物联网三层架构

  RFID应用

RFID 概述

         射频识别，Radio Frequency Identification  无线射频识别，一种通信技术，通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立 机械或 光学接触

           一套RFID硬件由 Reader 与 Transponder 组成。

          工作原理：由Reader发射一特定频率之无限电波给Transponder，驱动Transponder电路将 内部的ID code发送出去，Reader接收ID code。

          Transponder 可免电池，免接触，免刷卡，且芯片密码为世界唯一无法复制，安全性高，寿命长

 RFID的工作原理

           电子标签：射频标签，应答器，数据载体；

           阅读器：读出装置，扫描器，通讯器，读写器（取决于电子标签是否可以无线改写数据）

           电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合，在耦合通道中，根据时序关系，实现能量的传递，数据的交换

   RFID中间件

          中间件（middleware）解决分布异构问题

         中间件是位于平台（硬件和操作系统）和应用之间的通用服务，这些服务具有标准的程序接口和协议

         对不同的系统和硬件平台，它有符合接口和协议规范的多种实现

 RFID中间件的特点

        独立于架构（Insulation Infrastructure）

                   RFID中间件独立介于RFID读写器与后端应用程序之间，并且能够与多个RFID读写器以及多个后端应用程序连接，以减轻架构与维护的复杂性

        数据流（Data Flow）

                RFID目的在于将实体对象转换为信息环境下的虚拟对象，数据处理是RFID重要的功能

                RFID中间件具有数据的搜集，过滤，整合，传递等特性，以便将正确的对象信息转到企业后端的应用程序

         处理流（Process Flow）

                RFID中间件采用程序逻辑及存储再转送（Store — and— Forward）功能来提供顺序的信息流，具有数据流设计与管理的能力

 RFID中间件的意义

            RFID中间件是一种面向消息的中间件，消息（Information）是以消息（Message）的形式

           面向消息的中间件包含功能：传递（Passing）消息，解译数据，安全性，数据广播，错误恢复，定位网络资源，找出符合成本的路径，消息与要求的优先次序以及延伸的除错

RFID频率分类

      RFID的工作频率有 低频，高频，超高频，微波  ，不同的频率的RFID产品有不同的特性

        125KHz ~134KHz              低频

        13.56 MHz                          高频

        860 MHz ~ 915 MHz          超高频

        2.4GHz ~ 5GHz                  微波

RFID 低频

         工作在低频的感应器的一般工作频率从 120KHz ~ 134KHz ，TI 的工作频率为 134.2KHz 。该频段的波长为 2500m

         除金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离

         工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制

         低频产品有不同的封装形式，好封装就贵，寿命长

         该频率的磁场区域下降快，但能产生相对均匀的读写区域

         相比其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢

         感应器比其他频段的贵

  RFID低频的主要应用

            畜牧业的管理系统

            汽车防盗和无钥匙开门系统的应用

            马拉松赛跑系统的应用

            自动停车场收费和车辆管理系统

            自动加油系统应用

            酒店门锁系统的应用

           门禁和安全管理系统

  RFID低频符合的国际标准

          ISO  11784            RFID    畜牧业的应用 - 编码结构

          ISO   11785           RFID    畜牧业得应用  技术理论

          ISO  14223 - 1       RFID    畜牧业的应用  空气接口

          ISO    14223 - 2     RFID    畜牧业的应用  协议接口

          ISO    18000 - 2                 定义低频的物理层，防冲撞和通讯协议

          DIN   30745                      主要是欧洲对垃圾管理应用定义的标准

RFID高频

       工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m

       除金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但往往会降低读取距离，感应器需要离开金属一段距离

        感应器为电子标签形式

        该系统具有防冲撞特性，可同时读取多个电子标签

RFID高频主要应用

       图书管理系统的应用

       酒店门锁的管理和应用

      医药物流系统的管理和应用

       智能货架的管理

RFID超高频特性

RFID微波

      RFID微波段的性能

            它是一个全球性的频段，开发产品具有全球通用性

            它整体的频宽胜于其他ISM频段，提高整体数据传输速率，允许系统共存

            2.4GHz无线电和无线的体积相对小，产品体积小

        RFID微波2.4GHz 频段 的主要应用

             船舶管理系统

             煤炭人员定位系统

            动态车辆识别系统

            微型胶囊内窥镜系统

  RFID 微波2.4GHz频段的无线技术标准

          ZigBee/IEEE 802.15.4  : Zigbee技术是一项兴起的短距离无线通信技术，主要面向的应用领域是低频速率无线个人局域网（LRWPAN）,经典特征是近距离，低功耗，低成本，低传输速率，主要适用于自动控制以及远程控制领域，目的是为了满足小型廉价设备的无线联网和控制.

         WIFI/IEEE 802.11b : WIFI即无线局域网，工作在2.4GHz频段，用于学校，商业等办公区域的无线连接技术，传输速率可达到 11 Mbit/s，工作距离 100m，采用直接序列扩频（DDS）的方式。采用WIFI主要推动因素是数据吞吐量，WIFI一般用来将电脑与本地局域网相连或直接与互联网相连。

   RFID发展历程

          RFID直接继承雷达的概念，并由此发展出一种AIDC新技术 ---- RFID技术

         1948年，哈理，发表“利用反射功率的通讯”奠定射频识别RFID的理论力量

电子标签的概叙

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 ISO14443 - A 协议

      ISO14443协议是 Contactless card standards（非接触式IC卡标准）协议

             第一  物理特性     第二  频谱功率和信号接口     第三  初始化和防冲突算法   第四   通讯协议

       引用标准

          ISO/IEC 3309: 1993 信息技术—系统间的远程通信和信息交换-高级数据链接控制（HDLC）规程-帧结构

          ISO/IEC 7810：1995 识别卡 物理特性ISO/IEC 7816-3 识别卡 带触点的集成电路卡 第3部分 电信号和传输协议

          ISO/IEC 7816-4：识别卡 带触点的集成电路卡 第4部分 行业间交换用命令

         ISO/IEC 7816-5：识别卡 带触点的集成电路卡 第5部分：应用标识符的编号体系和注册规格

         IEC 61000-4-2  电磁兼容性（EMC）第4部分：测试和测量技术 第2节：抗静电放电测试

         ISO/IEC 10373-6 识别卡—测试方法

         ISO/IEC 14443：1997 识别卡 - 非接触式集成电路卡 - 接近式卡

  14443术语

       接近式卡 Proximity card (PICC)

       接近式耦合设备 Proximity coupling device (PCD)

       防冲突环 anticollision loop  

        比特冲突测试协议 bit collision detection protocl

       冲突 collision

        帧 frame

初始对话

       PICC初始对话

         PICC的初始对话PCD和PICC之间的初始对话通过下列连续操作

              PCD 的 RF 工作场激活 PICC

              PICC 静等来自PCD的命令

              PCD 传输命令

             PICC 传输响应

     这些

         PCD应产生给能量的 RF 场 ，为传送功率，该RF场 与 PICC 进行耦合，为了通信，该RF场应被调制

         RF工作场频率（fc）为 13.56MHz +- 7kHz

REQA 和 WAKE-UP 帧

        请求和唤醒帧用来初始化通信并按下次序组成

             通信开始

             7 个数据位开始

             LSB 首先发送

            标准REQA 的数据内容是 0x26，WAKE-UP 请求的数据内容是 0x52

           通信结束，不加奇偶校验位

      标准帧 Standard frame

           标准帧用于数据交换并按以下次序组成

                  通信开始

                  n * （8 个数据位 + 奇数奇偶校验位），n >= 1

                  每个数据字节的LSB首先被发送

                  每个数据字节后面跟随一个奇数奇偶校验位

                 通信结束

面向比特的防冲突帧

     NVB 

            长度：1字节

           较高4位叫 字节计数

            较低4位叫 比特计数

     命令

           PCD用于管理与几个PICC通信的命令是

REQA             0x26
WAKE-UP          0x52
ANTICOLLISION    0x93  0x97
SELECT
HALT             0x50

     ANTICOLLISION命令和 SELECT命令

         这些命令在防冲突环期间使用

         ANTICOLLISION 和 SELECT命令由下列内容组成

                选择代码SEL （1 字节）

                有效位的数目NVB （1 字节）

                根据NVB的值，UID CLn的 0 到 40 个数据位

          SEL规定了串联级别CLn

          NVB规定了PCD所发送的CLn的有效位的数目

           注 : 只要NVB没有规定40个有效位，若 PICC保持在 READY 状态中，该命令被为ANTICOLLISION 命令

           如果NVB规定 UID CLn 的 40个数据位（NVB = 70）则添加CRC_A , 该命令为 SELECT 命令

HALT命令

   HALT命令由四个字节组成并应使用标准帧来发送

                PICC 在 HALT 帧 结束后 1ms 周期期间以任何调制表示响应

基于14443-A 的操作帧格式

                 请求卡                 0x26

                 唤醒所有卡         0x52

                 防冲突                 0x93 0x20     得到卡ID

                选择卡片               0x93  0x70  ID1,ID2,ID3,ID4  checksum ，CRC16

Coding of SEL

RC522