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《射频识别技术》教案《射频识别技术》教案第1章 RFID 案例介绍案例之一－沃尔玛的“新式武器”2003年6月19日，在美国芝加哥召开的“零售业系统展览会”上，沃尔玛宣布将采用RFID 的技术以最终取代目前广泛使用的条形码，成为第一个公布正式采用该技术时间表的企业。
如果供应商们在2008年还达不到这一要求，就可能失去为沃尔玛供货的资格，而沃尔玛的供应商大约有70％来自于中国.能坐上零售业的头把交椅，沃尔玛的成功宝典上写满了有关搭建高效物流体系的密技,以保证竞争中的成本优势。
可以看出,所有技术无一例外地都是围绕着改善供应链与物流管理这个核心竞争能力展开的.作为沃尔玛历史上最年轻的CIO 凯文·特纳,曾说服了公司创始人山姆·沃顿建立了全球最大的移动计算网络,并推动沃尔玛引进电子标签。
如果RFID 计划实施成功，沃尔玛闻名于世的供应链管理将又朝前领先一大步.一方面，可以即时获得准确的信息流，完善物流过程中的监控，减少物流过程中不必要的环节及损失,降低在供应链各个环节上的安全存货量和运营资本；另一方面，通过对最终销售实现的监控，把消费者的消费偏好及时地报告出来,以帮助沃尔玛调整优化商品结构，进而获得更高的顾客满意度和忠诚度. ALE JBoss Server DB (disk)ECSpecValidator ReportGeneratorECSpecInstanceTimerDB (memory)ReaderAdaptor ReaderReaderAdaptor Reader CUHK Reader Controller /w integrated ReaderAdaptor ALEService NotifierReaderManagerJDBC ALEClient R M I /J R M PR M I /J R M P R M I /J R M P S O A P H T T P /T C P JDBCCUHKReaderRS232Subscriber成功案例之二－铁道部的调度利器我国铁路的车辆调度系统是应用RFID 最成功的案例。
简述射频识别系统的构成及工作原理射频识别系统（RFID）是一种利用无线电频率进行数据传输和识别的技术，通过将电子标签（RFID标签）与读写设备（RFID读写器）相连接，实现对物体的自动识别和跟踪。
射频识别系统由标签、读写器和中间件组成，其工作原理是通过无线电信号的相互作用实现数据的传输和识别。
射频识别系统的构成包括标签、读写器和中间件。
标签是射频识别系统的核心部件，它由芯片和天线组成。
芯片用于存储和处理数据，天线用于接收和发送无线电信号。
读写器是与标签进行通信的设备，它可以发送指令给标签，并接收标签返回的数据。
中间件是连接读写器和企业信息系统的软件，它负责将读写器获取的数据进行处理和管理。
射频识别系统的工作原理是通过无线电信号的相互作用实现数据的传输和识别。
当读写器发出无线电信号时，标签的天线接收到信号并激活芯片。
芯片接收到信号后，根据预设的指令进行处理，并将相应的数据发送回读写器。
读写器接收到标签返回的数据后，可以进行进一步的处理和管理，并将数据传输给中间件进行存储和分析。
射频识别系统的工作原理可以分为两种模式：主动模式和被动模式。
在主动模式下，标签需要自带电源，可以主动发送信号给读写器。
这种模式下，标签的传输距离较远，但成本较高，只适用于一些特定的场景。
在被动模式下，标签没有自带电源，需要依靠读写器发出的无线电信号来激活和传输数据。
这种模式下，标签的传输距离较短，但成本较低，更加适用于广泛的应用场景。
射频识别系统的应用十分广泛。
在物流和供应链管理中，射频识别系统可以实现对货物的快速识别和跟踪，提高物流效率和准确性。
在零售业中，射频识别系统可以实现对商品的快速盘点和库存管理，帮助商家提高库存周转率和降低成本。
在智能交通领域，射频识别系统可以实现对车辆的自动识别和收费，提高交通流畅度和管理效率。
此外，射频识别系统还广泛应用于生产制造、医疗健康、安全防护等领域。
射频识别系统是一种利用无线电频率进行数据传输和识别的技术，通过标签、读写器和中间件的相互作用，实现对物体的自动识别和跟踪。
一种无源RFID小型化高增益标签天线的设计甘勇;郭胜娜;王凯【摘要】针对超高频(UHF)射频识别技术(RFID)天线小型化高增益的发展方向,本文基于RFID技术设计出一款小型无源RFID标签天线.标签芯片采用Higgs3,标签天线由FR4介质基板与辐射单元组成,采用T型匹配网络结构. Higgs3在920 MHz时阻抗为27-j200 Ω.天线尺寸仅为52.8 mm×17 mm,应用HFSS对天线仿真分析.天线在920 MHz时阻抗为24.8+j196.9 Ω,与芯片匹配良好.该天线的带宽覆盖了超高频段840 MHz~960 MHz,天线增益最大值达到9.5 dBi.该天线具有良好的辐射性能,适合应用到远距离读取的环境中.%According to the developing direction of miniaturization and high gain for the ultra high fre-quency (UHF) radio frequency identification (RFID) antenna,a passive RFID tag antenna with simple structure is designed based on RFID Technology.The tag chip is Higgs3,the tag antenna is composed of FR4 substrate and radiating element and it uses T-type matching network structure. Its impedance at 920 MHz is 27-j200 Ω.Antenna size is only 52.8 mm×17 mm,through the HFSS simulation of the antenna.The antenna at 920 MHz impedance of 24.8+j196.9 Ω,the chip is well matched. The bandwidth of the antenna covers the ultra-high frequency band 840 MHz~960 MHz,the maximum gain of the antenna is 9.6 dBi. The antenna has a good radiation performance,and it is suitable for use in remote reading environment.【期刊名称】《湖北民族学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(036)002【总页数】3页(P175-177)【关键词】射频识别;标签天线;小型化;高增益【作者】甘勇;郭胜娜;王凯【作者单位】郑州轻工业学院计算机与通信工程学院,郑州450002;郑州轻工业学院计算机与通信工程学院,郑州450002;郑州轻工业学院计算机与通信工程学院,郑州450002【正文语种】中文【中图分类】TN82射频识别技术(RFID)是一项无线通信技术.RFID具有识别速度快、可加密、安全性高等优点[1].目前，RFID已经应用在生活中的多个领域.天线在RFID数据通信中起着重要作用，天线性能直接影响RFID系统的性能[2].因此，对RFID系统中天线的研究成为了重点.实际中，由于物体的尺寸不同，将会限制标签的大小.具有小型化高性能的天线使标签可以应用到更多的物体上，另外，减小体积可以降低标签成本.近年来，UHF 标签天线的小型化研究是当今RFID技术的热点方向[3-4].针对小型化的要求，赖晓铮等[5-6]通过改变弯折线偶极子天线的弯折次数、高度等分析天线的性能，有效的实现减小天线尺寸的要求.马中华等[7]设计了一个UHF频段弯折天线，天线大小是67 mm×33 mm,带宽达到了28 MHz以上.董健等[8]设计了一款弯折偶极子标签天线，通过电感耦合实现阻抗匹配，天线尺寸50.4 mm×30 mm，增益为1.64 dBi.Hamani A等[9]设计了两个弯折偶极子天线，天线的尺寸分别为76.5 mm×16 mm和48.5 mm×25.5 mm,带宽是860 MHz～938 MHz和901MHz～929 MHz.综合分析以上设计，本文在满足天线尺寸减小的条件时，要提高天线的带宽以及增益，实现远距离识别.因此，本文提出了一种弯折偶极子天线，标签芯片采用higgs3，在920 MHz输入阻抗为27-j200 Ω.天线尺寸是52.8 mm×17 mm.经HFSS仿真，带宽满足UHF频段840 MHz～960 MHz，增益高达9.6 dBi.与文献[5-9]中的天线相比，天线不仅实现了小型化，而且增益较大，可以应用到远距离识别环境中，结构还比较简单，适合批量加工.1 天线设计在RFID系统中，阅读器识别标签时，标签天线接受到能量，为了实现最大传送给芯片，要求芯片与天线之间的阻抗共轭匹配[10].对于UHF标签天线，可以通过采用一些结构引入感抗，抵消芯片的容性阻抗[11].本文应用T匹配，结构较为简单，而且调节芯片与标签天线阻抗相匹配较为容易，在标签天线设计中应用较多.为了较小天线的尺寸可以采取弯折的方法减小长宽比例，但弯折部分左右两边电流方向相反相互抵消，性能降低，在两边增加矩形辐射贴片可以提高天线增益.本文设计的标签天线如图1所示.图1 弯折偶极子标签天线Fig.1 Folded dipole tag antenna对于图1所示的弯折偶极子天线，本天线通过3次弯折，减小了长宽比例，在天线馈电点处，通过增加T型匹配结构，实现阻抗共轭匹配.辐射贴片可以增大天线增益，长度L2对谐振频率和功率反射系数S11的值有一定影响；e1改变时，天线的有效辐射长度变化，导致增益变化；电阻环结构主要影响天线的输入阻抗，即a,b_1,d1的值可以影响天线的阻抗值.本文通过调节各参数，最终实现天线和芯片阻抗共轭匹配,且实现较宽的带宽.2 仿真与分析通过HFSS仿真软件对不同参数的天线进行仿真.如图2所示，可知辐射贴片长度L2对天线谐振频率和功率反射系数有一定影响，L2增大谐振频率左偏，当L2等于17 mm时，谐振频率在920 MHz附近.如图3和图4，b_1的值影响天线的阻抗实部和虚部，天线的阻抗值实部随着一定范围内b_1的值增大而增大，虚部也随b_1的值变化.电压反射系数为：功率反射系数可表示为：图2 天线回波损耗与L2关系图图3 天线阻抗实部与b_1的关系图图4 天线阻抗虚部与b_1的关系图表1 天线尺寸Tab.1 The size of the antenna名称尺寸/mm名称尺寸/mma11.20L217.00b_112.20L31.50c11.00L45.70d18.00e13.14L16.20H15.00 当芯片和天线阻抗满足匹配条件时，即时，电压反射系数为0，标签天线与芯片完全匹配[12].在当b_1=12.2 mm时,标签天线在920 MHz时的阻抗值为24.8+j196.9 Ω，此频率处芯片阻抗值为27-j200 Ω,此时天线与芯片阻抗匹配良好. 通过对以上各参数的优化分析，得到天线的最终尺寸见表1.天线的仿真结果如图5所示.由图5可以得出，标签天线在谐振频率处的回波损耗S11=-35.5 dBi,反射功率较小.在840 MHz～960 MHz频带内S11<-10 dBi，天线的频带宽度较宽.根据图6可知，标签天线在920 MHz时的阻抗值为24.8+j196.9 Ω，天线与芯片匹配良好.在无线电通信中，天线与芯片的阻抗不匹配，高频能量就会在天线产生反射波，反射波和入射波汇合产生驻波，可接受的电压驻波比VSWR范围是小于1.5.由图7仿真测得的天线在谐振频率处的电压驻波比VSWR=1.03，并且在800 MHz～960 MHz频带范围内VSWR<1.5，及在这个频带范围内天线与芯片匹配较好.根据自由空间FRISS传输，RFID系统的识别距离为：σ=1-|τ|2是功率传输系数.识别距离与阅读器天线增益G0、发射功率P0、标签的天线的增益G1、最小开启功率P1.从公式中能够得出标签天线的增益对RFID阅读距离影响较大，增益大，阅读距离大.根据图8结果可知，天线增益最大值是9.5 dBi,当G0、P0、P1的值一定时，本文设计的天线相比于文献[5-9]的天线RFID系统的识别距离较大.图5 天线回波损耗图图6 天线阻抗图图7 天线驻波比图Fig.5 Return loss of antenna Fig.6 Impedance of antenna Fig.7 Voltage standing wave ratio of antenna图8 天线的3D增益图Fig.8 3D polar plot of antenna3 结论针对目前超高频RFID天线小型化高增益发展的需要，设计了一种无源RFID小型化高增益标签天线.天线采用T型匹配，介质基板采用价格较为便宜的FR4，介电常数4.4，结构简单，对天线进行弯折，将天线尺寸控制在52.8 mm×17 mm，天线尺寸较小，利用HFSS进行仿真，得到的天线带宽覆盖全球超高频段，天线与芯片阻抗匹配良好，增益为9.5 dBi.根据以上结果，可以看出该天线不仅实现了标签天线小型化，天线辐射性能良好，天线的阻抗与芯片阻抗匹配良好，增益较大.与文献[5-9]中的其他天线相比，天线尺寸较小的同时带宽较满足全球范围使用，且增益较大，可应用于远距离识别的环境中.参考文献:[1] FINKENZELLERC.RFID handbook:fundamentals and applications in contactless smart cards,radio frequency identification and near-field communication[M].3rded.New York:John Wiley&Son,2010.[2] 唐智斌.超高频RFID标签天线的设计与实现[D].北京：中国科学院大学,2016.[3] HAMANI A,TOUHAMI R,YAGOUB M C E.Novel tag antenna design for UHF RFID a-pplications[C]//Mediterranean Microwave Symposium,2013:1-4.[4] LUO J，YUAN Q.Novel dipole UHF RFID tag antenna design[J].Journal of Chon-gqing University of Posts and Telecommunications (Natural Science Edition),2016,28(3):372-376.[5] 赖晓铮,张小燕,赖声礼.弯折线偶极子天线谐振特性的研究[J].微波学报,2006(3):18-22.[6] ABDULHADI A E,ABHARI R.Design and experimental evaluation of miniaturized m-onopole UHF RFID tag antennas[J].IEEE Antenna Wireless Propagation Lett,2012(11):248-251.[7] 马中华，陈锦秀，柯友艺.一种小型化UHF频段弯折标签天线[J].福州大学学报(自然科学版)，2013,41(2):182-185.[8] 董健，余夏苹，任华斌，等.一种UHF频段弯折偶极子RFID天线的设计[J].电子元件与材料,2016,35(2):47-51.[9] HAMANI A,TOUHAMI R,YAGOUB M C E.Novel tag antenna design for UHF RFID applicat-ions[C]//Mediterranean Microwave Symposium,2013:1-4.[10] KIMOUCHE H,HAMADACHE Z,ATROUZ B.New dipole slot antenna design for RFI-D communications[C]//Antennas andPropagation(EuCAP),2010 Proceedings of the Fourth European Conference on.Barcelona,Spain: IEEE,2010:1-4.[11] 杜晓阳,闻扬,金根顺.RFID系统中的阻抗匹配技术研究[J].控制工程,2014,21(S1):67-69.[12] PERRET E,TEDJINI S,NAIR R S.Design of antennas for UHF RFIDtags[J].Pro-ceedings of the IEEE, 2012, 100(7):2330-2340.。
一、实验目的1. 熟悉无线射频识别（RFID）技术的基本原理和组成；2. 掌握RFID系统的搭建与调试方法；3. 理解RFID技术在实际应用中的优势与挑战；4. 培养动手能力和团队协作精神。
二、实验原理无线射频识别技术（RFID）是一种利用无线电波进行信息交换和识别的技术。
它通过射频标签（Tag）和读写器（Reader）之间的通信，实现数据读取和写入。
RFID 系统主要由以下几部分组成：1. 射频标签：标签是RFID系统的核心，用于存储信息。
标签可以分为有源标签和无源标签两种类型。
2. 读写器：读写器负责读取标签信息，并将信息传输给后台系统。
读写器通常由天线、控制器和通信接口组成。
3. 天线：天线用于发射和接收射频信号，将能量传输给标签，并接收标签返回的信号。
4. 后台系统：后台系统负责数据处理、存储和查询，实现对RFID标签的实时监控和管理。
三、实验内容1. 实验器材：RFID标签、读写器、天线、计算机、实验平台等。
2. 实验步骤：（1）搭建RFID系统：将标签、读写器、天线连接到实验平台上，并确保各部分连接正常。
（2）配置读写器：通过读写器配置软件设置读写器的参数，如波特率、频率等。
（3）测试标签读写：将标签放置在读写器附近，通过读写器读取标签信息，验证标签读写功能。
（4）测试标签识别距离：改变标签与读写器的距离，观察标签识别距离的变化，分析影响识别距离的因素。
（5）测试标签抗干扰能力：在读写器附近放置金属物体，观察标签识别情况，分析标签抗干扰能力。
（6）测试标签数据存储与更新：通过读写器向标签写入数据，并验证数据是否成功存储和更新。
四、实验结果与分析1. 标签读写功能测试：实验结果表明，标签在读写器附近能够成功读取信息，验证了标签读写功能。
2. 标签识别距离测试：实验发现，标签识别距离受读写器频率、标签类型、标签与读写器的距离等因素影响。
在高频段，标签识别距离较远；无源标签识别距离较有源标签短。
小型无线射频识别系统的设计
2011-09-05 12:49:15 来源：电子工程网
关键字：小型无线射频识别阅读器应答器
当今各种智能化控制系统离不开数据信息的传输。
其中，无线数据传输是区别于传统有线传输的新型传输方式，系统不需要传输线缆且成本低廉。
为单片机匹配相应的无线通信接口电路，即可实现单片机之间或单片机与微机之间的无线数据传输。
目前常用的无线通信接口电路，是以无线收发芯片为核心的电路。
当数据传输时，在软件设计中采取必要的抗干扰措施和识别措施，可以有效地避免干扰，达到满意的通信效果。
文中以89c2051单片机为基础，进行无线通信以识别非接触式无线识别装置，其应用可以嵌入到电业管理或燃气收费等系统中，也可作为一个独立读卡器对IC卡进行操作，配合不同软件可以应用于不同行业。
1系统的工作原理
本设计以单片机作为阅读器和应答器的核心、这两部分主要使用LM567。
本系统是一个小型的无线识别器件最大操作距离达70mm。
系统内部结构分为射频区和接口区：射频区内含调制解调器和电源供电电路，直接与天线连接；接口区有与单片机相连的端口，还具有与射频区相连的收/发器、可以用单片机程序存放3套寄存器初始化文件的E2PROM以及进行3次数据证实防错误机制、防碰撞处理的防碰撞模块和控制单元。
这是阅读器跟应答器实现无线通信的核心模块，也是设计的关键。
2硬件电路的设计
无线识别系统装置由阅读器、应答器与耦合线圈（即天线）3部分组成。
2.1阅读器的设计
阅读器基本电路，如图1所示。
当有应答器靠近阅读器时，阅读器内的天线组成了一个LC并联谐振电路，其频率与应答器的发射频率相同，这样在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使高频信号流入阅读器中用于解调的LM567的输入端。
输出的解调信号与上述单片机编码信号反向，最后经过单片机译码输出显示。
LM567具有调制和解调双重功能。
其调解出来的信号可直接被单片机识别，并由单片机发送给数码管并显示。
图1阅读器
2.2应答器的设计
应答器工作时，通过89c2051单片机进行数据编码，然后送往LM567被调制到高频载波上，与其输出端相连的天线线圈不断地向外发出一组固定频率的电磁波（145kHz），当有应答器靠近阅读器时，阅读器识别并显示。
应答器硬件电路如图2所示。
图2应答器
2.3耦合线圈（即天线）的设计
天线是一种转能器。
发射时，把发射机的高频电流转化为空间电磁波；接收时，把从空间截获的电磁波转换为高频电流送入接收机。
对于设计一个应用于射频识别系统的小功率、短距离无线收发设备，天线设计是其中的重要部分。
良好的天线系统可以使通信距离达到最佳状态。
天线的种类很多，不同的应用需要不同的天线。
在小功率、短距离的RFID系统中，需要一个通信可靠、价格低廉的天线系统，耦合线圈环型天线是比较常用的一种。
2.3.1分析环型天线的等效电路
环型天线激励点的电压和电流由环的输入阻抗联系起来，即V=ZI0。
为了评估用于天线谐振的电容Z′in，环型天线的输入阻抗必须确定；同样，为了评估天线效率和辐射阻抗，环型导体内的欧姆损耗和其他欧姆损耗也必须确定。
2.3.2天线设计参数
环型天线输入阻抗Zin可由下式给出：
式中，RR为辐射电阻；RL为环型导体损耗电阻；RX为额外欧姆损耗电阻；LA为环型天线电感；L1为环型导体电感。
环型导体损耗电阻为：
式中，l为金属环形导体长度，p为环形导体交叉部分的周长，RS为导体表面电阻，u0为4π×10-7H/m;σ为导体电导率；RL的单位为Ω。
额外欧姆损耗电阻主要来自电容CP上的等效串联电阻：
2.4带有天线的阅读器的等效电路
产生交变磁场所需的导体回路由线圈L1表示，串联电阻R1相当于导体回路L1中线绕电阻的欧姆损耗。
为了当阅读器的工作频率为fTX时在导体回路L1中获得最大电流，从而产生最大磁场强度H，经电容器C1串联形成谐振频率fRES=fTX的串联谐振电路。
图4中，阅读器的发送器出口产生高频电压u2，接收器直接与天线线圈L1连接。
串联谐振电路的总阻抗Z1为各项单阻抗之和，即：
2.5天线连接的匹配研究
根据阅读器使用的频率范围，使用不同的方法将天线线圈连接到阅读器发送器的输出端。
通过功率匹配将天线线圈直接连接功率输出级，或通过同轴电缆馈送到天线线圈。
天线线圈L1在射频识别系统的工作频率范围内表现为阻抗ZL。
为了实现与50Ω系统的功率匹配，必须通过无源的匹配电路将此阻抗转换为50Ω，然后通过同轴电缆即可几乎无损失且无辐射地将此功率从阅读器末级传送到匹配电路。
3调试与测试
3.1调试方法
电路在调试时，振荡频率可在0101Hz～500kHz内变化，必须调整振荡频率使与LM567的载波频率实现最佳匹配，否则将影响后续电路的解调（例如振荡频率与LM567的载波频率相差太近时将直接影响后续频率的解调等），而单片机的振荡频率也将影响输出波形，如果输出不是矩形波则可能影响单片机对信号的识别，使反应时间变长或编译出错，所以对电路调试非常重要。
LM567要顺利实现相互调制与解调就必须对其进行调试，如果发射机正在工作，而接收机不能正确译码，则应调节定时电阻R8的阻值，使其符合要求。
由于LM567的振荡频率（中心频率）要求精度很高，在调节R8阻值时，应将R8电阻换为10kΩ多圈精密线绕电阻。
此电阻每旋转一周，电阻值变化几十欧姆，精度较高。
如没有此电阻，也可用普通微调电阻代替但调整时要仔细。
若条件许可，可将频率计直接接在发射机的LM567第5脚与地之间，测其振荡中心频率，记下数值，然后再测接收机LM567第5脚频率。
如果接收机中心频率（指LM567）与发射机LM567中心频率不同，调节R8电阻值，使两机音频译码器中心频率相等即可。
3.2测试数据
测试数据时测试了00～FF的全部8位编码（4位则一定没问题），多次计算并测量了电源供给功率，对于耦合线圈的距离测试了1～6cm范围内的数据传输，可保障5cm数据传输稳定。
测试数据列表如下。
表1测试数据列表
测试数据列表
根据上述实验测量结果可以看出，此系统实现了题目要求的全部基本功能和大部分发挥功能，并有自己的特色发挥功能，性能可靠稳定。
3.3测试结果分析
3.3.3系统波形数据测试
采取自上而下的调试方法，即单独调好每一个模块，然后连成一个完整的系统，再进行总体调试。
数据发送和接收信号比较，如图3所示。
图3数据发送和接收信号的比较
3.3.2系统本身可能产生的误差
（1）外界干扰因素
采用无线传输有一个十分突出的弊病，即容易受到电磁干扰及传输效果不佳的问题，由于外界高频信号，金属等很多器件都可能对电磁波产生干扰，所以电路难免产生错误（2）距离干扰因素
电磁场在导电介质中传播时，其场量E和H的振幅随距离的增加而按指数规律衰减。
从能量的观点看，电磁波在良导体中衰减很快，把由导体表面衰减到表面的1/e（约3618%），即在文中规定距离为5cm的原因就在于此，由距离因素产生的乱码及不可识别码也是产生错误的原因之一。
4程序流程图
软件编程运用单片机汇编语言，编辑软件是Keil51，给出程序流程图如图4所示。
图4程序流程图
5结语
本系统的阅读器可在6cm范围内识别应答器的有无，若有应答器在监测范围内，则给出明确的指示并读取应答器预设的4位编码，然后显示；另外，应答器部分还可以通过开关设置4位编码在阅读器识别范围内送出编码信号。
同时阅读器还具有对应答器的编码进行写入的功能，由应答器接收并储存。
设计中重点是保证正确率，可以从软件上增加校验码来提高无线传输的可靠率。
