1、成績2015-2016學年2學期“射頻識別（RFID）原理與應用”報告報告題目:學生姓名：葉晶專業：物聯網班級：0851303學號：2013212498填表時間：2016年6月RFID標準系統射頻識別技術（RadioFrequencyIdentification,縮寫RFID）,射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術在低頻段基于變壓器耦合模型（初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞），在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型（

2、雷達發射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機）。從上世紀80年代開始逐漸走向成熟的一項自動識別技術。 近年來由于集成電路的快速發展，RFID標簽的價格持續減低，因而在各個領域的應用發展十分迅速。為了更好地推動這一新產業的發展，國際標準化組織ISO、以美國為首的EPCglobal、日本UID等標準化組織紛紛制定RFID相關標準，并在全球積極推廣這些標準。(1)ISO標準體系：RFID標準化工作最早可以追溯到20世紀90年代。1995年國際標準化組織ISO/IEC聯合技術委員會JTCl設立了子委員會SC31（以下簡稱SC31）,負責RFID標準化研究工作。SC31委員會由來自各個國家的代

3、表組成，如英國的BSIIST34委員、歐洲CENTC225成員。他們既是各大公司內部咨詢者，也是不同公司利益的代表者。因此在ISO標準化制定過程中，有企業、區域標準化組織和國家三個層次的利益代表者。RFID領域的ISO標準可以分為以下四大類：1技術標準（如射頻識別技術、IC卡標準等）2數據內容與編碼標準（如編碼格式、語法標準等）3性能與一致性標準（如測試規范等標準）4應用標準（如船運標簽、產品包裝標準等）從ISO制訂的RFID標準內容來說，RFID應用標準是在RFID編碼、空中接口協議、讀寫器協議等基礎標準之上，針對不同使用對象，確定了使用條件、標簽尺寸、標簽粘貼位置、數據內容格式、使用頻段等

4、方面特定應用要求的具體規范，同時也包括數據的完整性、人工識別等其他一些要求。通用標準提供了一個基本框架，應用標準是對它的補充和具體規定。這一標準制訂思想，既保證了RFID技術具有互通與互操作性， 又兼顧了應用領域的特點， 能夠很好地滿足應用領域的具體要求。(2)EPCGlobal標準體系：EPCGlobal是由美國統一代碼協會(UCC和國際物品編碼協會(EAN于2003年9月共同成立的非盈利性組織，其前身是1999年10月1日在美國麻省理工學院成立的非盈利性組織Auto-ID中心，以創建“物聯網”(InternetofThings)為自己的使命。 與ISO通用性RFID標準相比，EPCglob

5、al標準體系是面向物流供應鏈領域，可以看成是一個應用標準。EPCglobal的目標是解決供應鏈的透明性和追蹤性，透明性和追蹤性是指供應鏈各環節中所有合作伙伴都能夠了解單件物品的相關信息，如位置、生產日期等信息。為此EPCglobal制定了EPC編碼標準，它可以實現對所有物品提供單件惟一標識；也制定了空中接口協議、讀寫器協議。這些協議與ISO標準體系類似。在空中接口協議方面，目前EPCglobal的策略盡量與ISO兼容，如C1Gen2UHFRFID標 準 遞 交ISO將 成 為ISO180006C標 準 。 但EPCglobal空中接口協議有它的局限范圍，僅僅關注UHF860930MHz目前EP

6、CglobalNetwork技術規范1.0版給由了所有的系統定義和功能要求。EPCGlobal已在加拿大、日本、中國等國建立了分支機構，專門負責EPC碼段在這些國家的分配與管理、EPC相關技術標準的制定、EPC相關技術在本土的宣傳普及以及推廣應用等工作。EPCGlobal提由的“物聯網”體系架構由EPC編碼、EP的簽及讀寫器、EPC中間件、ONS服務器和EPCIS服務器等部分構成。EPC是賦予物品的唯一的電子編碼，其位長通常為64位或96位，也可擴展為256位。對不同的應用，規定有不同的編碼格式，主要存放企業代碼、商品代碼和序列號等。最新的GEN源準的EPC編碼可兼容多種編碼。EPC中間件對讀

7、取到的EPC編碼進行過濾和容錯等處理后，輸入到企業的業務系統中。它通過定義與讀寫器的通用接口(API)實現與不同制造商的讀寫器的兼容。ONS!務器根據EPC編碼及用戶需求進行解析，以確定與EPC編碼相關的信息存放在哪個EPCIS服務器上。EPCIS服務器存儲并提供與EPC相關的各種信息。這些信息通常以PML的格式存儲，也可以存放于關系數據庫中。物聯網標準是EPCglobal所特有的，ISO僅僅考慮自動身份識別與數據采集的相關標準，數據采集以后如何處理、共享并沒有作規定。物聯網是未來的一個目標，對當前應用系統建設來說具有指導意義。(3)UbiquitousIDUbiquitousIDCenter

8、是由日本政府的經濟產業省牽頭，主要由日本廠商組成，目前有日本電子廠商、信息企業和印刷公司等達300多家參與。該識別中心實際上就是日本有關電子標簽的標準化組織。uIDCenter的泛在識別技術體系架構由泛在識別碼(ucode)、信息系統服務器、泛在通信器和ucode解析服務器等四部分構成。ucode是賦予現實世界中任何物理對象的唯一識別碼。它具備了128位的充裕容量，并可以用128位為單元進一步擴展至256、384或512位。ucode的最大優勢是能包容現有編碼體系的元編碼設計，可以兼容多種編碼。ucode標簽具有多種形式，包括條碼、射頻標簽、智能卡、有源芯片等。泛在識別中心把標簽進行分類，設立

9、了9個級別的不同認證標準。信息系統服務器存儲并提供與ucode相關的各種信息。ucode解析服務器確定與ucode相關的信息存放在哪個信息系統服務器上。ucode解析服務器的通信協議為ucodeRP和eTP,其中eTP是基于eTron(PKI)的密碼認證通信協議。泛在通信器主要由IC標簽、標簽讀寫器和無線廣域通信設備等部分構成，用來把讀到的ucode送至ucode解析服務器，并從信息系統服務器獲得有關信息。泛在識別中心對網絡和應用安全問題非常重視，針對未來可能由現的安全問題如截聽和非法讀取等，節點進行信息交換時需要相互認證，而且通信內容是加密的，避免非法閱讀。目前，ISO/IEC18000、E

10、PCglobal、日本UID三個空中接口協議正在完善中。這三個標準相互之間并不兼容，主要差別在通訊方式、防沖突協議和數據格式這三個方面，在技術上差距其實并不大。RFID機器人定位研究RFID技術利用無線射頻信號在讀寫器與標簽之間進行數據通信，射頻信號具有一定的穿透性，解決了機器人定位于地圖創建過程中傳感器非視距的問題。提生了一種新穎的利用周圍環境中少量的位置未知的標簽來估算生計機器人位置的方法，并利用粒子濾波算法來增強算法的魯棒性。 同時， 還引入了RFID天線功率切管器來提高地圖創建的精確性，降低了機器人定位差。最后通過定量分析影響效果3個主要因子，證明了這種定位方法具有較高的定位精度。射頻

11、識別技術是近年來興起的一門自動識別技術。與傳統的條形碼系統，接觸式卡等不同，射頻識別系統李勇無線射頻方式非接觸供電，并進行非接觸雙向數據通信，以達到識別并交換數據的目的；識別工作無須入工干預，可工作于各種惡略的環境。現在工業現場使用大量工程機器人，其中固定軌道機器人最為常見。頂軌跡機器人的一個基本要求就是能夠根據要求成自我定位，是機器人無論是在機構化或非結構化的環境里都能按照設定的路線和周圍環境的位置關系，根據任務作由正確的決定和路徑選擇。移動機器人按照其運動軌跡的不同，可分為靜態路徑和動態路徑兩種，也可以根據對環境信息掌握的程度不同將移動技巧其人的路徑規劃分為全局路徑規劃和局部路徑規劃。由于

12、RFID讀取器對標簽的距離不可知，導致RFID定位產生固有誤差。所以為了降低位置估計的誤差，很多學者進行了研究。CHAEJ巴主動RFID標簽作為人造環境特征進行全局定位，并結合視覺傳感器進行局部地圖匹配完成了移動機器人的室內定位。DEY-LE使用多接收天線的粒子濾波模型完成室內移動機器人的位置估。BYOUNG-SU結合被動RFID標簽和里程計有效降低了RFID定位的固有誤差。SOONSHIN使用三角型地板標簽排列模型代替傳統的正方形模型把固有誤差降低18%MYUNGSI使用主動RFID標簽和超聲傳感器完成了目標尋找和避障實驗。TOSHI-HIRO使用多范圍感知RFID模型對機器人位姿進行估計。

13、可見許多研究人員都是結合相對傳感器或絕對傳感器的應用來消除RFID的估計誤差的，這是一個可行的思路。筆者研究室內地板被動RFID標簽定位模型，YOSUK提由該模型的定位精度依賴室內標簽的埋放密度，不能消除RFID定位的固有誤差。為了解決這個問題，提由融合RFID、超聲波、電子羅盤和里程計自定位的方法，在RFID定位的基礎上附加一種定位系統，以補償RFID定位的缺陷。擴展卡爾曼濾波(EKF)是一種用于機器人位姿跟蹤的常用定位方法，在正常情況下可以很好地跟蹤機器人位姿。當移動機器人沒有檢測到新的RFID標簽時，單純的RFID定位系統的位姿無法更新，位姿估計的誤差可能被累積。而利用超聲波、電子羅盤和

14、里程計組成的擴展卡爾曼定位系統，可以及時更新位姿，從而有效降低RFID技術上的缺陷，減小RFID定位誤差。RFID基本組成：RFID標簽(Tag):由芯片與天線組成，每個標簽具有唯一的電子編碼。標簽附著在物體上以標識目標對象。RFID閱讀器(Reader):主要任務是控制射頻模塊向標簽發射讀取信號，并接收標簽的應答，將對象標識信息連帶標簽上其它相關信息傳輸到主機以供處理。RFID數據處理單元：主要任務管理數據庫及防沖突等。典型RFID定位系統當移動機器人行走時，所裝備的RFID讀取器的有效讀取覆蓋范圍如圖1所示， 所有檢測到的RFID標簽在以r為半徑的圓內。 定位開始時，移動機器人通過讀取器獲

15、取在讀取范圍內的標簽定位信息來估計自身位置，直到檢測到新的標簽，再對位置估計進行更新。RFID定位平面圖如圖2所示，從圖2可知，機器人的位置估計(xest,yest)可以通過讀取范圍內標簽存儲的定位信息來估計：Xi=；.I)max(ylh,yN)-min(yl,爐X=(2)式中，H為讀取范圍內的標簽個數二i、 戶、 酬、/等為標簽內存儲的定位信息.圖1RFID茸取器的有效讀取范圍RFID位置估算誤差：在這種位置估計的過程中差與RFID標簽的排列距離息息相關，RFID定位誤差示意圖如圖3所示。 每個標簽存儲的地理信息為al到an+1,并且標簽的距離固定為dtago從圖4可以得到位置估計x軸xes

16、t與機器人實際坐標的xrel誤差。基于擴展卡爾曼濾波的RFID定位算法移動機器人融合RFID、超聲波、電子羅盤和里程計自定位，補償了RFID定位系統的固有誤差，算法流程如圖4所示。其思路分兩步：固有誤差始終存在。定位誤瑪;RFID定位平面圖機圈人標等EtFlD 標箓屋三RF1D定仁法建示意國擴展卡爾曼定位擴展卡爾曼算法假設系統狀態的概率分布是高斯分布,噪聲是相互獨立的。初始化移動機器人狀態X0 x0,y0,e0,誤差協方差矩陣P0,機器人行駛時基于運動模型預測位置xA(k+1/k)=fx(k/k),P(k+1/k)=F(k)P(k/k)F(k)T+Q(k),的雅可比矩陣傳感器的預測值為對觀測的

17、環境特征產生預測觀測值=z(k+1)-z(k+1)。測 量 預 測 與 觀 測 間 的 新 息 的 協 方 差 矩 陣 為S(k+1)=H(k)P(k+1/k)H(k)T+R(k),H為測量方程中h的雅可比矩陣。計算卡爾曼增益矩陣：K(k)=P(k+1/k)H(k)TS(k+1)-1,并利用增益矩陣更新機器人的位置預估:x(k+1/k+1)=x(k+1/k)+K(k)(k+1),協方差矩陣更新為：P(k+1/k+1)=I-K(k)H(k)P(k+1/k)。(2)檢測到新的RFID標簽時，對位姿進行更新。當移動機器人持續行駛時，一旦檢測到新的標簽,RFID定位就更新位置估計。 這樣填補了RFID

18、定位位置更新之間的空白， 消除了RFID定位位置更新之間的誤差累積， 并且超聲傳感器對環境特征的匹配也會減少定位的誤差。基于RFID射頻技術簽到器設計當下，很多公司在上班登記的時候，仍采用傳統的手工簽到方式通協方差其中F(k)=f(k)z(k+1)=hx(k+1/k),并產生新息為矩陣為f(k)用來(k+1)過人事部門工作人員核對參會人員身份，一旦公司的規模達到一定程度，便會由現工作效率低，不便于自動化統計等情況。因此，如何對參會人員進行身份識別和統計，成為了會議組織管理工作中的的一個核心問題。此次設計的RFID簽到系統由RFID讀寫器、服務器、PC機或移動終端等部分構成，RFID讀寫器在完成

19、發卡環節的基礎上，將采集到的員工信息通過上傳到網絡服務器，用戶通過Web或移動終端就可以獲取參會情況的相關信息。RFID卡技術基于RFID技術的智能開放式的考勤系統可以讓每人佩帶一張工作牌（內含RFID電子標簽卡），無論何時進入公司入口，無需主動刷卡即可實現自動簽到，從而實現對員工的自動簽到、人員信息自動顯示、簽到信息統計等功能，為公司省去了大量的人力、物力、財力，也為公司人員省去了大量時間。考勤系統中，員工需要刷卡考勤，考勤卡是基于RFID技術的射頻卡。RFID（射頻識別）技術是一種無線射頻識別技術，俗稱電子標簽。RFID系統主要由三部分組成，分別是接收讀取器（Reader）、天線（Antenna）以及電子標簽（Tag）。電子標簽主要由芯片和耦合元件組成，數據信息存在芯片內部。接收讀取器是讀取電子標簽信息的設備。天線主要用于與信息讀取設備間通信，它可以在接收讀取器和電子標簽之間傳遞射頻信號。其工作原理是當電子標簽進入接收讀取器的有效區域后，會感應到接收讀取器發生的射頻信號，電子標簽通過電磁感應獲取能量并工作，同時，