基于ZIGBEE和RFID結(jié)合的物流管理系統(tǒng)分析

前言：

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中有三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

1、傳感器技術(shù)：這也是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。大家都知道，到目前為止絕大部分計(jì)算機(jī)處理的都是數(shù)字信號。自從有計(jì)算機(jī)以來就需要傳感器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號計(jì)算機(jī)才能處理。

2、RFID標(biāo)簽：也是一種傳感器技術(shù)，RFID技術(shù)是融合了無線射頻技術(shù)和嵌入式技術(shù)為一體的綜合技術(shù)，RFID在自動識別、物品物流管理有著廣闊的應(yīng)用前景。

3、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)：是綜合了計(jì)算機(jī)軟硬件、傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)為一體的復(fù)雜技術(shù)。經(jīng)過幾十年的演變，以嵌入式系統(tǒng)為特征的智能終端產(chǎn)品隨處可見;小到人們身邊的MP3,大到航天航空的衛(wèi)星系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)正在改變著人們的生活，推動著工業(yè)生產(chǎn)以及國防工業(yè)的發(fā)展。如果把物聯(lián)網(wǎng)用人體做一個簡單比喻，傳感器相當(dāng)于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官，網(wǎng)絡(luò)就是神經(jīng)系統(tǒng)用來傳遞信息，嵌入式系統(tǒng)則是人的大腦，在接收到信息后要進(jìn)行分類處理。這個例子很形象的描述了傳感器、嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的位置與作用。

自動識別技術(shù)

應(yīng)用一定的識別裝置，通過被識別物體和識別裝置之間的接近活動，自動的獲取被識別物體的相關(guān)信息，并提供給后臺的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)。

IC卡

人們說的IC卡是一種數(shù)據(jù)存儲器系統(tǒng)。為了使用方便，人們將這種電子數(shù)據(jù)存儲器裝入一個向信用卡大小的塑料卡片內(nèi)。1984年，第一張IC卡作為預(yù)付電話費(fèi)的存儲卡使用。工作時(shí)，將IC卡插入閱讀器，閱讀器的接入彈簧與IC卡的觸點(diǎn)產(chǎn)生電流接觸，閱讀器通過接觸點(diǎn)給IC卡提供能量和定時(shí)脈沖，閱讀器和IC卡之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過雙向串行接口進(jìn)行的。

一.無線射頻識別技術(shù)簡介

概念

無線射頻識別技術(shù)是一種非接觸的自動識別技術(shù)其基本原理是利用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合)傳輸特性實(shí)現(xiàn)對被識別物體的自動識別技術(shù)。

射頻識別系統(tǒng)一般由兩個部分組成，既電子標(biāo)簽(應(yīng)答器，tag)和閱讀器(讀頭，reader)。

在RFID的實(shí)際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在被識別的物體上(表面或者內(nèi)部)，當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的被識別物體通過其可讀識范圍時(shí)，閱讀器自動已無接觸的方式將電子標(biāo)簽中的約定識別信息取出來，從而實(shí)現(xiàn)自動識別物品或自動收集物品標(biāo)志信息的功能。

二.無線射頻識別技術(shù)工作原理

發(fā)生在閱讀器和電子標(biāo)簽之前的射頻信號的耦合方式有兩種：

1.電感耦合。變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。

2.電磁反向散射耦合。雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。

電感耦合方式一般適用于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)，識別作用距離小于1米。典型作用距離為10-20cm.

電磁反向散射耦合方式一般適用于高頻微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識別系統(tǒng)，識別作用距離大于1米。典型作用距離為3-10m。

三.無線射頻識別技術(shù)的頻率標(biāo)準(zhǔn)

由于目前還沒有正式的RFID產(chǎn)品的國際標(biāo)準(zhǔn)，各個廠家推出的RFID產(chǎn)品互不兼容。因此，標(biāo)準(zhǔn)化是推動RFID產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的必要措施。

射頻系統(tǒng)的工作頻率是射頻識別技術(shù)最基本的重要參數(shù)之一，工作頻率的選擇在很大程度上決定了射頻標(biāo)簽的應(yīng)用范圍，技術(shù)可行性以及成本的高低。射頻識別系統(tǒng)歸根到底是一種無線電傳播系統(tǒng)，必須占據(jù)一定的空間通信信道。在空間通信信道中，射頻信號只能以電磁耦合或者電磁波耦合的方式表現(xiàn)出來。因此，射頻系統(tǒng)的工作性能必定要受到電磁波空間傳輸特性的影響。

射頻識別系統(tǒng)的最主要工作頻率是0~135kHz,ISM頻率(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療使用的頻率范圍)

四.讀頭

讀頭也稱閱讀器，他在射頻識別系統(tǒng)中起到舉足輕重的作用。首先讀頭的頻率決定了系統(tǒng)的工作頻段。其次，讀頭的功率直接影響射頻識別的距離。

讀頭主要有以下功能：

1.讀頭與標(biāo)簽之間的通信功能：在規(guī)定的技術(shù)條件下，讀頭與標(biāo)簽可以進(jìn)行通信。

2.讀頭與計(jì)算機(jī)之間可以通過標(biāo)準(zhǔn)接口通信。讀頭通過標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，并提供如下信息已實(shí)現(xiàn)多讀頭在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)行：本讀頭的識別碼、本讀頭讀出標(biāo)簽的實(shí)時(shí)時(shí)間，讀出的標(biāo)簽信息。

3.能夠在讀寫區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽的識讀。

4.適用于固定和移動標(biāo)簽的識讀。

5.能夠校驗(yàn)讀寫過程中的錯誤信息。

6.對于有源標(biāo)簽，能夠標(biāo)識電池相關(guān)信息，如電量等。

讀頭的形式：

固定式讀頭：將射頻控制器和高頻接口封裝在一個固定的外殼中，完全集成射頻識別的功能。

手持機(jī)：便攜式讀頭的簡稱。手持機(jī)常用在動物識別、巡檢、付款掃描、測試等情況中。

發(fā)卡器：也稱讀卡器，發(fā)卡機(jī)。主要用來對射頻卡進(jìn)行具體內(nèi)容的操作。包括建立檔案、消費(fèi)糾錯、掛失、補(bǔ)卡、消息糾正等。

讀頭天線

射頻系統(tǒng)的讀頭必須通過天線來發(fā)射能量，形成電磁場，通過電磁場對電子標(biāo)簽進(jìn)行識別。

任一射頻識別系統(tǒng)至少需要一根讀頭天線(無論內(nèi)置還是外置)已發(fā)射和接收RF信號。

讀頭天線的設(shè)計(jì)或選擇必須滿足以下條件：

天線線圈的電流最大，用于產(chǎn)生最大的磁通量;

功率匹配，以最大程度的利用磁通量的可用能量;

足夠的帶寬，保證載波信號的傳輸，這些信號使用數(shù)據(jù)信號調(diào)制而成的。

五.射頻電子標(biāo)簽

無線標(biāo)簽技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，他通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，無線標(biāo)簽識別技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時(shí)識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。RFID具有條形碼不具有的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息可更改等特點(diǎn)。

RFID之所以被重視，關(guān)鍵在于可以讓物品實(shí)現(xiàn)真正的自動化管理，不再像條形碼那樣需要掃描。在RFID的標(biāo)簽中存儲著規(guī)范可以互用的信息，通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)可以將其自動采集到中央信息系統(tǒng)。RFID磁條可以已任意形式附帶在包裝中，不需要條形碼那樣占用固定空間。另一方面RFID不需要人工去識別標(biāo)簽，讀卡器每250ms就可以從射頻標(biāo)簽中讀出位置和商品相關(guān)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)工作時(shí)，閱讀器發(fā)出微波查詢(能量)信號，電子標(biāo)簽(無源)收到微波查詢能量信號后，將一部分整流為直流電源供電子標(biāo)簽內(nèi)的電路工作，另一部分微波能量信號被電子標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)信息調(diào)制(ASK)后反射回閱讀器，閱讀器接收反射回的幅度調(diào)制信號，從中提取電子標(biāo)簽內(nèi)保存的標(biāo)識性數(shù)據(jù)信息，在系統(tǒng)工作過程中，閱讀器發(fā)出的微波信號與接收反射回的幅度調(diào)制信號是同時(shí)進(jìn)行的。反射回的信號強(qiáng)度較發(fā)射信號弱得多，所以，技術(shù)上的難點(diǎn)在于同頻接收。

電子標(biāo)簽的天線

必須滿足以下性能要求：

足夠的小以至于能夠制造到本來就很小的電子標(biāo)簽上;

有全向或者半球覆蓋的方向性;

提供最大可能的信號給電子標(biāo)簽的芯片，并給標(biāo)簽提供能量;

無論標(biāo)簽處于什么方向，天線的極化都能與讀頭的詢問信號相匹配;

具有魯棒性;

作為耗損件的一部分，天線的價(jià)格必須非常便宜。

六.RFID應(yīng)用系統(tǒng)

1.工作頻率

低頻近距離RFID系統(tǒng)主要集中在125kHz、13.56MHz系統(tǒng);高頻遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)主要集中在UHF頻段(902-928MHz)915MHz、2.45GHz、5.8GHz。

2.作用距離

對于非接觸式付款應(yīng)用項(xiàng)目，比如公交系統(tǒng)中的車票。多個標(biāo)簽中的最小距離就是兩個乘客在進(jìn)入車廂的距離。對于這樣的系統(tǒng)，最佳距離是5-10cm，更大的距離可能會造成系統(tǒng)同時(shí)讀取多個車票。

3.安全要求

加密和身份認(rèn)證。

4.存儲容量

對于價(jià)格敏感，現(xiàn)場信息需要少的應(yīng)用，應(yīng)選取固定編碼的只讀數(shù)據(jù)載體。

5.多標(biāo)簽同時(shí)識讀性

有時(shí)需要考慮到系統(tǒng)需要同時(shí)識別多標(biāo)簽的需求。

6.標(biāo)簽的封裝形式

有時(shí)針對不同的工作環(huán)境和作業(yè)工況，標(biāo)簽的大小，封裝形式?jīng)Q定了標(biāo)簽的性能和安裝的表現(xiàn)。封裝形式不及影響工作性能，還能影響安裝性能和美觀性能。

無線射頻識別系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境

計(jì)算機(jī)平臺系統(tǒng)包括windows系列，Linux,Unix以及DOS平臺系統(tǒng)?？梢栽诂F(xiàn)有的系統(tǒng)上運(yùn)行基于任何編程語言的任何應(yīng)用軟件。

接口方式

指讀頭和應(yīng)用系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的接口方式，包括RS232，RS485，以太網(wǎng)(RJ45)，WLAN802.11(無線網(wǎng)絡(luò))等接口，不同的接口有不同的應(yīng)用范圍。

七.RFID應(yīng)用

射頻識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化。交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域：汽車火車等交通監(jiān)控，高速公路自動收費(fèi)系統(tǒng)，停車場管理系統(tǒng)，物品管理，流水線生產(chǎn)自動化，安全出入檢查，倉庫管理，動物管理，車輛防盜等等。