目前，該系統(tǒng)已在中美、中日、中加、中馬等多條國際航線上應(yīng)用。集裝箱RFID貨運標(biāo)簽系統(tǒng)是中國一項由中國提出并積極推動制定、ISO正式發(fā)布的可公開提供的規(guī)范。

一套典型的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫器和信息處理系統(tǒng)如圖1所示。當(dāng)帶有射頻識別標(biāo)簽(以下簡稱標(biāo)簽)的物品經(jīng)過特定的信息讀取裝置(以下簡稱讀寫器)時，標(biāo)簽被讀寫器激活并通過無線電波開始將標(biāo)簽中攜帶的信息傳送到讀寫器以及計算機系統(tǒng)完成信息的自動采集工作。電子標(biāo)簽可以如身份證大小，由人攜帶并當(dāng)作信用卡使用，也可以像商品包裝上的條型碼似地貼附在商品等物品上。RFID計算機系統(tǒng)則根據(jù)需求承擔(dān)相應(yīng)的信息控制和處理工作。

RFID 技術(shù)是從 20 世紀(jì) 80 年代走向成熟的一項自動識別技術(shù)，近年來發(fā)展十分迅速。 目前，在全世界，基于 RFID 技術(shù)的電子標(biāo)簽，使用已經(jīng) 非常廣泛了，這主要取決于它的特性，RFID 標(biāo)簽可以使用在幾乎所有的物理對象上。RFID 技術(shù)在 工業(yè)自動化，物體跟蹤，交通運輸控制管理，防偽校園卡，電子錢包，行李標(biāo)簽，收費系統(tǒng)，醫(yī)用裝 置，電子物品的監(jiān)控和軍事用途等方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。例如第二代居民身份證，使用基于 ISO/IEC4443-B 標(biāo)準(zhǔn)的 13.56 MHz 電子標(biāo)簽，該項 目可以說國內(nèi)乃至國際上最大的RFID 應(yīng)用的項目之一。

英特爾、微軟、IBM、NEC、日立、訊寶等巨頭企業(yè)，都對RFID技術(shù)傾注了巨大的熱情。TI，Intel等美國集成電路廠商目前都在RFID領(lǐng)域投入巨資進行RFID芯片開發(fā)，IBM、Microsoft等也在積極開發(fā)相應(yīng)的軟件及系統(tǒng)來支持RFID的應(yīng)用，而菲利普電子公司則是RFID芯片制造業(yè)的領(lǐng)頭產(chǎn)商。故本文以Philips生產(chǎn)的Mifare lS50為例子，剖析RFID卡的結(jié)構(gòu)及其芯片的通訊、存儲技術(shù)。該卡的RFID芯片所具有的獨特的MIFARE RF(射頻)非接觸式接口標(biāo)準(zhǔn)已被制定為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 14443 TYPE A標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用很廣泛。

英特爾、微軟、IBM、NEC、日立、訊寶等巨頭企業(yè)，都對RFID技術(shù)傾注了巨大的熱情。TI，Intel等美國集成電路廠商目前都在RFID領(lǐng)域投入巨資進行RFID芯片開發(fā)，IBM、Microsoft等也在積極開發(fā)相應(yīng)的軟件及系統(tǒng)來支持RFID的應(yīng)用，而菲利普電子公司則是RFID芯片制造業(yè)的領(lǐng)頭產(chǎn)商。故本文以Philips生產(chǎn)的Mifare lS50為例子，剖析RFID卡的結(jié)構(gòu)及其芯片的通訊、存儲技術(shù)。該卡的RFID芯片所具有的獨特的MIFARE RF(射頻)非接觸式接口標(biāo)準(zhǔn)已被制定為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 14443 TYPE A標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用很廣泛。

Melexis公司的MLX90132是13.56MHz全集成的多協(xié)議NFC/RFID收發(fā)器，可處理亞載波頻率106kHz~848kHz，高達848kbps，雙路驅(qū)動器架構(gòu)把外接元件數(shù)減少，能向合適的天線負(fù)載提供高達70mW的RF功率。器件和ISO/IEC 18092 (NFC)，ISO/IEC 14443 A1與B2， ISO/IEC 15693以及ISO/IEC 18000-3 模式1兼容，主要用在汽車接入和起動， 汽車發(fā)動機防盜，汽車診斷和汽車租賃。

基于 NI TestStand 管理軟件，設(shè)計了一套測試軟件，實現(xiàn)了對符合 ISO/IEC 18000-63 協(xié)議的芯片清點功能的測試。本測試軟件使用 NI RFID 測試儀，根據(jù)測試設(shè)計人員的需求開發(fā)出自動化測試序列，自動完成與被測芯片的通信交互，實現(xiàn)對響應(yīng)的判斷，并完成結(jié)果的保存。該軟件充分采用了 NI TestStand，相比之前測試清點功能的傳統(tǒng)的手動測試、半自動測試，測試時間分別縮短了 5/6、2/3。實踐證明，使用本測試軟件可以提高對超高頻電子標(biāo)簽開展功能測試的效率。

ISO/IEC聯(lián)合技術(shù)委員會JTC委托SC31子委員會，負(fù)責(zé)所有RFID通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，也即對所有RFID應(yīng)用領(lǐng)域的共同屬性進行規(guī)范化;委托各專業(yè)委員會負(fù)責(zé)應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，如ISO TC104 SC4負(fù)責(zé)制定集裝箱系列RFID標(biāo)準(zhǔn)的制定，ISO TC 23 SC19負(fù)責(zé)制定動物管理系列RFID標(biāo)準(zhǔn)，ISO TC122和ISO TC104組成的聯(lián)合工作組制定物流與供應(yīng)鏈系列應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

對于標(biāo)簽芯片，降低系統(tǒng)時鐘頻率是降低功耗、提高通訊距離的最有效手段。首先從理論上按照一種等效判決方法推導(dǎo)出PIE解碼電路的更低時鐘頻率，提出了一種低時鐘頻率下基于ISO 18000-6 TYPE C協(xié)議的UHF RFID標(biāo)簽芯片解碼電路的實現(xiàn)方案。設(shè)計的解碼電路大幅度降低了標(biāo)簽芯片解碼電路功耗，提高了標(biāo)簽響應(yīng)靈敏度。

EPCglobal制定了標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)過程規(guī)范，它規(guī)范了EPCglobal各部門的職責(zé)以及標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的業(yè)務(wù)流程。對遞交的標(biāo)準(zhǔn)草案進行多方審核，技術(shù)方面的審核內(nèi)容包括防碰撞算法性能、應(yīng)用場景、標(biāo)簽芯片占用面積、讀寫器復(fù)雜度、密集讀寫器組網(wǎng)、數(shù)據(jù)安全六個方面，確保制定的標(biāo)準(zhǔn)具有很強的競爭力。下面分別介紹EPCglobal 體系框架和相應(yīng)的RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

對比GB29768和國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 18000-6C，分析了GB29768針對我國國情的協(xié)議改進和優(yōu)勢，并著重介紹了RFID 標(biāo)簽的安全協(xié)議。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了一款基于自主協(xié)議的國產(chǎn)自主超高頻射頻識別標(biāo)簽芯片，并給出了設(shè)計這款芯片的關(guān)鍵技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)非常多，從傳感器技術(shù)到通信技術(shù)，從嵌入式微處理節(jié)點到計算機軟件系統(tǒng)，包含了自動控制、通信、計算機等不同的領(lǐng)域，是跨學(xué)科的綜合應(yīng)用。目前介入物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域主要的國際標(biāo)準(zhǔn)組織有IEEE、ISO、ETSI、ITU-T、3GPP、3GPP2等，這些標(biāo)準(zhǔn)組織在物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)、感知技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)等方面制訂了一系列標(biāo)準(zhǔn)，今天我們主要探討的是關(guān)于射頻技術(shù)RFID的標(biāo)準(zhǔn)。

本文根據(jù)ISO 18046-3等相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)和作者在通信測量的經(jīng)驗介紹了兩種較先進的測試方法。

根據(jù)ISO／IEC 14443一A協(xié)議．完成無源電子標(biāo)簽數(shù)字集成電路的設(shè)計及其功能測試，實現(xiàn)了對芯片面積、速度和功耗之間較好的平衡。結(jié)果表明，在采用中芯國際的0．35 μm工藝條件下，所研制芯片面積為36 877.75μm2，功耗為30．845 8 mW，可完全滿足協(xié)議對標(biāo)簽的性能要求。

超高頻RFID系統(tǒng)空中接口標(biāo)準(zhǔn)包括ISO/IEC 系列，F(xiàn)2C系列，以及中國正在研究制定的國家標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字接收機可實現(xiàn)軟件升級和多協(xié)議支持，相比模擬接收機具備易于調(diào)試、應(yīng)用靈活的優(yōu)勢，因而在超高頻姍讀寫器中得到了廣泛應(yīng)用.提高超高頻RFID讀寫器的讀取效果一直是近年來的研究重點.在經(jīng)過詳盡分析和實驗驗證后，本文給出相關(guān)問題的解決辦法。

本文基于ISO/IEC 18000-6C標(biāo)準(zhǔn)，給出了UHF無源電子標(biāo)簽芯片模擬電路的設(shè)計，設(shè)計結(jié)果表明電路具有很高的整流效率，滿足了設(shè)計要求。下一步的研究將進行標(biāo)簽芯片的版圖設(shè)計和流片，用實際測試結(jié)果來進一步驗證設(shè)計的有效性。

RFID技術(shù)在工業(yè)自動化，物體跟蹤，交通運輸控制管理，防偽校園卡，電子錢包，行李標(biāo)簽，收費系統(tǒng)，醫(yī)用裝置，電子物品的監(jiān)控和軍事用途等方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。例如第二代居民身份證，使用基于ISO/IEC4443-B標(biāo)準(zhǔn)的13.56MHz電子標(biāo)簽，該項目可以說國內(nèi)乃至國際上最大的RFID應(yīng)用的項目之一。

針對目前市場上射頻識別閱讀器只能識別單協(xié)議標(biāo)簽的情況，設(shè)計了一種能夠識別ISO/IEC15693和ISO/IEC14443-3 TYPE A兩種協(xié)議標(biāo)簽的射頻識別閱讀器。采用TI公司的13.56 MHz頻段下的芯片S6700作為射頻模塊，現(xiàn)場可編程邏輯器件作為控制器，和單片機相比，減少了外圍電路。同時針對同時讀取多標(biāo)簽的情況，提出了一種改進的動態(tài)二進制防碰撞算法，用計數(shù)器保存標(biāo)簽的休眠程度，理論分析和仿真結(jié)果表明其性能優(yōu)于動態(tài)二進制算法。

RFID卡片或徽章通常用來實現(xiàn)非接觸式訪問控制。這在寫字樓中很常見，主要用于提供樓宇門禁功能，并且限制對特定區(qū)域的訪問。與13.56MHz RFID一樣，近場通信 (NFC) 采用同樣的ISO和IEC標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議，應(yīng)用于很多智能手機中。這些設(shè)備可在住宅中實現(xiàn)全新的訪問控制應(yīng)用，并實現(xiàn)應(yīng)用與電話及支持RFIC的徽章或卡片之間的通信。在設(shè)計此類訪問控制系統(tǒng)時，其中需要考慮的一個主要因素就是低功耗。

基于GB/T 20851-2007的專用短程通信(DSRC: Dedicated Short Range Communication)技術(shù)和基于ISO 18000-6B與ISO 18000-6C的無線射頻識別(RFID: Radio Frequency Identification)技術(shù)在智能交通車輛標(biāo)識和車路通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如基于DSRC的高速公路ETC系統(tǒng)和城市停車場車輛出入收費與管理系統(tǒng)，基于RFID的停車場車輛出入管理系統(tǒng)、海關(guān)碼頭車輛管理系統(tǒng)等等。

本文通過對比研究GB/T 20851和ISO 18000-6C的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，客觀地分析和評價了兩種技術(shù)方案的安全性能。然而，系統(tǒng)的安全需求是與實際應(yīng)用密切相關(guān)的，不同技術(shù)方案的安全性能實際表現(xiàn)如何，需要通過理論分析與實際測試獲取大量的數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為技術(shù)選型提供充分、科學(xué)的參考依據(jù)。

本文介紹了一種超高頻RFID讀寫器基帶模塊的原理和設(shè)計方法。一句ISO/IEC18000-6協(xié)議，提出將單片機與FPGA相結(jié)合，重復(fù)利用兩者優(yōu)點來實現(xiàn)設(shè)計。文中描述了單片機和FPGA協(xié)調(diào)工作的方法，著重闡述了編碼、譯碼、出錯校驗等模塊的原理和功能以及在FPGA中實現(xiàn)各模塊的方法。

1 引 言 　　射頻識別(RFID)技術(shù)作為一種新興的自動識別技術(shù)，近年來在國內(nèi)外得到了迅速發(fā)展。目前，我國開發(fā)的RFID產(chǎn)品普遍基于中低頻，如二代身份證、票證管理等。在超高頻段我國自主開發(fā)的產(chǎn)品較少，難以適應(yīng)巨大的市場需求以及激烈的國際競爭。超高頻(UHF)標(biāo)簽是指工作頻率在860～960 MHz的RFID標(biāo)簽，具有可讀寫距離長、閱讀速度快、作用范圍廣等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于物流管理、倉儲、門禁等領(lǐng)域。為適應(yīng)市場需求，本文以EPC C1G2協(xié)議為主，ISO/IEC18000.6為輔，設(shè)計了一種應(yīng)用于超高頻標(biāo)簽的數(shù)字電路。 　　2 UHF RFID標(biāo)簽的工作原理 　　射頻識別系統(tǒng)通常由讀寫器(Reader)和射頻標(biāo)簽(RFID Tag)構(gòu)成。附著在待識別物體上的射頻標(biāo)簽內(nèi)存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，作為待識別物品的標(biāo)識性信息。讀寫器可無接觸地讀出標(biāo)簽中所存的電子數(shù)據(jù)或者將信息寫入標(biāo)簽，從而實現(xiàn)對各類物體的自動識別和管理。讀寫器與射頻標(biāo)簽按照約定的通信協(xié)議采用先進的射頻技術(shù)互相通信，其基本通訊過程如下。 　　(1)讀寫器作用范圍內(nèi)的標(biāo)簽接收讀寫器發(fā)送的載波能量，上電復(fù)位; 　　(2)標(biāo)簽接收讀寫器發(fā)送的命令并進行操作; 　　(3)讀寫器發(fā)出選擇和盤存命令對標(biāo)簽進行識別，選定單個標(biāo)簽進行通訊，其余標(biāo)簽暫時處于休眠狀態(tài); 　　(4)被識別的標(biāo)簽執(zhí)行讀寫器發(fā)送的訪問命令，并通過反向散射調(diào)制方式向讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)信息，進入睡眠狀態(tài)，此后不再對讀寫器應(yīng)答; 　　(5)讀寫器對余下標(biāo)簽繼續(xù)搜索，重復(fù)(3)、(4)分別喚醒單個標(biāo)簽進行讀取，直至識別出所有標(biāo)簽。 　　3 UHF RFID標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)規(guī)格 　　UHF RFID標(biāo)簽的示意圖如圖1所示，由模擬和數(shù)字兩部分組成。模擬電路主要包括天線、喚醒電路、時鐘產(chǎn)生電路、包絡(luò)檢波電路、解調(diào)電路和反射調(diào)制電路;數(shù)字部分主要實現(xiàn)EPC通信協(xié)議，識別讀寫器發(fā)出的命令并執(zhí)行，如實現(xiàn)多標(biāo)簽閱讀時的防沖突方法、執(zhí)行讀寫器發(fā)送的讀寫命令、實現(xiàn)讀寫器和標(biāo)簽的通訊過程以及對輸出數(shù)據(jù)進行編碼等。協(xié)議規(guī)定的標(biāo)簽系統(tǒng)規(guī)格如表1所示。 　　 　　圖1 UHF RFID標(biāo)簽的示意圖 　　表1 UHF RFID標(biāo)簽系統(tǒng)規(guī)格 　　 　　4 標(biāo)簽數(shù)字電路的設(shè)計方法 　　4.1 電路的整體系統(tǒng)設(shè)計 　　經(jīng)過對協(xié)議內(nèi)容的深入研究，本文采用Top.down的設(shè)計方法，首先對電路功能進行詳細(xì)描述，按照功能對整個系統(tǒng)進行模塊劃分;再用VHDL硬件描述語言進行RTL代碼設(shè)計并進行功能仿真;功能驗證正確后，采用EDA工具，

針對超高頻（UHF）RFID標(biāo)簽群快速運動通過讀卡器的情景進行了研究，分析了ISO/IEC 180006 Type C類防沖突算法的具體實現(xiàn)過程。結(jié)果表明，當(dāng)UHF RFID標(biāo)簽群在快速運動通過讀卡器范圍時，會產(chǎn)生新舊標(biāo)簽競爭現(xiàn)象。部分標(biāo)簽一段時間內(nèi)不被識別，然后離開讀卡器識別范圍，導(dǎo)致“漏讀”，造成系統(tǒng)不可靠。在Type C類防沖突算法的前提下，提出了兩種解決方案。

傳統(tǒng)射頻識別(RFID）防偽系統(tǒng)僅利用標(biāo)簽編碼的唯一性完成，存在著非法讀寫器惡意讀取和假數(shù)據(jù)欺騙的安全隱患。針對上述缺點，介紹了一種新的基于RFID技術(shù)的防偽讀寫器的設(shè)計與實現(xiàn)，探討了利用RFID和GSM通信，對讀寫器和商品編碼進行雙重認(rèn)證的防偽驗證機制。建立了商品防偽模型，并進行了實際測試。結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠安全、高效地運行。

本文在研究了ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)的金融標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，基于RC632射頻收發(fā)芯片，對非接觸式CPU卡和終端機具之間通信所采用的空中傳輸協(xié)議進行了設(shè)計與實現(xiàn)，并進行有關(guān)測試，給出測試結(jié)果。

本文提出了一種基于ISO/IEC 18000-6B標(biāo)準(zhǔn)的低成本、便攜式的超高頻RFID讀寫器的設(shè)計。該設(shè)計采用了基于零中頻結(jié)構(gòu)的射頻收發(fā)機模塊和以單片機為主的數(shù)字基帶處理模塊，從而實現(xiàn)了低成本，并且達到了單標(biāo)簽80bit/5ms的讀寫速度。讀寫器不需外接天線，具有單機工作模式，便于攜帶，包括機殼在內(nèi)重量不足200克。讀寫器可在860MHz～960MHz的頻率范圍內(nèi)進行跳頻操作，從而可以避免頻帶內(nèi)其他信號的干擾。另外還可以在受控工作模式下進行在線升級，并在有相應(yīng)軟件支持下可以支持其他標(biāo)準(zhǔn)或多標(biāo)準(zhǔn)。目前已經(jīng)進入產(chǎn)品化階段。

給出了一種改進型的RFID讀寫器" title="讀寫器">讀寫器設(shè)計方案。介紹了各硬件模塊,并給出了軟件的總體流程、防碰撞" title="防碰撞">防碰撞算法及實現(xiàn)代碼,最后進行了研發(fā)測試。對比基于射頻芯片的RFID讀寫器設(shè)計，此方案提高了系統(tǒng)靈敏度和讀寫距離" title="讀寫距離">讀寫距離。本設(shè)計擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，已用于開放式門禁系統(tǒng)" title="門禁系統(tǒng)">門禁系統(tǒng)。實踐表明，該系統(tǒng)電路穩(wěn)定，運行正常。

在實際應(yīng)用中，RFID系統(tǒng)的應(yīng)用要綜合考慮位置、距離、溫度、濕度、干擾等諸多影響系統(tǒng)性能的因素。未經(jīng)過測試的RFID系統(tǒng)，系統(tǒng)整體性能不明確，可能會影響實際應(yīng)用效果，甚至打擊最終用戶對RFID技術(shù)本身的信心。不同的無線信號傳播方式需要不同的測試設(shè)備支持，并且要采用不同的方法。ISO/IEC 18047-3定義了用于物品管理的RFID標(biāo)簽的性能特性的測試方法，規(guī)定了標(biāo)簽性能的一般性要求和測試要求。下面對各個具體測試內(nèi)容進行分析。

目前生產(chǎn)RFID產(chǎn)品的很多公司都使用自己的標(biāo)準(zhǔn)，可供射頻卡使用的幾種標(biāo)準(zhǔn)有ISO/IEC 11784、ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15693和ISO/IEC 18000等。其中應(yīng)用最多的是ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15693和ISO/IEC 18000這三個標(biāo)準(zhǔn)[4]。本文基于ISO/IEC 18000-6 Type B協(xié)議設(shè)計了一款工作頻率為915 MHz的讀卡器。

為了提高Aloha算法中標(biāo)簽的識別效率,根據(jù)ISO/IEC18000-6C國際標(biāo)準(zhǔn)中的防碰撞要求，對時隙計數(shù)（Q）的選擇進行動態(tài)調(diào)整，以滿足標(biāo)簽快速識別的要求，實現(xiàn)了一種動態(tài)的時隙Aloha算法。除此以外，在此基礎(chǔ)上提出了對標(biāo)簽數(shù)量進行分組，分析了滿足最大時隙利用率的客觀條件，對動態(tài)時隙Aloha算法進行改進。仿真結(jié)果顯示，改進后的算法提高了標(biāo)簽的識別效率，表現(xiàn)出良好的性能，具有一定的研究價值。

文中以ST公司的超低功耗單片機STMS8L152C6T6為主控芯片，控制恩智浦公司的高集成度讀寫器芯片MFRC1522，設(shè)計實現(xiàn)了遵循ISO／IEC14443AA協(xié)議的讀寫器模塊，該模塊提供了用戶二次開發(fā)功能?？煞奖愕丶傻接脩魬?yīng)用系統(tǒng)中。同時讀寫摸塊還具有在線編程特性，因此可以很方便地供用戶使用讀寫摸塊繼續(xù)開發(fā)RFID卡應(yīng)用產(chǎn)品。