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必一体育app官方.一文详解RFID系统及案例分析
来源:必一体育app网页版登录 作者:必一体育app下载 发布时间:2024-05-12 02:49:25  点击数:8
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  摘要:我们在生活和工作中越来越多地遇到射频识别(RFID)系统。从库存控制到超市的快速结账,该技术正在改变许多现有应用并启用新应用。在前端,“信号链”以附加到感兴趣单元的小标签开始;标签以比特流的形式将信息传送到RFID读取器,RFID读取器检测标签何时存在于特定区域中,并读取它们携带的信息。在后端,基于服务器的系统维护和更新标签数据库,在企业内生成警报或启动其他基于信息的流程。

  我们在生活和工作中越来越多地遇到射频识别(RFID)系统。从库存控制到超市的快速结账,该技术正在改变许多现有应用并启用新应用。在前端,“信号链”以附加到感兴趣单元的小标签开始;标签以比特流的形式将信息传送到RFID读取器,RFID读取器检测标签何时存在于特定区域中,并读取它们携带的信息。在后端,基于服务器的系统维护和更新标签数据库,在企业内生成警报或启动其他基于信息的流程。

  大多数RFID阅读器目前使用多个处理器来满足应用要求。通常,信号处理器连接到模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)。然后,网络处理器与本地或远程服务器通信以进行信息存储和检索。本文介绍了这些看似完全不同的功能 - 信号转换和网络连接 - 如何通过ADI公司Blackfin处理器系列的单个处理器进行管理。

  我们首先简要介绍RFID技术,并讨论它能够实现当前和未来的应用。然后,我们专注于RFID阅读器功能,探索需要在RFID阅读器上运行的基本软件组件以及服务器连接。最后,一些框图提供了一些系统配置建议。

  RFID技术通过允许同时监控多个项目来实现许多新类型的应用,而无需人们“触摸”每个项目(使用手持式条形码扫描仪,例如)。可以利用这种自动识别的应用程序包括各种领域,如库存控制,物流管理,监控和收费。

  今天,无处不在的面向商品的通用产品代码《 / em》(UPC),一维(1D)条形码,几乎可以满足公众购买的所有需求。条形码包含与其相关的项目的相关信息,可能包括项目的建议零售价格和/或制造地点和日期。 1D和2D条形码也可用于跟踪物品的装运详细信息。

  条形码适用于单个物品,但当有许多物品需要扫描时,工作流程效率会降低。例如,打开并单独扫描包含数百或数千种最终产品的托盘上的每个项目是不切实际的。但即使扫描的物品相对较少,例如超市收银台的杂货,也必须在扫描仪和被扫描的标签之间建立正确的对齐方式。更重要的是,操纵一个大项目来查找条形码可能具有挑战性。

  RFID技术以比特流的形式用EPC(电子产品代码)取代UPC。至少,EPC允许自动收集条形码中包含的相同类型的信息并远程访问,而人为干预最少。此外,即使存在许多相同的项目,EPC也可以包括与标记项目的唯一识别特征有关的更多信息。此外,与传统条形码不同,物品面向哪个方向或者环境照明条件是什么并不重要 - 仍然可以检测和跟踪物品。雾,黑暗,甚至仓库污垢都不再重要。

  在超市食品托盘和箱子中,它们是可以跟踪资产并更好地管理资产池。通过写入标签的能力,可以包括附加信息(例如,销售日期)。此外,还可以实施自动重新排序以保持货架的正确库存。

  在库中,它们可用于自动发布和退回材料,这些材料在较早的时候通过条形码单独读取标签来识别扫描仪。

  在服装标签中,他们可以识别真实的物品来源。通过使用标签的标识号,该物品可以被认证为真品或单独作为伪造品进行调查。

  RFID使用比特流的射频(RF)传输进行通信用,识别,分类和/或跟踪对象。每个对象都有自己的RFID 标签(也称为转发器)。整个系统采用标签阅读器,这是一个从每个标签接收RF能量的子系统。阅读器具有嵌入式软件,用于管理所接收的标签信息的询问,解码和处理;它与存储标签数据库和其他相关信息的存储系统进行通信。图1显示了RFID系统的概念图。

  RFID 阅读器提供各个标签与跟踪/管理系统之间的连接。它有多种外形尺寸,通常小到可以安装在柜台,三脚架或墙壁上。根据应用和操作条件,可能有多个读者可以完全服务于特定区域。例如,在仓库中,读者网络可以确保在从A点到B点时,100%的托盘都被查询和记录。

  总的来说,读者提供三个主要功能:双向与标签通信以隔离各个标签;接收信息的初始处理;和连接到将信息链接到企业的服务器。

  RFID阅读器必须处理感兴趣的领域内的多个标签 - 在有限空间区域内具有许多标签的应用中非常重要的考虑因素(对于例如,多个标记产品驻留在众多工厂托盘上。)

  多读者/标签场景中的主要挑战是当许多读者发出查询并且多个标签同时响应时会发生冲突。避免此问题的最常见方法是使用某种形式的时分复用算法。可以将读取器设置为在不同时间进行询问,而可以将标签配置为在随机时间间隔后进行响应。很明显,能够在嵌入式软件中实现此功能提供了额外的灵活性。

  RFID标签由集成 - 电路(IC)芯片,保存有关贴有标签的物体的独特信息(如EPC数据),天线(通常是印刷电路图案),用于接收来自阅读器的射频能量和传输信息,以及某种包含标签组件的外壳。值得记住的是,上述术语“对象”可以适用于任何数量的不同事物,从工厂货物到动物,再到人。从标签到阅读器的距离是一个重要的系统变量,它直接受到标签技术的影响。标签可以是被动,活动或半活动。

  被动标签是最简单的类型。由读取器发送的RF能量专门供电,它们没有集成电池,因此它们可以便宜,机械坚固且非常小(例如,大约缩略图的大小)。然而,无源标签具有有限的读取器到标签范围,因为接收功率取决于它们与RFID读取器的物理接近度。

  链路的范围也受所选RF频率的影响。低频(LF)标签通常使用频谱的125-kHz至135-kHz部分;由于它们的范围受到限制,它们主要用于访问控制和动物标记。高频(HF)标签主要工作在13.56-MHz频段,允许范围为几英尺。它们通常用于简单的一对一对象读取,例如访问控制,收费和跟踪便携式项目,例如图书馆书籍。

  另一方面,UHF标签在频率从850 MHz到950 MHz,并且具有相当长的范围 - 10英尺或更长。此外,由于可用的带宽可能更宽,读者可以一次查询许多这些标签,而不是在较低频率下进行一对一的标签读取过程。这一特性有助于最大限度地减少对特定区域内多个读卡器的需求,使UHF标签在工业应用中非常受欢迎,可用于库存跟踪和控制。然而,UHF标签不能有效地渗透液体,这是一个主要缺点,使得它们对于诸如饮料和人类的液体填充物体不太有用。为了跟踪这些项目,通常使用HF标签。

  在2004年的无源标签供应商调查中,预计2008年UHF标签的价格将达到每个标签16美分,低于2003年的57美分 - 继续使标记项目成为资产和库存跟踪的一种经济有效的方法。

  与无源标签一样,半有源标签将RF能量反射(而不是传输)回标签阅读器以发送识别信息。但是,这些标签还包含为其IC供电的电池。这允许一些有趣的应用,例如当标签中包含传感器时。除静态识别数据外,每个发送应答器还可以传输实时属性,例如温度,湿度和时间戳。通过仅使用电池为简单的IC和传感器供电 - 而不包括发射器 - 半有源标签实现了成本,尺寸和范围之间的折衷。

  通过使用集成电池为标签IC(连同任何传感器)和 RF发射器供电,有源标签更进一步。由于是自供电的,它们可以在更大的读取器到标签范围(高达100米以上)上操作,这也意味着允许货物比无源或半有源标签更快地通过读取器。系统。此外,有源标签可以携带比EPC代码更多的产品信息。

  在不利方面,电池会缩短有源标签的使用寿命,并增加其成本和尺寸。有源标签通常在433 MHz和2.4 GHz工业,科学和医疗(ISM)频段中运行,这些频段可在全球大部分地区使用。因此,随着更多无线和蓝牙®模块中,有源标签与这些设备之间的共存成为一个重要问题。

  在介绍了RFID阅读器的基本功能之后,我们现在考虑如何使用Blackfin型会聚处理器实现阅读器。 RFID阅读器软件架构的三个要素是:后端服务器接口,中间件和前端标签阅读器算法 。虽然不同,但软件架构的所有这些元素可以在单个Blackfin处理器上同时运行。

  通常,RFID阅读器包含一个网络元件 - 有线例如,以太网(IEEE 802.3),无线 a / b / g)或ZigBee (IEEE 802.15.4) - 将单个RFID读取事件连接到中央服务器。中央服务器运行数据库应用程序,其功能包括匹配,跟踪和存储。在许多应用程序中,还存在“警报”功能(供应链和库存管理系统的重新订购触发器,或安全应用程序的警报器警报)。

  顺便提一下,读者围绕运行Clinux(也是 uClinux )的高性能嵌入式处理器构建,与在与后端服务器通信时不具备的优势相比具有明显的优势。强大的TCP / IP堆栈的存在以及SQL数据库引擎的可用性极大地减少了开发过程中的主要集成负担。

  RFID中使用的术语 middleware 与其在其他嵌入式系统中的使用有一些不同的定义。在RFID方面,中间件是前端RFID阅读器和后端企业系统之间的软件转换层。中间件过滤来自阅读器的数据,并确保它没有多次读取或坏数据。在早期的RFID系统中,中间件在服务器上运行,但RFID数据的过滤现在通常在读取器上通过企业网络发送之前进行。这种增加的功能是嵌入式处理器为此应用程序空间带来的另一个优势。

  系统的过滤器和变换密集型信号处理,发生在前面阅读器末端需要具有通常与Blackfin处理器相关的强信号处理性能的设备。

  A / D和D / A转换器现在我们有了RFID系统组件的一般意义,让我们从RFID阅读器的角度关注连接。为了与标签通信,混合信号前端(MxFE ®)IC构成了感兴趣的界面。

  MxFE设备是通用的中频子系统,包括A / D和D / A转换器,低噪声放大器,混频器,AGC电路和可编程滤波器。 I& Q数据的输出流直接连接到处理器并行端口。 ADI公司的MxFE IC系列产品构成了性能最高的窄带接收器,非常适合RFID和其他应用。

  此外,Blackfin处理器还包括并行外设接口(PPI),它可以直接连接到ADC和DAC,如上所述。一些Blackfin处理器包括两个PPI,可以进一步扩展系统功能 - 例如,允许将摄像机连接到RFID阅读器。除了RFID应用之外,这些Blackfin功能对于一维和二维条码应用也特别有吸引力,因为Blackfin能够在同一设备上执行系统控制,网络和图像处理。

  对于RFID应用,单一由于RFID阅读器询问标签的方式,PPI通常是足够的。首先,PPI配置为传输模式,处理器将数字序列发送到DAC。传输的序列被转换为模拟信号,然后被上变频并发送出去激励/唤醒本地RFID标签,然后响应。同时,PPI在少量处理器系统时钟脉冲中被重新配置为接收器(见EE-Note 236),如图3所示。这样,下变频的RF信号可以被ADC采样并进入Blackfin直接。在该图中,每个接收(Rx)和发送(Tx)间隔之间的时间是在系统时钟周期中测量的。经过的时间允许传输的信号到达标签并且标签传输响应。

  在某些RFID应用中,Blackfin处理器本身可以充当服务器 - 例如,何时不需要大数据存储和数据库操作。例如,想象一位年迈的父母戴着带有标签的手。

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