RFID技术原理及应用_潘春伟著_9787121385889

射频识别（RFID）是物联网的重要核心技术，本书根据**的物联网工程本科专业教学需要和发展方向，结合RFID技术的**发展及编者多年的RFID技术研发经验和教学经验编写而成。本书主要介绍RFID技术的基本工作原理、编解码技术、天线技术、射频前端、低频RFID技术、高频RFID技术、微波RFID技术、标准体系、中间件、系统检测及应用系统的构建、应用实例等内容。

物联网是当前的热门技术，物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮，且已上升为国家战略，成为IT产业的新兴热点。物联网即万物相连的互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络，可以实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。而要实现这种互联互通，对物的识别和定位是至关重要的前提之一，射频识别（RFID）技术就是可以满足这一要求的重要技术手段。

RFID技术是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触式双向数据通信，实现读写器对电子标签或射频卡的读写，达到识别目标和数据交换的目的。RFID技术的工作频率覆盖低频、高频、微波等多个频段，工作距离从几厘米到几十米不等，电子标签可以有源或无源，可以只读或可读写，其存储容量可以从一位到数千字节。RFID技术被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。

RFID位于物联网系统的前端，是物联网的关键技术。RFID技术与互联网、移动通信等技术相结合，可以实现全球范围内物品的互联互通，消除人、机、物之间通信的距离限制，最终组成万物互联、无所不在的物联网。

本书根据最新的物联网工程专业本科教学需要，并结合RFID技术的最新发展及编者多年的RFID教学与工程实践经验编写而成，主要探讨了RFID技术的基本理论、基本方法及实际应用，全书共10章。第1章在叙述RFID技术基本概念的基础上，介绍RFID技术的基本原理、应用框架、系统特征与发展展望；第2章介绍RFID技术的基本理论，包括射频信号的编码与解码、调制与解调、加密与认证、基本的防冲突算法等内容；第3章介绍RFID技术的工作频率与天线；第4章介绍射频前端的相关内容；第5～7章依次介绍低频、高频、微波RFID技术，包括该频段的电子标签、射频芯片、读写器设计等；第8章介绍与RFID技术相关的国际标准；第9章介绍RFID技术的应用；第10章简要介绍RFID中间件与系统测试。

本书内容全面覆盖RFID技术的相关知识，理论与实践紧密结合，反映了RFID技术的最新理论与应用成果，主要特点如下。

① 内容全面。本书涵盖物联网工程专业本科教学所需要的全部内容，对RFID技术的基本概念、基本理论、基本方法、基本应用都进行了详细的介绍，对RFID系统的读写器、电子标签、中间件和应用系统软件的结构及原理均有论述。

② 体系清晰。按照从基础知识到实际系统、从低频到高频、从电子标签到读写器、从理论到应用的原则组织材料，力求结构清晰，内容方便学习与查阅。

③ 逻辑严密。本书的所有内容均由一人编写，各部分结构紧密，前后呼应，有机结合。每一章内容均按照由浅入深、由整体到详细的顺序讲解，各章内容联系紧密又相互独立，逻辑性强。

④ 注重应用。编者具有多年的RFID技术研发经验和教学经验，能够将理论与应用有机结合。书中涉及大量编者近几年公开或未公开发表的关于RFID技术的理论与应用研究成果，这些真实应用案例，多数为编者实际设计验证的系统。理论内容与应用实例的紧密结合，使全书内容更加协调均衡。

本书主要面向物联网工程专业本科教学及物联网工程研发人员，使学生学完本课程后，在掌握RFID技术的基本理论和基础知识的基础上，能够在毕业后与实际工作无缝对接，设计和解决物联网前端识别与应用问题。本书也可供相关领域或专业的研究人员、教师、本科生、研究生、工程技术人员参考。读者阅读本书时，可以按章节顺序依次全面阅读，也可以直接查阅相关章节内容。

在本书历时一年多的编写过程中，得到了山东建筑大学信息与电气工程学院领导和同事们的大力帮助与支持，同时参考了大量国内外相关研究成果及互联网资料，书中无法一一列出，在此衷心感谢所有涉及的专家与研究人员。书中如有内容涉及相关人士的知识产权，请给予谅解并及时与我联系。同时，电子工业出版社的编辑为本书出版做了大量辛苦而细致的工作，在此一并表示感谢。

另外，RFID技术的发展日新月异，RFID系统涉及通信、控制、软件等多个学科，由于作者的学识水平所限，书中不妥之处，敬请同行专家和读者批评指正。

第1章 RFID技术概述 001
1．1 RFID基本概念 001
1．1．1 识别与自动识别 001
1．1．2 常用的自动识别技术 001
1．1．3 RFID技术 003
1．2 RFID技术的基本原理 005
1．2．1 无线电通信 005
1．2．2 耦合方式 006
1．2．3 防冲突机制 006
1．3 RFID系统应用架构 007
1．3．1 电子标签 007
1．3．2 读写器 011
1．3．3 RFID中间件与RFID应用系统软件 012
1．4 RFID的系统特征 013
1．4．1 数据传输 013
1．4．2 通信时序 014
1．4．3 能量获取 015
1．5 RFID技术的应用与发展前景 016
1．5．1 RFID技术的应用领域 016
1．5．2 读写器的发展趋势 018
1．5．3 电子标签的发展趋势 019
1．5．4 RFID技术与5G 019
1．5．5 RFID技术与大数据 020
1．5．6 RFID技术与人工智能 020
习题1 021
第2章 RFID技术基础 022
2．1 数字通信基础 022
2．1．1 RFID系统的通信模型 022
2．1．2 信号 023
2．1．3 信道 023
2．2 数据编码技术 025
2．2．1 编码技术分类 025
2．2．2 RFID常用编码方式 026
2．2．3 RFID编码方式的选择 028
2．3 调制技术 028
2．3．1 调制与解调 028
2．3．2 RFID调制类型 029
2．4 通信数据的完整性 031
2．4．1 奇偶校验 031
2．4．2 纵向冗余校验 032
2．4．3 循环冗余码校验 033
2．5 通信数据的安全性 034
2．5．1 RFID系统安全需求 034
2．5．2 RFID系统安全风险因素 034
2．5．3 RFID系统所受攻击类型 035
2．5．4 RFID系统认证技术 035
2．6 加密技术 037
2．6．1 加密技术的基本概念 037
2．6．2 DES加密技术 038
2．6．3 AES加密技术 043
2．6．4 非对称加密技术 050
2．7 防冲突算法 051
2．7．1 防冲突算法分类 052
2．7．2 ALOHA算法 052
2．7．3 二进制搜索算法 054
习题2 056
第3章 RFID工作频率与天线 057
3．1 RFID工作频率 057
3．1．1 频谱划分 057
3．1．2 ISM频段 058
3．1．3 RFID使用的频段 059
3．2 天线 059
3．2．1 天线的定义与分类 059
3．2．2 天线的基本参数 060
3．2．3 天线的研究方法 062
3．2．4 天线的场区 063
3．2．5 RFID天线设计 064
3．3 RFID天线技术 066
3．3．1 低频和高频RFID天线技术 066
3．3．2 微波RFID天线技术 067
3．4 RFID天线的制造工艺 072
3．4．1 线圈绕制法 072
3．4．2 蚀刻法 073
3．4．3 印刷法 073
习题3 074
第4章 RFID射频前端 076
4．1 读写器天线电路 076
4．1．1 串联谐振 076
4．1．2 电感线圈的交变磁场 080
4．2 电子标签天线电路 082
4．2．1 并联谐振 082
4．2．2 串、并联回路阻抗等效互换 084
4．3 电感耦合 085
4．3．1 电子标签线圈感应电压 086
4．3．2 电子标签谐振回路端电压 087
4．3．3 电子标签直流电源电压获取 088
4．3．4 负载调制 089
4．4 射频滤波器 094
4．4．1 射频滤波器概述 094
4．4．2 低通滤波器原型 095
4．4．3 滤波器的变换 101
4．4．4 滤波器设计的基本流程 102
4．4．5 短截线滤波器设计 103
4．4．6 阶梯阻抗低通滤波器 107
4．4．7 平行耦合微带线带通滤波器 109
4．5 射频低噪声放大器 110
4．5．1 射频放大器的稳定性 110
4．5．2 射频放大器的功率增益 115
4．5．3 射频放大器的失配 117
4．5．4 射频放大器的噪声 117
4．6 射频功率放大器 119
4．6．1 射频功率放大器的分类及参数 119
4．6．2 交调失真 120
4．7 射频振荡器 121
4．7．1 振荡器的基本类型 122
4．7．2 射频低频段振荡器 122
4．7．3 微波振荡器 124
4．8 射频混频器 127
4．8．1 混频器的特性 127
4．8．2 单端二极管混频器 128
4．8．3 二极管单平衡混频器 129
4．8．4 二极管双平衡混频器 129
习题4 130
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第5章低频RFID技术 131
5．1 低频RFID电子标签 131
5．1．1 EM系列电子标签 131
5．1．2 HITAG系列电子标签 136
5．1．3 ATA系列电子标签 140
5．2 低频RFID接口芯片 143
5．2．1 U2270B芯片 143
5．2．2 HTRC110芯片 146
5．2．3 EM4095芯片 149
5．3 低频RFID读写器开发举例 152
5．3．1 基于EM4095的低频RFID读写器开发 152
5．3．2 具有防复制功能的ID卡读写器设计与实现 156
习题5 160
第6章高频RFID技术 161
6．1 高频RFID电子标签 161
6．1．1 Mifare系列电子标签 161
6．1．2 ICODE系列电子标签 172
6．1．3 高频段CPU卡 174
6．1．4 高频段其他类型电子标签 176
6．2 高频RFID接口芯片 178
6．2．1 CLRC632芯片 178
6．2．2 PN512芯片 182
6．2．3 TRF7960芯片简介 185
6．3 高频RFID读写器开发举例 186
6．3．1 基于RC632芯片的高频RFID读写器开发 186
6．3．2 基于PN512芯片的高频RFID读卡器开发 188
习题6 191
第7章微波RFID技术 193
7．1 电磁反向散射耦合 193
7．1．1 电磁反向散射工作原理 193
7．1．2 电磁反向散射能量传递 195
7．1．3 微波RFID的防冲突算法 195
7．1．4 IQ调制与载波泄露 200
7．2 无源微波RFID芯片 201
7．2．1 UCODE系列无源应答器芯片 201
7．2．2 Higgs系列无源应答器芯片 204
7．2．3 Monza 系列无源应答器芯片 205
7．3 微波RFID收发器芯片 206
7．3．1 2．4GHz无线收发器nRF24L01 206
7．3．2 860～960MHz 系列射频收发芯片 209
7．3．3 低于1GHz的多频点无线收发器 212
7．4 微波有源应答器设计 214
7．4．1 设计方案分析 214
7．4．2 系统软硬件设计 215
7．5 微波RFID读写器开发 216
7．5．1 系统基本参数 216
7．5．2 微波RFID读写器硬件设计 217
7．5．3 微波RFID读写器软件设计 218
习题7 220
第8章 RFID标准体系 221
8．1 RFID标准体系概述 221
8．1．1 RFID标准化组织 221
8．1．2 RFID标准分类 222
8．1．3 ISO/IEC标准体系总览 223
8．2 ISO/IEC14443 224
8．2．1 ISO/IEC14443的物理特性与射频能量 224
8．2．2 ISO/IEC14443的信号接口 225
8．2．3 ISO/IEC14443 Type A的帧格式与防冲突 227
8．2．4 ISO/IEC14443 Type A的命令集 230
8．2．5 ISO/IEC14443 Type B的帧格式与防冲突 234
8．2．6 ISO/IEC14443 Type B的命令集 237
8．3 ISO/IEC15693 241
8．3．1 ISO/IEC15693的信号接口 241
8．3．2 ISO/IEC15693的传输协议 245
8．3．3 ISO/IEC15693的防冲突 248
8．3．4 ISO/IEC15693的命令集 250
8．4 ISO/IEC18000 251
8．4．1 ISO/IEC18000-6 Type A 251
8．4．2 ISO/IEC18000-6 Type B 254
8．4．3 ISO/IEC18000-6 Type C 255
8．5 EPCglobal标准体系 257
8．5．1 EPC系统概述 258
8．5．2 EPC编码体系 259
8．5．3 EPC电子标签分类 261
8．5．4 EPC系统组成 262
8．6 UID泛在识别中心标准体系 264
8．6．1 泛在识别码 264
8．6．2 泛在通信器 264
8．6．3 信息系统服务器 265
8．6．4 ucode解析服务器 265
8．6．5 ucode电子标签分级 266
习题8 267
第9章 RFID系统应用 268
9．1 RFID应用系统构建 268
9．1．1 标准选择 268
9．1．2 频率选择 269
9．1．3 元件选择 270
9．1．4 应用系统架构与运行环境 271
9．1．5 接口方式 272
9．1．6 应用系统软件 278
9．1．7 RFID项目实施 278
9．2 基于低频RFID技术的赛鸽竞翔系统 281
9．2．1 比赛规则与形式 281
9．2．2 电子脚环感应踏板的工作原理 282
9．2．3 电子脚环感应踏板的硬件设计 282
9．2．4 电子脚环感应踏板的软件设计 284
9．3 基于高频RFID技术的酒店门锁系统 286
9．3．1 系统整体分析 286
9．3．2 系统硬件设计 286
9．3．3 系统软件设计 288
9．4 基于微波RFID技术的ETC系统 291
9．4．1 ETC系统概述 291
9．4．2 ETC系统构成 292
9．4．3 ETC系统的优缺点及发展展望 294
9．5 EAS系统简介 296
9．5．1 EAS系统概述 296
9．5．2 射频法EAS系统 297
习题9 298
第10章 RFID中间件与系统测试 299
10．1 RFID中间件概述 299
10．1．1 RFID软件分类 299
10．1．2 RFID中间件的基本概念 300
10．1．3 RFID中间件的层次结构 304
10．2 RFID中间件的关键技术 306
10．2．1 设备接入技术 306
10．2．2 设备监控技术 307
10．2．3 应用层事件规范 307
10．2．4 面向服务的体系结构 309
10．2．5 Web Service 310
10．3 RFID测试与分析技术概述 311
10．3．1 RFID测试的目的与分类 312
10．3．2 RFID测试技术现状和发展趋势 312
10．4 RFID技术测试 313
10．4．1 RFID技术测试的主要内容 313
10．4．2 RFID技术测试的环境 314
10．4．3 RFID技术测试的步骤 315
10．5 RFID应用测试 316
10．5．1 RFID应用测试的主要内容 317
10．5．2 RFID应用测试的一般方法 317
习题10 319
附录A 本书采用的缩写 320
参考资料 325

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