內容簡介
無綫射頻識彆(RFID)技術是物聯網應用技術中的主流技術,被譽為21世紀最有應用和市場前景的十項技術之一,因其應用廣泛的重要地位,使之成為物聯網工程專業的主乾課程。
《無綫射頻識彆(RFID)工程實踐/普通高校“十二五”規劃教材》結閤自主開發的RFID實驗研發平颱,詳細闡述瞭在主流工作頻率125kHz、13.56MHz、900MHz與微波2.4GHz應用下的RFID的操作原理和開發實踐,使讀者對RFID技術有一個更深刻的認識,並能夠更好地應用RFID技術。
《無綫射頻識彆(RFID)工程實踐/普通高校“十二五”規劃教材》側重於工程實踐,針對具體應用提供瞭閱讀器、應答器和天綫的設計以及軟、硬件的實現方法,不僅能為本科生、專科生提供教學實踐指導,同時還能為研究生和科研工程人員提供工程實踐參考。
內頁插圖
目錄
第1章 射頻識彆技術概論
1.1 射頻識彆技術及特點
1.2 射頻識彆的基本原理
1.2.1 RFID的基本交互原理
1.2.2 RFID的耦閤方式
1.2.3 RFID的工作頻率
1.3 射頻識彆的應用構架
1.3.1 RFID應用係統的組成
1.3.2 應答器(射頻卡和標簽)
1.3.3 閱讀器(讀寫器和基站)
1.3.4 天綫
1.3.5 高層
1.4 RFID技術的應用
第2章 RFID的ISO/IEC標準
2.1 RFID標準概述
2.1.1 標準的作用和內容
2.1.2 RFID標準的分類
2.1.3 ISO/IEC製定的RFID標準概況
2.1.4 RFID標準多元化的原因
2.2 ISO/IEC的RFID標準簡介
2.2.1 非接觸式IC卡標準
2.2.2 物品識彆標準
2.3 ISO/IEC 14443標準
2.3.1 ISO/IEC 14443-1物理特性
2.3.2 ISO/IEC 14443-2射頻能量和信號接口
2.3.3 ISO/IEC 14443-3防碰撞協議
2.3.4 ISO/IEC 14443-4傳輸協議
2.4 ISO/IEC 15693標準
2.4.1 空中接口與初始化
2.4.2 傳輸協議
2.4.3 防碰撞
2.5 ISO/IEC 18000-6標準
2.5.1 TYPE A模式
2.5.2 TYPE B模式
第3章 基於RFID的物聯網
3.1 RFID和物聯網
3.2 物聯網的誕生曆史
3.3 國內外RFID物聯網現狀
3.3.1 國外現狀
3.3.2 國內現狀
3.4 RFID物聯網應用的市場前景
3.5 RFID物聯網組件
3.5.1 RFID物聯網信息服務(IOT-IS)
3.5.2 RFID物聯網名稱解析服務(IOT-NS)
3.5.3 RFID物聯網中間件服務(IOT-MWS)
3.5.4 物聯網中的RFID編碼及射頻識彆
3.6 RFID物聯網關鍵技術
3.6.1 RFID物聯網編碼
3.6.2 識彆和防碰撞問題
3.6.3 RFID物聯網安全
3.7 物聯網工作流程舉例
第4章 RFID教學實驗平颱
4.1 硬件開發平颱
4.1.1 係統控製主闆
4.1.2 仿真器
4.1.3 液晶模塊
4.1.4 RFID-125 kHz-Reader 125 kHz低頻RFID模塊
4.1.5 RFID-13.56 MHz-Reader 13.56 MHz高頻RFID模塊
4.1.6 RFID-900 MHz-Reader 900 MHz超高頻RFID模塊
4.1.7 RFID-ZigBee-Reader 2.4 GHz微波RFID模塊
4.1.8 RFID-ZigBee-Tag 2.4 GHz微波RFID標簽模塊
4.2 係統控製主闆
4.2.1 係統控製主闆概覽
4.2.2 係統控製主闆的供電
4.2.3 係統控製主闆上的各種連接座
4.2.4 係統控製主闆上的RFID選擇撥碼開關
4.2.5 係統控製主闆上的按鍵
4.2.6 係統控製主闆上的JTAG調試接口
4.2.7 係統控製主闆上的USB接口
4.2.8 係統控製主闆上的其他人機接口
4.3 仿真器
4.3.1 MSP430仿真器
4.3.2 CC2530仿真器
4.4 RFID-125 kHz-Reader 125 kHz低頻RFID模塊
4.5 RFID-13.56 MHz-Reader 13. 56 MHz高頻RFID模塊
……
第5章 無綫射頻識彆技術實驗
附錄
參考文獻
前言/序言
隨著人們對物聯網概念和技術的深入瞭解與認識,對物品屬性的定位和跟蹤成為社會廣泛的需求,無綫射頻識彆(RFID)技術具有對無綫電射頻應用的物品數據可讀可寫的功能,使用方便、衛生、永久,因而受到人們的青睞,成為物聯網應用中的核心技術。
RFID技術的應用最早可以追溯到第二次世界大戰時期,美軍將該技術用於識彆盟軍的飛機。目前,RFID技術已應用於我們的日常生活中,如非接觸式就餐卡、車輛防盜係統、道路自動收費係統、門禁係統、身份識彆係統,等等。特彆是隨著近幾年零售業和物流行業信息化的不斷深入,使得這些行業越來越依賴於應用信息技術來控製庫存,改善供應鏈管理,降低成本,提高工作效率,這為RFID技術的應用和快速發展提供瞭極大的市場空間。
RFID技術被譽為21世紀最有應用和市場前景的十項技術之一。本書主要介紹RFID原理、技術及其在工業、生活中的應用,以此使讀者對RFID技術有一個更深刻的認識,並能夠更好地應用RFID技術。同時,本書結閤自主開發的RFID實驗研發平颱,詳細闡述瞭主流工作頻率下的RFID開發和操作原理,這對於進行RFID實踐有較大的幫助。
全書共分五章。第1章幫助讀者初步瞭解RFID技術的基本概念;第2章介紹RFID標準的基礎理論和幾種不同標準的內容;第3章介紹RFID在物聯網中的應用;第4章給齣實驗平颱,通過對軟、硬件的介紹,分析討論在主流工作頻率125kHz、13.56MHz、900MHz與微波應用下的閱讀器、應答器和天綫的設計,並提供軟、硬件實現的方法;第5章詳細介紹實驗指導過程。
本書由江南大學物聯網工程學院的彭力教授主編,江南大學的吳治海博士、聞繼偉博士、李穩高工和馮偉工程師以及研究生韓瀟、賈雲龍、高雪、董國勇、盧曉龍和吳凡等參加瞭圖書編寫和實驗平颱開發工作。在此嚮他們錶示感謝;同時感謝物聯網應用技術教育部工程研究中心和江南感知能源研究院的資助。
圖書簡介: 《智能識彆技術:原理、應用與發展趨勢》 引言 我們生活在一個信息爆炸的時代,對物體的識彆、追蹤和管理的需求日益增長。從日常生活中的商品溯源,到工業生産的自動化流水綫,再到公共安全領域的資産管理,對“物”的精確識彆能力正以前所未有的速度提升著社會的運行效率和智能化水平。而在這場科技革命的浪潮中,一項關鍵技術——智能識彆技術——正扮演著越來越重要的角色,它以前瞻性的洞察力,勾勒齣萬物互聯時代的精彩圖景。 本書《智能識彆技術:原理、應用與發展趨勢》正是為瞭係統地梳理和闡述這項極具潛力的技術而編著。它旨在為讀者提供一個全麵、深入且富有前瞻性的認知框架,幫助理解智能識彆技術的核心原理,洞悉其廣泛的應用場景,並預測其未來的發展走嚮。我們深信,掌握瞭智能識彆的精髓,便能更好地把握未來科技發展的脈搏。 第一部分:智能識彆技術的核心原理 智能識彆技術並非單一的技術孤例,而是多個相關技術領域相互融閤、協同發展的綜閤體現。本部分將逐一剖析構成智能識彆體係的基石,確保讀者對技術的底層邏輯有清晰的認識。 1. 傳感技術:獲取“物”的原始信息 智能識彆的首要環節在於“感知”。傳感器是連接物理世界與數字世界的橋梁,它能夠將物理量(如溫度、壓力、光照、位置、形態等)轉化為電信號,進而被計算機係統讀取和處理。 種類繁多,功能各異: 我們將詳細介紹各類主流傳感器,包括但不限於: 光學傳感器: 如CCD、CMOS圖像傳感器,用於捕捉圖像信息,是條形碼、二維碼、機器視覺識彆的基礎。 聲學傳感器: 用於檢測聲音信號,在語音識彆、聲紋識彆領域發揮作用。 生物傳感器: 監測生物體徵,如指紋、虹膜、麵部特徵等,是生物識彆技術的關鍵。 磁性傳感器: 檢測磁場變化,在磁條讀寫、某些類型的傳感器標簽中應用。 化學傳感器: 檢測特定化學物質,用於環境監測、食品安全等。 位置傳感器: 如GPS、慣性測量單元(IMU),用於確定物體在空間中的位置和姿態。 工作原理與性能指標: 對每類傳感器的基本工作原理進行深入淺齣的講解,並介紹關鍵的性能指標,如精度、分辨率、響應時間、靈敏度、穩定性等,幫助讀者理解傳感器的優劣及其適用性。 信號處理與特徵提取: 傳感器輸齣的原始信號往往需要經過預處理和特徵提取,纔能被後續的識彆算法所利用。我們將探討信號濾波、降噪、歸一化以及常用的特徵提取方法(如邊緣檢測、紋理分析、關鍵點提取等)。 2. 數據編碼與標識技術:賦予“物”獨特的身份 一旦獲得瞭“物”的原始信息,就需要為其賦予一個獨特的、可識彆的“身份”。數據編碼和標識技術正是實現這一目標的核心。 條形碼與二維碼: 作為目前最普及的識彆技術之一,條形碼和二維碼憑藉其成本低廉、易於實現等特點,在零售、物流、倉儲等領域得到瞭廣泛應用。 發展曆程與演變: 從一維條形碼到二維矩陣碼(如QR碼、Data Matrix),詳細介紹其編碼方式、結構特點、信息容量以及抗糾錯能力。 掃描技術與設備: 闡述條形碼/二維碼掃描器的基本原理,包括激光掃描、影像掃描等,以及移動設備(如智能手機)在二維碼識彆中的應用。 標簽技術(Tagging Technologies): 除瞭可見的條形碼/二維碼,許多識彆技術依賴於在物體上附加非可見的“標簽”。 磁性條技術: 講解磁條卡的工作原理、編碼方式以及其在金融、交通等領域的應用。 光學標記技術: 介紹其他形式的光學標記,如水印、衍射標記等,及其在防僞和産品追溯中的作用。 (此處重點提及,但詳細內容將在後續章節深入) 無綫射頻識彆(RFID)技術: 雖然本書不是專門介紹RFID,但其作為一種重要的智能識彆技術,其基本原理與優勢將在此處進行概覽,為後續的更廣泛的智能識彆技術應用打下基礎。我們將簡要介紹RFID標簽的構成(天綫、芯片)、讀寫器的工作方式、通信協議等,並強調其非接觸、遠距離、可批量讀取的特點。 3. 識彆算法與模式識彆:讓機器“懂得”信息 采集到帶有身份標識的數據後,識彆算法是實現“智能”識彆的關鍵。這涉及到讓機器能夠理解、分類和辨識這些數據。 機器學習與深度學習: 近年來,機器學習和深度學習在模式識彆領域取得瞭突破性進展,為智能識彆帶來瞭前所未有的能力。 監督學習與無監督學習: 介紹基礎的機器學習算法,如支持嚮量機(SVM)、決策樹、K-means聚類等,並說明它們在物體分類、特徵匹配中的應用。 神經網絡與捲積神經網絡(CNN): 深入講解神經網絡的基本結構和工作原理,特彆是CNN在圖像識彆、物體檢測方麵的強大能力。 循環神經網絡(RNN)與自然語言處理(NLP): 闡述RNN在序列數據處理中的優勢,並說明其在語音識彆、文本識彆等領域的應用。 傳統模式識彆技術: 盡管機器學習占據主導,但一些傳統的模式識彆方法仍然具有重要的參考價值。 模闆匹配: 通過將待識彆對象與預設模闆進行比對來實現識彆。 特徵匹配: 提取關鍵特徵點,然後進行匹配比對。 數據融閤與多模態識彆: 現實世界中的識彆任務往往需要整閤來自不同傳感器或不同類型數據的信息,以提高識彆的準確性和魯棒性。我們將探討如何融閤圖像、聲音、文本、位置等多種信息源。 第二部分:智能識彆技術的廣泛應用 智能識彆技術並非停留在理論層麵,而是已經滲透到我們生活的方方麵麵,深刻地改變著各行各業的運作模式。 1. 商業與零售:提升效率,優化體驗 庫存管理與商品追蹤: 自動識彆商品,實現庫存實時更新,減少盤點誤差,提高供應鏈效率。 自助結賬與移動支付: 通過識彆商品條形碼或二維碼,實現快速便捷的結賬體驗。 精準營銷與個性化推薦: 分析顧客的購買行為和偏好,提供個性化的産品推薦和服務。 防僞溯源: 確保産品的真實性,追蹤産品從生産到銷售的 entire path,維護品牌信譽。 2. 物流與倉儲:智慧化運營的核心驅動 貨物自動分揀與識彆: 在自動化倉庫中,通過智能識彆技術實現貨物的快速準確分揀和入庫/齣庫。 在途貨物追蹤: 實時監控貨物的位置和狀態,提高物流透明度。 集裝箱與托盤管理: 自動化管理物流單元,提升倉庫運營效率。 3. 工業製造:邁嚮智能工廠 生産綫自動化: 識彆零部件、半成品和成品,實現生産流程的自動化控製和質量檢測。 設備狀態監測與預測性維護: 通過傳感器識彆設備運行狀態,預測潛在故障,減少停機時間。 人員與物料追蹤: 提高車間內人員和物料的調度效率與安全性。 4. 交通與齣行:安全、便捷、高效 車輛識彆與管理: 車牌識彆、ETC係統等,用於交通流量監測、收費管理和車輛追蹤。 公共交通係統: 乘客身份識彆、車輛調度優化。 智能導航與定位: 結閤位置傳感器和識彆技術,提供更精準的導航服務。 5. 公共安全與智慧城市:構建安全可靠的環境 身份識彆與門禁管理: 提高安全等級,控製人員進齣。 資産追蹤與管理: 對重要的公共設施、設備進行追蹤,防止丟失和損壞。 環境監測與智能安防: 識彆非法入侵、異常行為,保障城市安全。 智能醫療: 患者身份識彆、醫療器械追蹤、藥品溯源。 第三部分:智能識彆技術的發展趨勢與挑戰 隨著技術的不斷演進,智能識彆技術正朝著更加智能化、集成化、普適化的方嚮發展,同時也麵臨著一些挑戰。 1. 技術發展趨勢: 多模態融閤與跨模態識彆: 更加注重不同傳感器和數據源的深度融閤,實現更全麵、更精準的識彆。 邊緣計算與實時處理: 將識彆計算能力下沉到設備端,實現更快的響應速度和更低的延遲。 人工智能與機器學習的深度應用: AI技術的進步將不斷提升識彆算法的準確性、魯棒性和自適應性。 生物識彆技術的普及與安全增強: 指紋、麵部、虹膜、聲紋等生物識彆技術將更加成熟,並與其他識彆方式結閤,提升安全性。 物聯網(IoT)與5G的賦能: 物聯網提供瞭海量的數據源和連接能力,5G則為高速、低延遲的數據傳輸提供瞭保障,將極大地推動智能識彆技術的應用。 無感識彆與自然交互: 追求無需用戶主動配閤即可完成的識彆,實現更自然、更便捷的人機交互。 2. 麵臨的挑戰: 數據隱私與安全: 隨著識彆技術的廣泛應用,如何保護個人隱私和數據安全成為關鍵問題。 標準化與互操作性: 不同廠商、不同技術之間的標準化問題仍需解決,以促進技術的互聯互通。 成本與部署難度: 一些先進的識彆技術在成本和部署方麵仍存在挑戰,限製瞭其大規模普及。 算法的魯棒性與抗乾擾能力: 在復雜、多變的實際環境中,識彆算法需要具備更強的魯棒性和抗乾擾能力。 倫理與社會影響: 智能識彆技術的應用也引發瞭一些關於倫理、就業和社會公平的討論,需要審慎對待。 結語 《智能識彆技術:原理、應用與發展趨勢》力求以條理清晰、內容詳實的敘述,引領讀者穿越智能識彆技術的浩瀚星辰。從微觀的傳感器原理到宏觀的應用場景,從當前的技術現狀到未來的發展藍圖,本書都進行瞭深入的探討。我們相信,通過對本書的學習,讀者將能夠深刻理解智能識彆技術的力量,把握其未來發展的脈絡,並在各自的領域中,成為這項變革性技術的積極踐行者和創新者。