物联网技术-第3章-物联网感知技术-3.1标识技术_物联网 标识 一维码和二维码

目录

1.1识别技术

1.2数据采集和自动识别技术分类

1.3条形码

1.3.1条形码概述

1.3.2条形码发展历程

1.3.3一维条形码

1.3.3.1一维条形码概述

1.3.3.2一维条形码结构

1.3.3.3 EAN－13通用商品条形码

1.3.4二维条形码

1.3.4.1二维条形码概述

1.3.4.2二维条形码的识别

1.3.4.3二维条形码的特点

1.3.4.4二维码的支付过程

1.4磁卡

1.5 IC卡（集成电路卡）

1.6 RFID（射频识别卡）

1.6.1 RFID的基本概念

1.6.2 RFID工作原理

1.6.2.1 RFID标签结构

1.6.2.2RFID基本工作原理的电磁学基础

1.6.2.3 RFID工作原理

1.6.3 RFID分类

1.6.3.1 主动式RFID标签

1.6.3.2 被动式RFID标签

1.6.3.3 半主动式（半被动式）RFID标签

1.6.4 RFID的防碰撞技术

1.6.5 RFID应用系统组成与结构

1.6.5.1 RFID应用系统结构

1.6.5.2 RFID标签封装与编码/打印设备

1.6.5.3 RFID标签读写器

1.6.5.4 基于EPC的物联网系统结构

1.6.5.5 UID编码体系

1.6.5.6 ISO/IEC RFID标准体系

1.6.6 RFID应用

1.7致谢

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1.1识别技术

• 自动识别技术，通过识别装置接近被识别物体，二者交互自动获取被识别物体的相关信息，提供给计算机系统完成后续处理。

• 识别技术融合了物理世界和信息世界，是物联网的基石，是物联网区别于其他网络（如：电信网，互联网）最独特的部分。通俗讲，识别技术就是能够让物品“开口说话”的一种技术。

• 识别技术分为：语音识别、图像识别、光学字符识别、生物识别、标签识别（标识技术）等。

                其中生物识别分为：生理特征（如指纹、脸象、虹膜等）；行为特征（如笔迹、声音、步态等）

1.2数据采集和自动识别技术分类

1.3条形码

1.3.1条形码概述

条形码（Barcode），又称为条码，是一种图形标识符，其设计目的是为了实现信息的快速自动识别。

                        

它通过不同宽度的黑色条纹（简称条）和白色间隙（简称空）按照特定的编码规则排列，以此来表示一组数字、字母或符号信息。

条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期，以及图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等信息。

条形码技术结合了编码规则与光电识别设备，广泛应用于商品流通、图书管理、物流跟踪、票务等多个领域。

1.3.2条形码发展历程

• 1949 年，美国工程师乔·伍德兰德（Joe Wood Land）和伯尼·西尔沃（Berny Silver）在一个食品项目中研发并设计了一种同心圆的特殊编码，被称“公牛眼”，并设计出能够解码的自动识别设备，并因此获得了美国专利。

• 1970 年，美国率先对条码实施标准化，选定了当初IBM公司的条码方案，最终成为美国通用商品代码，即UPC 码，并在商品零售业中进行推广。

• 1976 年，欧洲的十二个工业国创立了欧洲物品编码协会（EAN, European Article Number Bar Code），制订了欧洲物品编码标准，即EAN-8 码和EAN-13 码，推动了商品编码国际化的发展。

• 1994 年，日本Denso Wave公司发明了世界上首个二维条码QR 码，应用于汽车零部件追溯系统。

• 1988 年，中国成立中国物品编码中心，专门负责国内商品的编码分配和日常管理工作。

1.3.3一维条形码

1.3.3.1一维条形码概述

一维条形码只是在水平方向表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息

• 优点：编码规则简单，条形码识读器造价较低

• 缺点：数据容量较小，一般只能包含字母和数字；条形码尺寸相对较大，空间利用率较低，条形码一旦出现损坏将被拒读

• 多数一维条码所能表示的字符集不过是10个数字、26个英文字母及一些特殊字符，条码字符集最大所能表示的字符个数也不过是128个ASCII符

1.3.3.2一维条形码结构

一个完整的条码的组成次序依次为：静区（前）、起始符、数据符、（中间分隔符，主要用于EAN码）、校验符、终止符、静区（后）

1.3.3.3 EAN－13通用商品条形码

标准尺寸是37.29mmx26.26mm，放大倍率是0.8-2.0。

（以条形码 6901234567892 为例）

• 此条形码分为4个部分，从左到右分别为：

–1-3位：共3位，前缀码，由国际上分配。（对应690，690-695中国大陆；977连续出版物；978、979图书）

–4-7位：共4位，制造厂商代码，由厂商申请，国家分配。（对应1234）

–8-12位：共5位，厂内商品代码，由厂商自行确定。（对应56789）

–第13位：共1位，校验码，依下列算法由前面12位数字算得。（对应该条码的2）

V = (偶数位的和)*3 +(奇数位的和)

校验码 = [10–(V的个位数)] 的个位数

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如果你下次去超市购物看到商品条形码的时候，如果还能回忆起这个知识点的话，就证明你认真学习了（狗头）

1.3.4二维条形码

1.3.4.1二维条形码概述

在水平和垂直方向的二维空间存储信息

– 堆叠式/行排式二维条码 （又称堆积式或层排式）,如Code49、16K、PDF417等

– 矩阵式二维码 （又称棋盘式二维条码），如Code l、Maxi Code等

1.3.4.2二维条形码的识别

1.3.4.3二维条形码的特点

1．高密度编码，信息容量大。

2．编码范围广：包括图片、声音、文字、签字、指纹等；可以表示多种语言文字和图像数据。

3．容错能力强，具有纠错功能：最高损毁面积达50%仍可恢复信息。

4．译码可靠性高：它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多，误码率不超过千万分之一。

5．可引入加密措施：保密性、防伪性好。

6．成本低，易制作，持久耐用。

7．条码符号形状、尺寸大小比例可变。

8．二维条码可以使用激光或CCD阅读器识读

1.3.4.4二维码的支付过程

1.4磁卡

磁卡是一种常见的信息存储介质，属于物联网标识技术中的一种早期形式，主要用于物理对象的识别和信息存储。

        

基本构成

磁卡主要由基材（通常是塑料卡片）和粘贴在其上的磁条组成。磁条宽度一般为6-14毫米，上面有2-3个磁道，用于记录不同类型的信息数据。这些磁道可以是只读的，也可以是读写兼容的，具体取决于应用需求。

磁道信息

Track 1: 通常包含更多的文字信息，如持卡人姓名，有时还包括账号和校验码。这个磁道的数据格式较为灵活，可以包含字母和数字，但使用较少。

Track 2: 主要用于存储账号信息和相关的校验码，是银行卡中最常用的磁道，通常只包含数字。

Track 3: 较少使用，可能包含PIN码或附加信息，但出于安全考虑，许多系统不使用这一磁道。

应用领域

磁卡广泛应用于金融系统（如银行卡）、门禁控制、身份识别、驾驶员驾照管理等领域。它们提供了一种低成本、相对简单的数据存储和识别方法。

安全性

相较于后来发展的IC卡和RFID技术，磁卡的安全性较低。磁条上的信息容易受到物理损坏和非法读取（如通过磁条刷卡器），因此在需要更高安全标准的应用中，磁卡正逐渐被更先进的技术所取代。

编码与读取

磁卡上的信息通过特定的磁性变化进行编码，使用磁卡读卡器通过电磁感应原理读取这些信息。读取过程中，磁头移动过磁条，解读磁化状态的变化，从而转换为可理解的数据。

局限性

磁卡的存储容量有限，且不具备动态交互能力，无法像RFID那样实现远距离无接触读取。此外，由于其易受磁场影响和物理磨损，耐用性和安全性成为限制其广泛应用的因素。

随着技术进步，虽然磁卡仍然在某些场景中使用，但物联网标识技术更多转向了更安全、容量更大、功能更丰富的技术，如IC卡（集成电路卡）和RFID（射频识别）技术。

1.5 IC卡（集成电路卡）

按通讯方式分： 接触式IC卡 、非接触式IC卡

按电路结构分： 智能卡、存储卡

按用途分： IB卡--信息按钮 、IC卡--智能卡、 ID卡--身份识别卡

1.6 RFID（射频识别卡）

1.6.1 RFID的基本概念

RFID（Radio Frequency Identification）是利用无线射频信号空间耦合的方式，实现无接触的标签信息自动传输与识别的技。RFID标签又称为“电子标签”或“射频标签”

1.6.2 RFID工作原理

1.6.2.1 RFID标签结构

        

1.6.2.2RFID基本工作原理的电磁学基础

          

1.6.2.3 RFID工作原理

系统工作时，阅读器发出查询信号（能量），无源标签在收到查询信 号（能量）后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作，电子标签将保存的数据信息发送给阅读器

① 天线：用来接收由读写器送来的信号，并把要求的数据传送回给读写器。受应用场合的限制，RFID标签通常需要贴在不同类型、不同形状的物体表面，甚至需要嵌入到物体内部。RFID标签在要求低成本的同时，还要有高可靠性。

② 电压调节器：把由读写器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容存储能量，再通过稳压电路以提供稳定的电源。

③ 调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线返给读写器。

④ 解调器：去除载波，取出调制信号。

⑤ 逻辑控制单元：译码读写器送来的信号，并依据要求返回数据给读写器。

⑥ 存储单元：包括ERPROM和ROM，作为系统运行和存放识别数据。

1.6.3 RFID分类

1.6.3.1 主动式RFID标签

• 主动式标签接收读写器指令，然后向读写器发送标识信息

• 主动式标签工作于远场模式，传输距离可以大于一个波长

• 发送电路耗能较大，所以主动式标签的自身工作和发送信息都由内部电池供电，主动式标签也是有源标签

• 优点：传输距离远

• 缺点：体积较大，工作寿命受电池限制

• 为节约电池电量、延长工作寿命，有源标签通常不主动发送信息，接收到读写器的读写指令时，才向读写器发送信息

1.6.3.2 被动式RFID标签

• 被动式标签本身不会发送无线电波，而是在读写器发射的无线电波的“照射”下，按照存储的标识信息改变天线阻抗，读写器感受这种变化，从而获知标识信息

• 被动式标签工作时需处于读写器天线辐射形成的近场范围内，即一个波长距离以内

• 被动式标签天线通过电磁感应产生感应电流，感应电流驱动芯片工作，因而无需电池供电，被动式标签也是无源标签

1.6.3.3 半主动式（半被动式）RFID标签

• 半主动式标签的信息传输方式同被动式标签，但芯片工作靠电池供电

• 半主动式标签发送信息不消耗电池能量，电池只为芯片电路供电，因而比主动式标签体积小、重量轻、价格低、寿命长

• 半主动式标签不需从天线取电供芯片使用，因而比被动式标签的读写距离远，通信可靠性高

• 半主动式RFID标签一般用在可重复使用的集装箱和物品的跟踪上

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1.6.4 RFID的防碰撞技术

• 在RFID系统应用中，经常会遇到多读写器、多标签的情景，这就会造成标签之间或读写器之间在工作时的相互干扰，这种干扰被称为碰撞或者冲突（collision）。

• 避免碰撞的方法或者操作过程就被称为防碰撞算法（Anti-Collision Algorithm）。

• 碰撞可以分为两种，标签碰撞和读写器碰撞。

• 当多个标签同时处于同一个读写器的工作范围内时，则多个标签之间的应答信号就会相互干扰，导致标签内的信息无法被读写器正常读取，形成碰撞。

• 通信碰撞是一个长久存在的问题，人们也研究出了许多相应的解决方法。目前基本上分为4种，即空分多址（SDMA）、频分多址（FDMA）、码分多址（CMDA）和 时分多址（TDMA）。

• TDMA是被最广泛采用的方法。RFID系统中常用的基于 TDMA的防碰撞算法主要是ALOHA类算法和二叉树类算法。

①ALOHA算法是一种最基本、最简单的标签防碰撞算法，它是基于概率的算法。

        • 纯ALOHA算法的基本思想是某些标签发送数据的过程中，如果有其他标签也在发送数据，则发生信号重叠导致完全或者部分碰撞。

        • 读写器检测接收信号是否发生碰撞，如果发生碰撞，则读写器发送指令给标签，标签停止发送，随机等待一段时间后再重新发送，以减少发生碰撞的概率。

②二进制树型搜索算法(Binary Search)属于TDMA算法的一种，按照递归的方式当遇到有冲突发生就进行分枝，生成两个子集。

        • 当这些分枝越来越细，直到最后分枝下面只有一个信息包或无剩余信息包。

        • 若在某时隙发生冲突，所有的包都不再占用信道，直到冲突问题解决。

1.6.5 RFID应用系统组成与结构

1.6.5.1 RFID应用系统结构

1.6.5.2 RFID标签封装与编码/打印设备

1.6.5.3 RFID标签读写器

1.6.5.4 基于EPC的物联网系统结构

1.6.5.5 UID编码体系

1.6.5.6 ISO/IEC RFID标准体系

1.6.6 RFID应用

供应链管理：通过RFID追踪货物从生产、仓储、运输到销售的全过程，提高库存准确性和物流效率。

零售业：商品上的RFID标签帮助零售商实时监控库存，实现快速盘点，减少盗窃。

图书馆管理：图书嵌入RFID标签，简化借阅、归还和库存管理流程。

车辆识别与通行：高速公路ETC系统使用RFID自动收费，减少拥堵，提高通行效率。

医疗保健：患者佩戴RFID手环，用于身份确认、药物管理和资产追踪，提高医疗服务质量和安全性。

1.7致谢

后续会陆续更新分享物联网技术课程相关知识，大家可以关注留言哈！希望可以和大家一起学习物联网技术，感受物联网技术的魅力！作者水平有限，不足之处还请大家批评指正！希望能和大家一起进步哟