基于有源rfid的动物身份识别与跟踪系统研究

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1、第二章RFID系统基本理论分析与系统方案设计5第二章RFID系统基本理论分析与系统方案设计RFID系统是以射频识别技术为支撑，其数据传输以无线方式来完成，对无线射频的特点及其物理学原理的分析可以为RFID系统的设计打下理论基础。本章首先从射频识别技术的基本概念出发，介绍了其特点及基本组成，阐述了l强ID系统的物理学原理及编码格式，同时对现行的RFID系统作了分类与比较，并就各种I江ID系统的优缺点作了分析。最后就本设计的系统方案进行了深入的分析并给出了整个系统的构架。2．1射频识别技术简介及基本组成2．1．1射频识别

2、系统概念及其特点射频识别技术(＆LdioFrequencyIdemification，RFID)是一种非接触式自动识别技术，它利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目标和交换数据的目的，实现人们对各类物体或人员在不同状态(移动、静止或恶劣环境)下的自动识别和管理。同传统的接触式识别技术和光学识别技术相比，射频识别技术可实现无接触、多标签防冲突操作。例如，它克服了传统接触式识别技术(如插卡式)操作不方便、识别距离近等缺点，并具有光学识别技术(如条形码)所不具备的防水、数据加密、存储数据容量大、存储信息更改简单等

3、特点。目前它正逐渐地被应用于工业自动化、商品流通、动物管理等领域。另外随着大规模集成电路技术的进步以及生产规模的扩大，射频识别技术的产品成本将不断降低，其应用将越来越广泛。2．1．2射频识别系统的基本组成一个基本的射频识别系统由读写器(Rwer)、电子标签(Tag，也称为射频卡)和天线(AmeIula)三部分组成。另外，根据不同的应用目的和场合，还有相应的管理系统I⋯71。其组成框图2．1所示。≮二二≥圈图2—1RFlD系统框图Fig．2-lB10ckdiag瞄mofRFIDsystem2．2RFID技术物理学原理读

4、写器和电子标签之间的数据传输是通过空气介质以无线电波的形式进行的。一般可以用两个参数衡量数据在空气介质中的传播，即数据传输的速度和数据传输的距离。由于电子标签的天线和能量的限制，从应答器发出的无线信号比较微弱，因而信号传输6基于有源RFID的动物身份识别与跟踪系统研究的速度与传输的距离有限。为了实现数据远距离、高速度传输，必须把要传输的数据信号叠加在一个变化规则、信号较强的电波上，这个过程就是调制，规则变化的电波即载波。在RFID系统中，载波一般由读写器发出并进行调制，而实现数据的调制也有许多方法，如用数据信息改变载

5、波的波幅即调幅、改变载波的频率即调频、改变载波的相位即调相。射频识别系统一般采用调幅或调频方式。2．3RFID系统的编码格式射频识别系统从某种角度讲也是一个数字通信系统，它的数据传输含三个主要的功能模块，从读写器到电子标签的传输方向，依次是读写器的信号编码(信号处理)及调制器(载波电路)、传输介质(通路)、以及电子标签中的解调器(载波回路)和信号译码(信号处理)。其中，信号编码系统的作用是使要传输的信息和它的信号尽可能最佳地与传输通道的性能相匹配。它一般又称为基带中的数据编码，这几乎是每个数字通信类系统必备的，一方面

6、是便于数据传输，另一方面是可以对数据进行加密。在IUID系统中常用的编码格式有：NRZ(反向不归零制)编码、曼彻斯特(Mallchester)编码、单极归零制(Umpol盯I辽)编码、差动双相(DBP)编码、米勒(Miller)编码和差动编码【18】。2．4RFlD系统的分类2．4．1按工作频率分类射频电路发送无线信号时所使用的频率被称为RFID系统的工作频率，一般可划分为：低频(30—300l(Hz)、高频(3．30MHz)和甚高频(300MHz．1GHz)以及微波(2．45GHz以上)频段。低频系统多见于短距离、

7、低成本的应用中，如一般的门禁控制、货物跟踪；高频系统多用于需传送大量数据的场合；而对读写距离和读写速度有较高要求的场合，甚高频及以上的系统用的较多，如火车监控、高速公路收费系统等。2．4．2按供电形式分类根据标签的供电形式可分为无源系统和有源系统。无源射频标签不含电池，利用耦合的读写器发射的电磁场能量作为自己的能量，它的重量轻、体积小，寿命可以很长，而且价格低廉，可以制成各种各样的薄卡或挂扣卡；但其发射距离有限，一般是几十厘米到几十米，且需要较大的读写器发射功率【191。有源射频标签使用标签内电池的能量，识别距离较长

8、，可达几十米甚至上百米【201，但是它的寿命较无源标签要短。2．4．3按数据通讯方式分类根据通讯方式的不同可分为主动式、被动式和半主动式。一般来讲，无源系统为被动式，有源系统为主动式。主动式的射频系统用自身的射频能量主动发送数据给读写器，调制方式可为调幅、调频或调相。被动式的射频系统，使用调制散射方式发射数据，它必须利用读写器的载波来调制自己的