《电子标签RFID防伪系统》设计与实现.docx
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《电子标签RFID防伪系统》设计与实现
《电子标签(RFID)防伪系统》设计与实现
第1章绪论.............................................................................................................................--
1.1RFID技术的简单介绍........................................................................................--
1.2国内外RFID应用现状.........................................................................................--
1.3本课题研究的意义..............................................................................................--
第2章RFID工作原理及应用........................................................................................--
2.1RFID物理学原理..............................................................................................--
2.1.1相关的电磁场基本理论............................................................................--
2.1.2数据传输原理........................................................................................--
2.1.3反向散射调制的能量传输............................................................................--
2.2RFID系统组成及工作原理.........................................................................................--
2.2.1电子标签.............................................................................................--
2.2.2阅读器..................................................................................................--
2.2.3天线..................................................................................................--
2.2.4系统工作原理..............................................................--
2.3RFID种类和规范.........................................................................................--
2.3.1RFID种类............................................................................................--
2.3.2RFID规范.......................................................................................--
2.4RFID应用..........................................................................................................--
2.4.1化妆品应用..............................................................................................--
2.4.2世博会门票................................................................................................--
2.5125KHzRFID阅读器简介.........................................................................................--
第3章车辆防伪系统设计.................................................................................................--
3.1功能说明.....................................................................................................--
3.1.1数据库关系图..............................................................................................--
3.1.2系统流程图...........................................................................................--
3.2数据库设计.......................................................................................................--
3.2.1表结构设计.....................................................................................................--
3.3系统设计.......................................................................................................--
3.3.1系统功能设计................................................................................................--
3.3.2系统界面设计.................................................................................................--
3.3.3mscomm........................................................................................................--
3.4系统与数据库......................................................................................................--
3.4.1系统与数据库的链接..................................................................................--
第4章系统测试....................................................................................................................--
4.1系统测试.....................................................................................................--
4.1.1功能测试.....................................................................................................--
4.1.2性能测试.....................................................................................................--
4.1.3软件是否友好..................................................................................................--
4.2串口测试.................................................................................................................--
4.2.1端口号的问题..................................................................................................--
第5章结论................................................................................................................................--
致谢................................................................................................................................................--
参考文献......................................................................................................................--
第1章绪论
随着RFID防伪技术的探索和应用,不仅将为企业带来直接的经济效益,还将为国家相关管理部门有效的监管企业的生产经营状况,打击和取缔非法生产活动,维护社会秩序稳定,为国民经济持续发展提供有力的技术保障。
同时有利于提高管理效率,降低运作成本。
激光防伪、荧光防伪、磁性防伪、温变防伪、特种制版印刷等是目前通常使用的防伪技术手段,这些技术在一段时间内一定程度上发挥着防伪的作用,但到目前为止上述防伪技术还不完善,未能有效地制止假冒的行为。
1.1RFID技术的简单介绍
无线射频识别技术RFID(RadioFrequencyIdentification)是自动识别技术的一种,它通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别。
RFID应用于防伪是将极小芯片贴在所需防伪的物品上,利用射频技术将芯片内存储的资料传递到系统终端加以辨认,是目前一项研究热点。
它无需直接接触即可完成信息输入和处理,且操作方便快捷。
能够广泛应用于生产、物流、医疗、交通运输和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域。
1.2国内外RFID应用现状
国际射频识别技术发展状况:
射频识别技术在国外发展的很快,RFID产品种类很多,象德州仪表、Motoro1a、Phllips等等世界著名厂家都生产RFID产品,并且它们的产品各有特点,自成系列。
射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域:
汽车、火车等交通监控;高速公路自动收费系统;停车场管理系统;物品管理;流水线生产自动化;安全出入检查;仓储管理;动物管理;车辆防盗等等。
RFID的应用仍在层出不穷。
射频识别技术在我国发展前景:
射频识别技术在中国处于一个刚刚起步的阶段,但是它的发展潜力是巨大的,它的前景非常诱人。
在信息社会,对于各种信息的获取及处理要求快速、准确、在不久的将来RFID技术就将同其它识别技术一样深入我们的生活、改善我们的生活。
对于这样一个新技术,我们应当加强宣传力度,希望能够尽早普及它,利用它,提高我们的工作效率和经济效益。
1.3本课题研究的意义
目前存在很多的黑车牌,克隆车牌的现象一直屡禁不止,不仅损害了消费者的权益,也长期困扰着稽查人员,所以现在迫切需要一种快速,安全,高效,方便的高科技手段来管理车辆。
RFID技术就可以完全实现车牌信息电子信息化,电子防伪标签中存储车辆的资料,当车辆经过每个出入口时,车主身份等就会全部显示出来。
车牌信息电子化是车辆科学化管理的重要组成部份,它具有无线传输,易操作,防伪性好,不易假冒等优点,随着我国经济飞跃发展,车辆日益增多,必需用高科技信息技术来随时掌控车辆信息和动态,车牌电子信息化必将得到广泛应用。
过去稽查人员在检查车辆时,只能查看有关证件和车牌等。
而这些证件常有作假的现象,凭肉眼很难判断真伪。
如果每个车牌安装电子防伪标签,在需要查验时稽查人员用手持读卡器靠近防伪标签,读卡器就会自动读取车辆的信息,包括车牌号,车主信息等。
安装电子防伪标签后,黑车,克隆车有望绝迹。
第2章RFID工作原理及应用
射频识别系统的数据存储在电子标签之中,其能量供应以及与阅读器之间的数据交换是通过磁场或电磁场(类似于无线电和雷达技术),而不是通过电流触点接通。
其工作原理是:
(一)当装有电子标签的物体接近微波天线时,读写器受控发出微波查询信号;
(二)安装在物体表面的电子标签收到读写器的查询信号后,根据查询信号中的命令要求,将标签中的数据信息反射回电子标签读出装置。
(三)读写器接收到电子标签反射回的微波合成信号后,经读写器内部微处理器处理即可将电子标签贮存的识别代码等信息分离出来。
(四)这些识别信息作为物体的特征数据被传送到控制计算机作进一步处理,从而完成与物体有关的信息查询、收费、放行、统计管理等应用。
2.1RFID物理学原理
2.1.1相关的电磁场基本理论
了解电磁传播规律,有助于更好地了解和应用射频识别系统。
下面介绍天线场的概念。
读写器和电子标签通过各自的天线构建了二者之间的非接触信息传输信道。
这种空间信息传输信道的性能完全由天线周围的场区特性决定,这是电磁传播的基本规律。
射频信息加载到天线上以后,在紧邻天线的空间中,除了辐射场以外,还有一个非辐射场。
该场与距离的高次幂成反比,随着离开天线的距离增大而迅速减小。
在这个区域,由于电抗场占优势,因此该区域被称为电抗近场区,它的边界约为1个波长。
超过电抗近场区,就是辐射场区。
按照离开天线距离的远近,又把辐射场区分为辐射近场区和辐射远场区。
根据观测点距离天线距离的不同,天线周围辐射的场呈现出来的性质也不相同。
通常可以根据观测点距离天线的距离将天线周围的场划分为三个区域一一无功近场区、辐射近场区和辐射远场区。
(1)无功近场区
无功近场区也被称为电抗近场区,它是天线辐射场中紧邻天线口径的一个近场区域。
在该区域中,电抗性储能场占支配地位,通常,该区域的界限取为距天线口径表面λ/π处。
从物理概念上讲,无功近场区是一个储能场,其中的电场与磁场的转换类似于变压器中的电场、磁场之间的转换。
如果在其附近还有其他金属物体,这些物体会以类似电容、电感耦合的方式影响储能场,因而也可以将这些金属物体看作组合天线(原天线与这些金属物组成的新的天线)的一部分。
在该区域中束缚于天线的电磁场没有做功(只是进行相互转换),因而将该区域称为无功近场区。
(2)辐射近场区
超过电抗近场区就到了辐射场区,辐射场区的电磁能已经脱离了天线的束缚,并作为电磁波进入了空间。
按照离开天线距离的远近,又把辐射场区分为辐射近场区和辐射远场区。
在辐射近场区中,场区中辐射场占优势,并且辐射场的角度分布与距离天线口径的距离有关。
天线各单元对观察点辐射场的贡献,其相对相位和相对幅度是天线距离的函数。
对于通常的天线,此区域也被称为菲涅尔区。
由于大型天线的远场测试距离很难满足,因此研究该区域中场的角度分布对于大型天线的测试非常重要。
(3)辐射远场区
辐射远场区就是人们常说的远场区,又称为夫朗荷费区。
在该区域中,辐射场的角分布与距离无关。
严格地讲,只有距离天线无穷远处才到达天线的远场区。
但在某个距离上,辐射场的角度分布与无穷远时的角度分布误差在允许的范围以内时,即把该点至无穷远的区域称为天线远场区。
天线的方向性图即指该辐射区域中辐射场的角度分布,因此远场区是天线辐射场区中最重要的一个。
公认的辐射近场区与远场区的分界距离R为:
其中,D为天线直径,λ为天线波长,D≥λ。
对于天线而言,满足天线的最大尺寸L小于波长λ时,天线周围只存在无功近场区与辐射远场区,没有辐射近场区。
无功近场区的外界约为λ/π,超过了这个距离,辐射场就占主要地位。
一般满足L/λ<<1的天线称为小天线。
对射频识别系统和电子标签而言,一般情况下,由于对电子标签尺寸的限制,以及读写器天线应用时的尺寸限制,绝大多数情况下,采用L/λ<<1或L/λ<1的天线结构模式。
天线的无功近场区和远场区的距离可以根据波长进行估算。
表2.1给出了常用射频识别系统的工作频率、对应的波长、无功近场区与辐射远场区的距离估算结果。
表2.1的计算数据是基本的数值参考。
对于给定的工作频率,无功近场区的外界基本上由波长决定,辐射远场区的内界应该满足大于无功近场区外界的约束。
当天线尺寸(D)或L)与波长可比或大于波长时,其辐射近场区的区域大致在R1与R2之间。
有关天线场区的划分,一方面表示了天线周围场的分布特点,即辐射场中的能量以电磁波的形式向外传播,无功近场中的能量以电场、磁场的形式相互转换不向外传播:
另一方面表示了天线周围场强的分布情况,距离天线越近,场强越强。
2.1.2数据传输原理
射频识别系统中,读写器和电子标签之间的通信通过电磁波来实现,按照通信距离,可以划分为近场和远场。
相应地,读写器和电子标签之间的数据交换方式也被划分为负载调制和反向散射调制。
(1)负载调制
近距离低频射频识别系统是通过准静态场的耦合来实现的。
在这种情况下,读写器和电子标签之间的天线能量交换方式类似于变压器模型,称之为负载调制。
负载调制实际是通过改变电子标签天线上的负载电阻的接通和断开,来使读写器天线上的电压发生变化,实现用近距离电子标签对天线电压进行振幅调制。
如果通过数据来控制负载电压的接通和断开,那么这些数据就能够从电子标签传输到读写器了。
这种调制方式在125kHz和13.56MHz射频识别系统中得到了广泛应用。
(2)反向散射调制
在典型的远场,如915MHz和2.45GHz的射频识别系统中,读写器和电子标签之间的距离有几米,而载波波长仅有几到几十厘米。
读写器和电子标签之间的能量传递方式为反向散射调制。
反向散射调制是指无源射频识别系统中电子标签将数据发送回读写器时所采用的通信方式。
电子标签返回数据的方式是控制天线的阻抗,控制电子标签天线阻抗的方法有很多种,都是一种基于“阻抗开关”的方法。
实际采用的几种阻抗开关有变容二极管、逻辑门、高速开关等,其原理图如图2.2所示。
要发送的数据信号是具有两种电平的信号,通过一个简单的混频器(逻辑门)与中频信号完成调制,调制结果连接到一个“阻抗开关”,由阻抗开关改变天线的发射系数,从而对载波信号完成调制。
这种数据调制方式和普通的数据通信方式有很大的区别,在整个数据通信链路中,仅仅存在一个发射机,却完成了双向的数据通信。
电子标签根据要发送的数据通过控制天线开关,从而改变匹配程度。
这样,从标签返回的数据就被调制到了返回的电磁波幅度上。
这有些类似ASK调制。
对于无源电子标签来说,还涉及到波束供电技术,无源电子标签工作所需能量直接从电磁波束中获取。
与有源射频识别系统相比,无源系统需要较大的发射功率,电磁波在电子标签上经过射频检波、倍压、稳压、存储电路处理,转化为电子标签工作时所需的工作电压。
2.1.3反向散射调制的能量传输.
电磁波从天线向周围空间发射,会遇到不同的目标。
达到目标的电磁能量一部分被目标吸收,另一部分以不同的强度散射到各个方向上去。
反射能量的一部分最终返回到发射天线。
对射频识别系统来说,可以采用反向散射调制的系统,利用电磁波反射完成从电子标签到读写器的数据传输。
这主要应用在915MHz、2.45GHz或者更高频率的系统中。
读写器到电子标签的能量传输
在距离读写器尺处的电子标签的功率密度为:
其中,PTX为读写器的发射功率,GTX为发射天线的增益,尺是电子标签和读写器之间的距离,EIRP是天线的有效辐射功率,即读写器发射功率和天线增益的乘积。
在电子标签和发射天线最佳对准和正确极化时,电子标签可吸收的最大功率与入射波的功率密度S成正比,即:
其中,GTag为电子标签的天线增益,
无源射频识别系统的电子标签通过电磁场供电,电子标签的功耗越大,读写距离越近,性能越差。
射频电子标签是否能够工作也主要由电子标签的工作电压来决定,这也决定了无源射频识别系统的识别距离。
电子标签到读写器的能量传输
电子标签返回的能量与它的雷达散射截面σ(RCS)成正比。
它是目标反射电磁波能力的测量。
散射截面取决于一系列的参数,例如目标的大小、形状、材料、表面结构、波长和极化方向等。
电子标签返回的能量为:
电子标签返回读写器的功率密度为:
接收天线的有效面积:
其中,GRX为接收天线增益。
接收功率为:
通过上式可以看出,如果以接收的电子标签的反射能量为标准,那么反向散射的射频识别系统的作用距离与读写器发送功率的四次方根成正比。
2.2RFID系统组成及工作原理.........................................................................................--
最基本的RFID系统由三部分组成:
标签(Tag,即射频卡),阅读器及天线2.2.1电子标签
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- 电子标签RFID防伪系统 电子标签 RFID 防伪 系统 设计 实现