机是移动的,一般安装在移动的物体、人上面。当 物体、人经过阅读器时,阅读器会自动扫描标签上的信息并 把数据信息输入数据管理信息系统存储、分析、处理,达到

控制物流的目的。

4) 定位系统
定位系统用于自动化加工系统中的定位以及对车辆、轮 船等进行运行定位支持。阅读器放置在移动的车辆、轮船上 或者自动化流水线中移动的物料、半成品、成品上,信号发 射机嵌入操作环境的地表下面。信号发射机上存储有位置识 别信息,阅读器一般通过无线方式或者有线方式连接到主信 息管理系统。

RFID技术的 应用

电子标签

将电子标签附着在 商品上,通过射频识 别技术对商品进行自 动识别。

条形码只能识别某一 “类”产品,无法识别某 一“件”产品。 而在现代物流业,需 要对产品进行唯一的识别, 并追踪供应链上的每一件 单品。 电子标签的芯片面 积不足1平方毫米, 但它的容量巨大,可 以提供几百亿个电子 编码供选用。

00101011

01001101

01101010

通俗地说, 现在:每一类商品一个代码; 将来:每一件商品一个代码;

10010101

01010111

10101010

这意味着:利用互联网以及全球统一 标识编码,可以给每个实体唯一的代码, 以便跟踪它的整个生命周期,从而实现

全球物品信息实时共享的“物联网 ”。

10010101

数据库 大米:友谊农场种

植、1月10日收割、 网 络 2月15日分装 电子标签存储的仅是商品的代码, 01011001 不含其它信息。 实际使用时,阅读器读取电子标 大米:建设农场种 植、1月21日收割、 签的代码并输入计算机,然后通过网 2月20日分装 络,在数据库中查寻该代码对应的商 10110010 品数据,再将信息回传给顾客。

电子标签是否 存储商品的全部信息? 大米:龙江农场种

植、1月29日收割、 2月27日分装

读取代码,查询信息

射频识别技术的特点
每件商品都有 产品电子标签

(1)可识别单件产品; (2)非接触,透过外 包装读取数据; (3)存储的信息量大; (4)构成网络环境; (5)同时识别多个

对象。

案例识读与分析

RFID图书 管理系统

案例识读与分析

案例识读与分析
RFID防伪技术在二代身份证上的应用

带有RFID芯片的第二代身
份证及读写设备

案例识读与分析-电 子 护 照

电子护照内的非接触式晶片,载 有持证人的个人资料及容貌影像。 电子护照具有“基本读取控制” 功能,可预防未经授权的信息读取 行为。

门禁卡

小区大门

射频识别

(RFID)

宾馆房门

射频识别(RFID)

电子标签

动物出生便贴上标签,从 而实现鸡、鸭、牛、羊、猪 从出生到餐桌的全程跟踪。

案例识读与分析
ETC不停车收费系统
电子收费系统

通过车载电子标 签与收费站的天线进 行微波通讯,系统根 据车型和车牌号自动 收取费用,并通过网 络与银行系统进行结 算,从而实现车辆不 停车收费。

雷达模型

案例识读与分析
景点导游器

4.2.5 RFID技术的应用
1、RFID在服装行业的应用

RFID技术在服装行业的应用越来越收到服装企业主的 重视,通过RFID技术提供供应链管理的透明度,提高库存 转转率,减少缺货损失,提升门店的消费体验. 通过RFID技 术基本上为服装行业带来四大类的利益: 1. 快:物流效率快,货品交接点数快,提高物流作业效 率 2 .准:数据准,在供应链的各个环节对服装的流通数据 采集准确 3. 防:通过嵌入RFID芯片到服装内部,实现防窜货和 防伪功效,而且还提高物流效率。 4. 服务:通过RFID智能商店,提高消费者体验,通过 互动,更多商品的展示,快速响应消费者需求来提高服务水 平,提升门店销售额。

3. 3.4 RFID技术的应用
1、RFID在服装行业的应用

3. 3.4 RFID技术的应用
2、在食品监管的应用

在食品供应链中将全面运用RFID电子标签技术,实现 食品的安全信息全程溯源。进入园区的蔬菜、水果、水产品、 蛋等初级产品及配送的餐饮半成品等,包装袋上都将戴上 RFID标签,这个标签会储存种植养殖企业或生产单位、品 名、产地、生产日期、保质期等信息,在专供食品的物流货 车上也配备相应的RFID设备,对装载冷藏、冷冻食品的车 辆配备RFID等温度连续监控设备。在食品进入园区时,工 作人员通过手持式RFID读取器,就能在现场快速追溯食品 和原料的来源。

3. 3.4 RFID技术的应用
2、在食品监管的应用

3. 3.4 RFID技术的应用
3、在医疗领域的应用——移动查房

患者入院后,佩带有RFID芯片的手环,其中记录着病 人的编号、姓名、出生日期、性别以及既往病史等基本信息。 医护人员巡房时,携带具有RFID阅读功能的PDA,通过无 线网络与HIS进行信息交换。护士根据患者的标签确定患者 身份,同时在执行医嘱时实现药品等的确认,并将医嘱由谁 执行、医嘱何时执行和患者体征数据等通过PDA录入到HIS 当中。

3、在医疗领域的应用——新生儿安全管理

婴儿出生时,将一个RFID标签粘贴在一个柔软的纤维 带上,通过固定器缠绕在婴儿前臂或脚上。婴儿的健康记录、 出生日期、时间及父母姓名等信息被输入安装在中心服务器 上的系统,接着员工采用一台RFID阅读器读取分配给该婴 儿的ID码,将ID码与存储在软件里的数据相对应。如果有婴 儿靠近出口或有人企图移去婴儿安全带时,系统会发送警报。

第四讲 物联网标识与识别技术
4.1 条形码技术 4.2 射频识别技术 4.3 其他识别技术

4.3.1 光学字符识别技术
光学字符识别OCR (Optical Character Recognition) 技术,是指电子设备(例如扫描仪或数码相机)检查纸上打 印的字符,通过检测暗、亮的模式确定其形状,然后用字符 识别方法将形状翻译成计算机文字的过程; 即,对文本资料进行扫描,然后对图像文件进行分析处 理,获取文字及版面信息的过程。

4.3.1 光学字符识别技术
一个 OCR识别系统,从影像到结果输出,须经 过影像输入、影像前处理、文字特征抽取、比对识 别、最后经人工校正将认错的文字更正,将结果输 出。OCR识别系统的工作流程如下:

4.3.1 光学字符识别技术
OCR识别系统的工作流程 1. 影像输入 2. 影像前处理

3. 文字特征抽取
5. 对比识别 7. 人工校正

4. 对比数据库
6. 字词后处理 8. 结果输出

手写汉字识别

4.3.2 语音识别技术
语音识别技术,也被称为自动语音识别 ( Automatic Speech Recognition, ASR),其目标是 将人类的语音中的词汇内容转换为计算机可读的输 入,例如按键、二进制编码或者字符序列。
语音识别技术的应用包括语音拨号、语音导航、 室内设备控制、语音文档检索、简单的听写数据录 入等。

4.3.2 语音识别技术
语音识别技术所涉及的领域包括:信号处理、 模式识别、概率论和信息论、发声机理和听觉机理、 人工智能等等。 语音识别技术主要包括特征提取技术、模式匹 配准则及模型训练技术三个方面。

4.3.3 生物计量识别技术
生物识别技术就是,通过计算机与光学、声学、生物传 感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合,利用人体固 有的生理特性,(如指纹、脸像、红膜等)和行为特征(如 笔迹、声音、步态等)来进行个人身份的鉴定。 生物识别技术比传统的身份鉴定方法更具安全、保密和 方便性。

4.3.3 生物计量识别技术
1. 基于生理特征的识别技术 ⑴ 指纹识别

指纹识别技术是通过取像设备 读取指纹图像,然后用计算机 识别软件分析指纹的全局特征 和指纹的局部特征,可以非常 可靠地通过指纹来确认一个人 的身份。
指纹识别技术

4.3.3 生物计量识别技术
⑵ 虹膜识别
虹膜识别技术是利用虹膜终身不变性和差异性的特点来识 别身份的,虹膜是一种在眼睛中瞳孔内的织物状的各色环状 物,每个虹膜都包含一个独一无二的基于水晶体、细丝、斑 点、凹点、皱纹和条纹等特征的结构。 和常用的指纹识别相比,虹膜识别技术操作更简便,检验 的精确度也更高。统计表明,到目前为止,虹膜识别的错误 率是各种生物特征识别中最低的,并且具有很强的实用性。

4.3.3 生物计量识别技术
⑶ 视网膜识别
人体的血管纹路也是具有独特性的,人的视网膜上面血管 的图样可以利用光学方法透过人眼晶体来测定。 用于生物识别的血管分布在神经视网膜周围。如果视网膜 不被损伤,从三岁起就会终身不变。 同虹膜识别技术一样,视网膜扫描可能具有最可靠、最值 得信赖的生物识别技术,但它运用起来的难度较大。

4.3.3 生物计量识别技术
⑷ 面部识别 面部识别技术通过对面部特征和它们之间的关系(眼睛, 鼻子和嘴的位置以及它们之间的相对位置)来进行识别,用于 扑捉面部图像的两项技术为标准视频和热成像技术: 标准视频技术通过视频摄像头摄取面部的图像,热成像技 术通过分析由面部的毛细血管的血液产生的热线来产生面部 图像; 与视频摄像头不同,热成像技术并不需要在较好的光源, 即使在黑暗情况下也可以使用。

4.3.3 生物计量识别技术
⑸ 掌纹识别
掌纹与指纹一样也具有稳定性和唯一性,利用掌纹的线 特征、点特征、纹理特征、几何特征等完全可以确定一个人 的身份,因此掌纹识别是基于生物特征身份认证技术的重要 内容 。 目前采用的掌纹图象主要分脱机掌纹和在线掌纹两大类。

4.3.3生物计量识别技术
⑹ 手形识别
手形指的是手的外部轮廓所构成的几何图形。手形识别 技术中,可利用的手形几何信息包括手指不同部位的宽度、 手掌宽度和厚度、手指的长度等。 手形识别是速度最快的一种生物特征识别技术,它对设 备的要求较低,图像处理简单,且可接受程度较高。 由于手形特征不像指纹和掌纹特征那样具有高度的唯一 性,因此,手形特征只用于认证,满足中/低级的安全要求。

4.3.3 生物计量识别技术
⑺ 红外温谱图

人的身体各个部位都在向外散发热量, 而这种散发热量的模式就是一种每人都不 同的生物特征。通过红外设备可以获得反 映身体各个部位的发热强度的图像,这种 图像称为温谱图。
温谱图的数据采集方式决定了利用温 谱图的方法可以用于隐蔽的身份鉴定。 除了用来进行身份鉴别外,温谱图的 另一个应用是吸毒检测,因为人体服用某 种毒品后,其温谱图会显示特定的结构。

4.3.3生物计量识别技术
⑻ 人耳识别

一套完整的人耳自动识别系统一般包括以下几个 过程:人耳图像采集、图像的预处理、人耳图像的 边缘检测与分割、特征提取、人耳图像的识别。 目前的人耳识别技术是在特定的人耳图像库上实 现的,一般通过摄像机或数码相机采集一定数量的 人耳图像,建立人耳图像库,动态的人耳图像检测 与获取尚未实现。

4.3.3生物计量识别技术
⑼ 味纹识别 人的身体是一种味源,人类的气味,虽然会受到 饮食、情绪、环境、时间等因素的影响和干扰,其 成分和含量会发生一定的变化,但作为由基因决定 的那一部分气味 — 味纹却始终存在,而且终生不变, 可以作为识别任何一个人的标记。 可以利用训练有素的警犬或电子鼻来识别不同的 气味。

4.3.3 生物计量识别技术
(10) 基因(DNA)识别

DNA(脱氧核糖核酸)存在于一切有核的动(植)物中, 生物的全部遗传信息都贮存在DNA分子里。
DNA 识别是利用不同的人体的细胞中具有不同的 DNA 分子结构。人体内的DNA 在整个人类范围内具有唯一性和永 久性。因此,除了对双胞胎个体的鉴别可能失去它应有的功 能外,这种方法具有绝对的权威性和准确性。 这种方法的准确性优于其他任何生物特征识别方法, 它 广泛 应用于识别罪犯。

4.3.3生物计量识别技术
2. 基于行为特征的生物识别技术 ⑴ 步态识别

步态识别主要提取的特征是人体每个关节的运动。它也提 供了充足的信息来识别人的身份。
步态识别的输入是一段行走的视频图像序列,因此其数据 采集与脸相识别类似,具有非侵犯性和可接受性。

4.3.3生物计量识别技术
⑵ 击键识别
这是基于人击键时的特性如: 击键的持续时间、 击不同键之间的时间、出错的频率以及力度大小等 而达到进行身份识别的目的。击键方式是一种可以 被识别的动态特征。

4.3.3生物计量识别技术
⑶ 签名识别
将签名数字化是这样一个过程:测量图像本身 以及整个签名的动作 — 在每个字母以及字母之间的 不同的速度、顺序和压力。签名识别易被大众接受, 是一种公认的身份识别的技术。

4.3.3生物计量识别技术
3. 兼具生理特征和行为特征的声纹识别

识别时需要说话人讲一句或几句试验短句,对它 们进行某些测量,然后计算量度矢量与存储的参考矢 量之间的一个(或多个) 距离函数。

语音信号获取方便,并且可以通过电话进行鉴别。 语音识别系统对人们在感冒时变得嘶哑的声音比较敏 感;另外,同一个人的磁带录音也能欺骗语音识别系 统。


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