RFID技术与设计课程论文

题 目：中国RFID产业的发展现状及我见

学 号：M201172219

姓 名：叶方旭

导 师：邹志革

电话：139xxxxxxxx

邮箱：1041360927@qq.com

20xx年11月20日

摘要：近年来，RFID技术应用发展迅速。由于RFID技术可以给人们带来极大的方便，随着价格的下降，技术本身的完善，RFID正在向日常生活和工作的各个方面快速渗透。国内对RFID技术和应用的研究在经历了概念认知，技术储备，产品研发，业务摸索等阶段之后，对RFID的认识越趋理性化，而随着国内RFID标准的制订和明确，RFID技术将迅猛进步！

关键词：

RFID技术 标准 电子标签 读写器 阅读器 产业

一． 射频识别技术

RFID(射频识别)技术是从上世纪80年代走向成熟的一项自动识别技术,近年来发展十分迅速。其技术的覆盖范围广泛,许多正在应用中的自动识别技术都可以归于RFID技术之内,但它们的工作原理、工作频率、技术特点、适用领域以及遵循的标准却是不同的。

通常,RFID系统由电子标签、读写器和数据管理系统这三个主要部分组成。电子标签由天线和RFID芯片组成,每个芯片都含有唯一的识别码,用来表示电子标签所附着的物体。读写器用来读写电子标签中的信息,读写器通过网络和其他计算机或系统通讯,完成对电子标签的信息获取、解释以及数据管理。数据管理系统主要完成数据信息的存储及管理,可以由简单的小型数据库担当,也可以是集成了RFID管理模块的大型ERP数据库管理软件。

按电子标签获得能量的方法,一般可分为无源电子标签和有源电子标签两大类。无源电子标签自身不带有电源,通过天线从读写器发出的能量中产生工作所需的电压,其特点是重量轻、体积小,寿命长,但是工作距离短。有源电子标签通过自身带有的电池供电,特点是识别距离长,但价格较高且寿命短。

按电子标签的存储器类型,可分为只读电子标签和可读可写电子标签两种类型。目前不同电子标签存储器的大小可以从16 bit一直到512K byte。

RFID系统的工作频率,主要有125KHz、13.56MHz、400MHz、860～960MHz、2.45GHz、

5.8GHz等多个频段。但是,不同的国家和地区的对频率的分配和最大发射功率的规定是不同的。在某些地区,某些频段的RFID产品可能是被禁止使用的。

一般而言,工作频率在100MHz以下的RFID系统是通过线圈之间的磁场耦合的方式工作,通常具有工作距离近,成本低,天线尺寸大,通讯速度低等特点,这类电子标签一般对人体没有影响;而400MHZ以上的RFID系统是通过无线电波发射和反射的方式工作,通常具有工作距离远,天线尺寸小,通讯速度高等特点,这类电子标签一般会有发射功率限制,以避免对人体或环境造成伤害。

二． 我国RFID产业发展现状

在目前,无论从应用还是产业技术,国内13.56MHz RFID比UHF RFID都要成熟、壮大许多,UHF RFID还没有形成完整的产业链。

虽然国外UHF RFID也处于技术发展的初期,但是随着应用需求的不断明确,世界各国正积极的从标准制定、芯片设计、标签封装(含天线设计)、识别系统设计与生产、系统集成与管理软件开发等RFID产业链的各个方面,加大投入快速发展,准备迎接RFID产业的爆炸式发展。在这种形势下,如果中国不发展自己的RFID产业就会受制于人,就会在新一轮技术革命中落伍。而在目前国内RFID已有的一定技术和市场基础上,如果措施得当,是完全有机会赶上甚至领先于国外竞争对手的。

RFID技术的发展是建立在整个RFID产业链发展的基础上,RFID产业链的任何一个环节的落后都会影响整个产业发展。所以发展中国的RFID产业,不能局限在某个环节,而应该是发展整个中国的RFID产业链,应该是从标准到应用中各个环节的共同发展。

现在的当务之急是建立中国自己的RFID标准,从维护国家安全和利益的角度,中国必须有自己的标准和自己的产品,这不仅可以改变以往在标准上处处受制于人的被动局面,也有助于改变国内的市场应用和技术开发的混乱局面,形成合力,增强竞争力。从市场的角度来看,未来RFID的最大市场将在作为世界工厂和世界市场的中国。中国完全应该,也能够拥有自己的标准。

随着中国标准化工作的进展,中国将成为国际RFID标准的第四股力量。在借鉴而不拷贝国外标准的指导思想下,制定中国RFID产品统一的代码标准,并开始整个技术和应用上的系列标准的研究和制定,将为国内产业的发展赢得宝贵的时间。当然,在标准的制定中应避免闭门造车,应该在和国外各大标准竞争和合作中,努力做到全球化下的多赢。

在公平竞争的大前提下,可以从行业政策上支持和发展我们的产业。不妨在关系到国家安全和重大利益的行业或领域中,制定自有的强制标准和准入限制,或者规定优先使用中国国内的RFID产品。从制定产业政策的角度来扶植国内的产业力量,可以有效的促进产业链的各个环节发展壮大,尽快达到国际竞争力。 在一般的领域完全是可以开放和鼓励竞争的,让所有的国外和国内厂商在平等的条件下开放竞争,通过市场竞争来优胜劣汰,尽快提高国内产业的竞争力和应用水平。

早期迹象显示,正在制定中的中国RFID规范将非常接近于国际标准,并不会成为强制执行规范,而且使用费用可能较国际标准更为便宜。

除标准制定外,还需要逐步开发和推进RFID的应用。在技术比较成熟,价格不敏感的行业中先进行RFID的应用,以点带面的推动RFID的发展。在RFID产品的价格下降和应用成熟后,再在生产、物流、零售等广大领域推广。在这个方面,政府和行业组织可以共同努力建立公共的RFID实验室和若干典型的应用示范案例等公共的平台,让各企业能够共享资源,从而有效的降低研发和应用的成本。

三．中国自己的RFID标准制订

科技发展到今天，似乎没有多少人还对标准的重要性有任何怀疑。许多所谓的国际标准，就像架在发展中国家脖子上的一把利剑。而标准之争的背后，不仅仅意味着行业的巨大商业利益，甚至攸关国家利益和信息安全。由于种种原因，使得中国的RFID标准的制订几起几落。经过国家部委高层的直接干预，如今，中国的RFID标准的制订终于重新返回正常的轨道。20xx年6月9日，中国发布了全国乃至全球RFID行业期待的《中国RFID技术政策白皮书》。这一天，对于中国的RFID行业来说，笃定是一个重要的日子。从此，中国的RFID产业发展的步伐将正式加速。

RFID技术的标准体系主要包括空中接口规范、物理特性、读写协议、编码体系、应用规范、测试规范、数据安全和应用管理等。目前，国际上的RFID标准实际上包括三大阵营，即ISO系列、EPC系列、还有日本的UID系列。也有

人说是EPC和UID两大系列。这些标准各自具有不同的特点。目前，EPC标准在案例方面和企业支持力度方面具有一定的领先优势，已经成功地实现了从GEN1到GEN2的演进，许多符合GEN2的产品已经面世。ISO标准则秉持标准的基本理念，少了一些商业利益，更侧重标准的中立性，因此对于加速RFID产业的发展来说，似乎更具有弹性和发展前景。而对于UID标准，通过汇集来自各方面的信息，似乎正在逐步迈向滑铁卢，而参照ISO18000系列的中国RFID标准取将更被看好。

中国设立了7个RFID标准组，分别是总体组、标签和读写器组、频率与通信组、数据格式组、信息安全组、应用组和知识产权组。

目前，中国的标准参与企业已经达到100余家，包括了中国RFID行业的所有知名企业。而来自国外的一些知名企业，包括微软等都有参与中国RFID标准制订的意愿。

总的来说，上述7个标准涵盖了RFID产业的方方面面。标准的成功与否，将直接决定着产业的发展命运。那么，如何制订中国的RFID标准，才能够实现既能够保护国家的信息安全，规避IP风险，而又有利于国家RFID产业的快速发展呢？

毋庸置疑，国际上的不少大企业，对中国制订自己的RFID标准都有点吃醋拈酸，但鉴于中国作为RFID消费超级大国的地位，绝大多数企业又都能给予理解。

ST公司的观点比较具有代表性。ST公司数字安全存取事业部资深工程师杨军良表示：“中国即将在全球RFID产业中扮演中心角色，故对于中国建立自己的标准来规避IP风险的任何行为都能表示理解。ST也将对中国RFID标准的任何进展给予密切注视，并随时做好准备，提供符合中国标准的RFID产品，来为中国客户提供完善的服务。”

TI则相信提高物流链的效率对于中国来说尤其重要。TI支持一个公开和透明的流程来发展中国的RFID标准。TI公司RFID中国区销售经理顾雷表示：“开放的标准对于创新和应用新产品非常重要。TI将乐于见到中国朝国际标准的方向靠近，例如ISO/IEC和EPC Global。必须应用统一的标注，只有这样RFID才可能在国际间和国家间无缝的工作，从而促使全球供应链成为可能。”他还表示：“不管中国将有独特的标准与否，TI都将向中国客户提供所需的产品和解决方案。”

当然，也有人不太认同。一位不愿披露姓名的某国际知名公司的资深人士说道：“中国搞什么自己的标准，实际上就是依此来窃取我们的果实。我们所申请的100多项RFID专利，是投入了大量的人力和资金，花费了十几年的时间的努力才换来的。对此我们将加倍关注，来确保我们的合法利益。”

实际上，即便是在中国国内，许多观点也是大相径庭。其中一种颇有市场的观点认为：硬件标准最好应用国际标准，软件标准与国际标准兼容，应用标准要有自己的知识产权。

表面看来，这倒也与国家标准制订的指导性原则相吻合，即：中国首先要借鉴国际现行标准，二是应当有自己的知识产权，三是自己的标准一定要与世界标准兼容。但是，笔者认为这经不起仔细推敲。因为，RFID相关专利的绝大部分与硬件相关，到中间件部分就已经牵涉很少，而应用方面本来就不受任何专利的约束。依据这样的思路所制订的标准，实际上恐怕是竹篮打水一场空。而在这方面，笔者倒是更赞同中国物流协会副会长戴定一的主张。“RFID标准制订原则应该有二：一是只要不涉及??和重大知识产权，尽量采用国际标准，特别是开放性的标准；二是不要过分追求标准的统一，统一总是相对的，复杂系统要容许多种标准的共存，但要有方便的协调和转换机制。”

当然，也有不少企业处于观望的态度，只是希望标准尽快定下来。尤其是UHF频率标准最为急迫。由于ISO和EPC的RFID频率与中国的GSM等网络相冲突，中国的RFID工作频率长期没有着落。不过，据可靠信息披露，中国刚刚在深圳成功完成了UHF频段的RFID频率试验。试验结果，RFID试验频率位于GSM的上下行之间的保护带中。

四．产业政策支持助推我国RFID产业未来高速成长

射频识别(RFID)产业是国家优先发展的产业之一。《信息产业科技发展“十一五”计划和20xx年中长期规划(纲要)》中将“智能信息处理和物与物通信网络技术”确定为我国需要重点突破的核心技术，其发展目标包括“重视RFID、传感器网络等物与物通信网络技术的研发，形成自主知识产权的核心技术和产品，打造完善的产业链；推广RFID、传感器网络技术在全社会的应用，形成一大批有示范效应的应用范例，为无处不在、人与物共享的网络应用奠定基础。”信息产业部将RFID工程列入“十一五”期间信息技术应用的六大专项工程，在商贸、海关、民航、铁路、公路、水运、邮政、钢铁、石化、汽车、建材、农业、金融、税收等领域推广应用RFID技术和基于RFID的综合管理信息系统。 20xx年，由科技部、发改委、商务部、信产部等15个部委联合发布了《中国RFID技术政策白皮书》，为我国在RFID技术与产业未来发展指明了道路。我国

RFID产业发展将分三个阶段实施：

第一阶段：培育期(20xx年至20xx年)在产业化核心技术研发、标准制定等方面取得突破，通过典型行业示范应用，初步形成RFID产业链及良好的产业发

展环境。

第二阶段：成长期(20xx年至20xx年)扩展RFID应用领域，形成规模生产能力，建立公共服务体系，推动规模化市场形成，促进RFID产业持续发展。

第三阶段：成熟期(20xx年以后)整合产业链，适应新一代技术的发展，辐

射多个应用领域，提高RFID应用的效率和效益。

五．我对中国 RFID 发展几点看法

射频工作组的工作方向应当符合国内 RFID 产业发展的需要。我觉得目前国内 RFID 产业急待解决的问题有以下几点：

1 ．产业基础方面。产业基础方面的问题包括尽快确定 RFID 系统的合法工作频点以及相关的指标限制，如频带宽度、边带电平、发射功率限制等，积极推进 RFID 相关技术标准的制定工作；此外，在国际标准化组织机构中国人的参与也是必不可少的。 2 ．产品开发方面。产品开发方面，国内相对落后的是标签芯片的开发，可以说，标签专用芯片是 RFID 技术的龙头，掌握了标签专用芯片的核心技术也就是掌握了 RFID 技术的核心技术。此外，在标签的多样性设计、读写器的多样性设计形成与应用需求相适应的系列化产品是标签和读写器研究开发的方向。再者，有关产品的测试标准、测试手段及应用环境的测试也是 RFID 产品开发企业应予关注的方面。 3 ．系统集成方面。由于 RFID 技术尤其是 UHF 频段远距离 RFID 技术的应用范例还不是很多，系统集成方面的关键是能够将不同的应用与 RFID 系统的长处给予很好的结合，也就是说，需要更多的有经验、成熟的系统集成商建立起更多的应用样板，以点带面发挥示范作用。 4 ．终端用户方面。终端用户方面主要包括以下几个值得关注的方面，即：对 RFID 系统缺乏较为深入的了解而造成对 RFID 技术无能或万能的理解偏差； RFID 系统的价格因素； RFID 系统应用后所能带来的得益是否值得采用这样的系统。

需要政府层面提供的支持

根据以上具体情况，政府层面对行业发展可提供的支持包括：

1 ．支持企业研发自主产权的软硬件产品

没有自主知识产权， RFID 产业在中国的发展就缺乏后劲，为从事自主知识产权开发的国内 RFID 及相关技术的企业提供扶植是协会重要的工作内容。具体方式可以包括信息服务，媒体宣传，物质奖励等。

2 ．完成 RFID 的测试工作，提出规划；RFID 频率问题和标准问题是目前 RFID 产业面临的最紧迫和最重要的问题。协会将全力协助政府部门完成 RFID 的测试工作，提出规划，为政府决策提供参考依据。

3 ．广泛宣传，广泛推广 RFID 、 EPC 的应用，加强 EPC 的宣传和试点工作； 总体来说，目前 RFID 和 EPC 产业目前在中国还处在初级阶段， RFID 和 EPC 的宣传和应用推广将是一项长期的工作。

参考文献：

【1】 电子工程专辑网站

【2】 百度网站

【3】 射频识别技术（第3版）作者：Klaus Finkenzeller,吴晓峰，陈大才 电

子工业出版社

【4】 射频识别(RFID)技术原理与应用 作者：郎为民 机械工业出版社

【5】 射频识别（RFID）技术与应用 作者：米志强 电子工业出版社

【6】 射频识别(RFID)原理与应用 作者：单承赣，单玉峰，姚磊 电子工业

出版社

【7】 RFID Handbook (无线射频识别手册) 作者：Klaus Finkenzeller 出版

社：Wiley

【8】 无源超高频RFID系统设计与优化 作者：Jari-Pascal Curty[瑞士] 出版

社:科学

【9】 61EDA中国电子网 网站

【10】 电子发烧友网站

 

第二篇：RFID论文：基于RFID技术的嵌入式停车场系统的设计与实现

RFID论文：基于RFID技术的嵌入式停车场系统的设计与实现

【中文摘要】随着城市中的汽车数剧增,传统停车场的弊端日益凸显出来。目前停车场存在安全可靠性差、车辆进出缓慢、缺乏网络支持等等缺点,因而不能满足新一代停车场发展的要求。本文以深圳科技局项目“可唤醒式车辆自动检测及安全管理无线网络系统研发”的研究成果为基础,通过工程实践和理论创新,提出了新一代基于RFID技术的嵌入式停车场系统。论文的创新工作主要有:(1)根据模块化的设计理念设计了嵌入式停车场控制板,控制板更加容易升级和维护,停车场系统的使用寿命得到极大的延长。(2)通过深入研究实时操作系统μC/OS-II内核,实现了μC/OS-II操作系统向PIC18F单片机的移植;针对μC/OS-II任务调度算法的不足之处,本文提出了一种改进的分组任务调度算法。(3)在深入研究RFID系统防碰撞算法基础上,提出了一种改进的动态帧时隙防碰撞算法。该算法采用了唯一ID映射和Q值动态调整帧时隙的方法来提高标签识别速率,软硬件实现比较容易,实用价值较高。(4)针对目前停车场缺乏网络支持的缺点,本文设计了CAN/以太网网关。本文详细阐叙了基于ENC464J600以太网接口芯片和SJA1000 CAN控制芯片的CAN/以太网网关的硬件和软件设计。本文所设计的嵌入式停车场系统已成功应用于小区和高速收费系统,其合理性和可靠性得到了充分验证,这为下一步的应用软件设计提供了有力的支持。

【英文摘要】As more and more cars come to use in the city, the disadvantages of traditional parking lot gradually come out. Many problems exists in the traditional parking lot,such as poor security and reliability, lack of network support,low throughput,etc,which can’t meet the requirements at present.Based on the research results of project “the development of can-awaken wireless network system based on vehicle automatic detection and safety management”,which is invested by Shenzhen Bureau of Science and technology , with many theoretical research and engineering inovations,the next generation of embedded parking lot system based on RFID is putted forward in this paper. The paper is arranged as follows:(1) The panel of the embedded parking lot is designed according to the modular design concept, which made the panel more easy to upgrade and maintenance, and the the service life of the parking system is greatly prolonged.(2) The kernel of RTOSμC/OS-II is successfully ported to the PIC18F MCU through the kernel. An improved group task scheduling algorithm is proposed.The shortcoming ofμC/OS-II task scheduling algorithm is overcome in this algorithm.(3) Based on the study of RFID anti-collision algorithms, an improved dynamic framed slotted ALOHA anti-collision algorithm is proposed.In order to improve the rate of label identification, this algorithm adopts the methods of unique ID mapping and dynamical adjustment of the frame size by Q value.And this algorithm is easy realized in the hardware and software,.(4) Most parking lot system is lack of network associate and only can use in small region. In order to solve this problem, the CAN/Ethernet gateway is designed.The hardware and software design of this gateway is represented in detail, which based on ENC464J600 Ethernet interface chip and SJA1000 CAN control chip. The embedded parking lot system in this paper has been successfully used in some courts and high-speed fee systems, which fully verified the rationality and reliability of the design.And it provides a strong support for the following application software.

【关键词】RFID μC/OS-Ⅱ 任务调度算法 ALOHA算法 CAN/以太网网关

【英文关键词】RFID       μC/OS-Ⅱ       Task scheduling algorithm       ALOHA algorithms       CAN/Ethernet gateway

【目录】基于RFID技术的嵌入式停车场系统的设计与实现


摘要

4-5




Abstract

5




第1章 绪论

9-14




1.1 本文选题背景及意义

9-10




1.2 停车场的国内外现状及发展趋势

10-12




1.2.1 国外发展现状及存在问题

10-11




1.2.2 国内发展现状及存在问题

11-12




1.3 本文主要研究内容与章节安排

12-14




1.3.1 本文主要研究内容

12




1.3.2 本文章节安排

12-14




第2章 嵌入式停车场硬件系统设计

14-27




2.1 引言

14




2.2 系统的需求和可行性分析

14-15




2.3 停车场管理系统

15-17




2.3.1 出入口管理

15-16




2.3.2 入场子系统工作流程

16-17




2.3.3 出场子系统工作流程

17




2.4 嵌入式停车场硬件系统设计

17-24




2.4.1 停车场控制板设计

18-19




2.4.2 主芯片电路

19-20




2.4.3 实时时钟设计

20-21




2.4.4 存储模块设计

21-23




2.4.5 道闸控制板设计

23-24




2.5 系统PCB 设计

24-26




2.5.1 电源和地线的处理

24-25




2.5.2 数字地与模拟地的处理

25




2.5.3 高速信号线布线

25-26




2.6 本章小结

26-27




第3章 嵌入式停车场软件系统设计

27-43




3.1 软件系统需求分析

27-28




3.2 主控制板任务及其等级划分

28-31




3.3 任务调度算法改进

31-38




3.3.1 分组优先级的任务调度算法

33




3.3.2 时间片任务调度算法

33-34




3.3.3 改进分组优先级的任务调度算法

34-38




3.4 RTOS 向PIC18 的移植

38-42




3.4.1 改写OS_CPU.H

38-39




3.4.2 改写uOS_CPU_C.C 的汇编函数

39-42




3.4.3 改写OS_CPU_C.C 的C 函数

42




3.5 本章小结.

42-43




第4章 远距离RFID 防碰撞算法设计

43-56




4.1 RFID 基本原理

43-45




4.1.1 RFID 系统结构

43-44




4.1.2 RFID 系统数据传输

44-45




4.2 RFID 系统的通信模型与通信流程

45-46




4.3 RFID 系统数据碰撞的形式

46-47




4.4 RFID 系统常用的防碰撞算法性能分析

47-50




4.4.1 ALOHA 算法和帧时隙ALOHA 算法

47-48




4.4.2 固定帧时隙ALOHA 算法(SFSA)

48-49




4.4.3 动态帧时隙ALOHA 算法(DFSA)

49-50




4.5 一种动态时隙分配的ALOHA 防碰撞算法

50-55




4.5.1 算法原理和理论分析

50-54




4.5.2 算法仿真及结果分析

54-55




4.6 本章小结

55-56




第5章 CAN-以太网数据转换器的设计与实现

56-66




5.1 CAN 总线与TCP/IP

56-59




5.1.1 CAN 的分层结构

56-57




5.1.2 TCP/IP 与单片机

57-59




5.2 CAN/以太网网关的硬件设计

59-61




5.2.1 网关的硬件拓扑设计

59




5.2.2 以太网接口模块

59-60




5.2.3 CAN 接口模块

60-61




5.3 底层驱动软件设计

61-64




5.3.1 CAN 总线驱动程序的实现

62-63




5.3.2 以太网驱动程序的实现

63-64




5.4 网关协议转换

64-65




5.5 本章小结

65-66




第6章 停车场管理系统的测试与应用

66-73




6.1 停车场管理系统测试

66-69




6.1.1 在线调试接口测试

66-67




6.1.2 阅读器串口通信测试

67




6.1.3 主控板存储芯片读写测试

67-68




6.1.4 道闸控制模块测试

68-69




6.1.5 无线数据传输测试

69




6.2 停车场管理系统的应用

69-72




6.3 本章小结

72-73




第7章 总结与展望

73-74




参考文献

74-76




致谢

76-77




个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

77