物联网识别技术及应用

第1章物联网识别技术1

1.1物联网的起源与发展1

1.2物联网基本概念2

1.3物联网识别技术4

1.4传统自动识别技术5

1.4.1磁卡技术6

1.4.2IC卡识别技术7

1.4.3生物特征识别技术9

1.4.4图像识别技术19

1.4.5光学字符识别技术21

习题22

第2章条形码基本概念24

2.1条码的起源和发展24

2.1.1条码的历史24

2.1.2条码的发展方向26

2.2条码基本知识27

2.2.1条码的分类27

2.2.2条码的结构31

2.3EAN/UPC32

2.3.1EAN13码32

2.3.2EAN8码34

2.3.3UPCA码35

2.3.4UPCE码35

2.3.5库德巴条码36

2.3.6128条码37

2.4ISBN码与ISSN码38

2.4.1ISBN码38

2.4.2ISSN码38

2.539码39

2.5.139码简介39

2.5.239码编码方式40

2.5.339码检查码的计算40

物联网识别技术及应用

目录2.6PDF417码43

2.6.1PDF417的结构43

2.6.2PDF417码的特点44

2.6.3PDF417的纠错功能45

2.6.4PDF417二维条码生成算法45

2.6.5PDF417条码的标准化现状48

2.7快速响应矩阵码(QR Code)48

2.7.1QR Code的特点48

2.7.2编码字符集49

2.7.3QR Code码符号的基本特性50

2.8Datamatrix码50

2.8.1Datamatrix码简介50

2.8.2Datamatrix二维条码的结构51

2.8.3资料表示方法52

2.9Maxicode码52

2.9.1Maxicode码简介52

2.9.2Maxicode的基本特征53

2.9.3Maxicode的组成54

2.9.4Maxicode的解码步骤55

习题55

第3章条码识别技术及应用56

3.1条码采集识别原理56

3.1.1条码识读相关术语56

3.1.2条码符号的光学特性57

3.1.3光电转换、信号放大及整形57

3.1.4条码识别系统的组成原理58

3.2条码译码技术59

3.2.1条码译码技术概述59

3.2.2二维条码PDF417的译码技术60

3.3基于条码技术的应用系统61

3.3.1条码应用系统的组成61

3.3.2条码应用系统运作流程62

3.3.3码制的选择63

3.3.4识读器的选择65

3.4条码技术在物流信息系统中的应用66

3.5条形码技术在医院信息系统中的应用69

3.6超市管理中的条码应用71

3.6.1超市中的商品流通71

3.6.2成员的管理72

习题73

第4章射频识别技术74

4.1射频识别技术起源和发展74

4.2RFID系统组成及特点75

4.2.1RFID系统组成75

4.2.2RFID系统的特点76

4.3RFID技术的理论基础79

4.3.1与RFID相关的电磁场理论79

4.3.2耦合系统81

4.3.3数据传输原理82

4.3.4能量传输原理83

4.3.5数据传输编码84

4.3.6数据校验方法87

4.4RFID系统特征89

4.4.1RFID系统的工作过程89

4.4.2RFID系统的基本模型89

4.4.3RFID系统的性能指标91

4.5RFID技术的应用发展面临的问题94

习题95

第5章电子标签96

5.1电子标签概述96

5.2电子标签的组成及工作原理96

5.2.1Mifare 1射频卡的工作原理及特点97

5.2.2Mifare 1射频卡的结构98

5.2.3Mifare 1射频卡的物理组成及片上天线101

5.2.4Mifare 1射频卡的存储结构102

5.3电子标签种类106

5.3.1按能量来源分类106

5.3.2按标签工作频率分类107

5.3.3按标签读写方式分类111

5.3.4按标签的用途分类112

5.3.5按标签功能分类114

5.4双频标签和双频系统115

5.4.1有源系统116

5.4.2无源系统117

5.4.3双频RFID系统的应用118

5.5电子标签协议119

5.5.1电子标签协议的基本概念119

5.5.2电子标签协议的种类119

5.5.3Gen2 协议119

5.5.4电子标签协议涉及的问题121

5.6电子标签的天线124

5.7电子标签的封装及加工125

5.7.1电子标签的封装126

5.7.2电子标签的封装工艺128

5.7.3电子标签信息的写入方式132

5.8电子标签性能133

5.8.1电子标签的性能因素133

5.8.2电子标签性能的测试135

5.9电子标签的发展趋势135

习题137

第6章读写器138

6.1读写器概述138

6.2读写器工作原理138

6.2.1读写器的基本构成138

6.2.2读写器工作流程140

6.2.3读写器的功能及分类140

6.2.4读写器协议143

6.3读写器天线144

6.3.1天线的结构形式及主要参数144

6.3.2读写器天线的种类146

6.3.3读写器与天线的连接148

6.4读写器的发展趋势150

习题151

本书从物联网的基本概念和体系结构出发，比较详细地介绍了物联网识别技术原理及其应用。全书共分12章，第1章在介绍物联网基本概念的基础上，给出了物联网识别技术的定义，简要分析了几种传统识别技术的原理、特点及相关的应用情况。第2章和第3章，详细介绍了条码基本概念、条码识别技术的基本原理及其在物联网中的应用。第4章至第11章，重点介绍了射频识别技术的基础理论、射频识别系统的工作原理，并从电子标签、读写器、射频识别技术标准、RFID系统的关键技术、RFID应用系统的构建和实施方法以及射频识别技术的应用进行了详细论述。第12章，详细地介绍了现有的几种位置识别技术的基本原理及其物联网应用情况。

绪论 (1)

0.1 物联网概述 (1)

0.1.1 物联网的概念 (1)

0.1.2 物联网发展历史 (2)

0.1.3 物联网技术架构 (3)

0.1.4 物联网的应用 (4)

0.1.5 物联网对经济的影响 (6)

0.2 自动识别技术 (6)

0.2.1 自动识别技术概念 (7)

0.2.2 自动识别系统 (7)

0.2.3 自动识别技术种类 (8)

小结 (13)

思考与练习 (13)

项目一 认识射频识别技术 (15)

1.1 任务导入:什么是射频识别技术 (15)

1.1.1 射频识别技术的发展进程 (15)

1.1.2 射频识别技术的特点 (16)

1.2 射频识别系统组成 (17)

1.2.1 射频识别系统的基本组成 (17)

1.2.2 电子标签 (18)

1.2.3 阅读器 (21)

1.3 射频识别系统分类 (23)

1.4 射频识别系统工作原理 (26)

1.4.1 RFID的基本交互原理 (26)

1.4.2 射频识别系统工作流程 (27)

1.4.3 射频识别系统中能量及数据传输原理 (27)

1.5 射频识别系统中的应用技术 (30)

1.5.1 RFID系统实施技术 (30)

1.5.2 RFID系统测试技术 (32)

1.5.3 RFID系统的安装技术 (32)

1.5.4 RFID系统的故障分析技术 (32)

1.6 射频识别技术的应用和发展前景 (33)

1.6.1 RFID技术的应用 (33)

1.6.2 RFID技术的典型应用实例 (33)

1.6.3 RFID技术的发展前景 (35)

1.7 知识拓展 (36)

1.7.1 RFID技术相关标准 (36)

1.7.2 射频卡简介 (38)

1.7.3 射频卡的生命周期 (39)

小结 (44)

思考与练习 (45)

项目二 125kHz物联网RFID应用系统设计--门禁系统 (46)

2.1 任务导入:什么是射频卡门禁系统 (46)

2.1.1 门禁系统组成 (47)

2.1.2 门禁系统设计目标 (49)

2.1.3 门禁系统功能需求 (49)

2.2 125kHz物联网射频卡 (50)

2.2.1 EM4100射频卡简介 (50)

2.2.2 EM4100射频卡内部电路框图 (51)

2.2.3 EM4100编码描述 (53)

2.2.4 EM4100中的IC存储单元 (54)

2.3 125kHz射频卡门禁系统原理 (54)

2.3.1 125kHz门禁系统阅读器结构原理 (55)

2.3.2 125kHz门禁阅读器电路原理 (56)

2.3.3 125kHz门禁阅读器天线设计原理 (57)

2.4 125kHz 射频卡门禁系统硬件设计 (57)

2.4.1 125kHz 门禁阅读器硬件结构 (57)

2.4.2 125kHz门禁射频卡阅读器核心模块 (57)

2.4.3 125kHz门禁射频卡阅读器外围电路 (58)

2.4.4 125kHz门禁射频卡阅读器板级模块接口 (59)

2.5 125kHz射频卡门禁系统软件设计 (60)

2.5.1 射频门禁卡ID的识别 (60)

2.5.2 射频卡门禁系统通信与管理功能的软件设计流程 (64)

2.6 知识拓展 (64)

2.6.1 LPC111x芯片简介 (64)

2.6.2 嵌入式系统简介 (70)

2.6.3 韦根接口 (74)

2.6.4 其他125kHz射频卡介绍 (76)

小结 (79)

思考与练习 (80)

项目三 13.56MHz物联网RFID应用系统设计--公交收费系统 (81)

3.1 任务导入:什么是公交收费系统 (81)

3.1.1 公交收费系统组成 (82)

3.1.2 公交收费系统设计目标 (83)

3.1.3 公交收费系统功能需求 (84)

3.2 13.56MHz物联网射频卡 (84)

3.2.1 Mifare 1射频卡简介 (84)

3.2.2 Mifare 1射频卡的功能组成 (85)

3.2.3 Mifare 1射频卡的存储结构 (87)

3.2.4 Mifare 1射频卡与阅读器的通信 (89)

3.3 13.56MHz射频卡公交收费系统原理 (90)

3.3.1 13.56MHz射频卡公交收费系统简介 (90)

3.3.2 13.56MHz公交射频卡阅读器工作基本原理 (91)

3.3.3 13.56MHz射频系统天线设计 (92)

3.4 13.56MHz射频卡公交收费系统硬件设计 (93)

3.4.1 13.56MHz公交射频卡阅读器模块硬件结构简介 (93)

3.4.2 MFRC522简介 (94)

3.4.3 13.56MHz公交射频卡阅读器模块接口引脚 (96)

3.4.4 13.56MHz公交射频卡阅读器模块天线设计实现 (98)

3.5 13.56MHz射频卡公交收费系统软件设计 (98)

3.5.1 I2C通信协议 (98)

3.5.2 读写13.56MHz射频卡 (101)

3.5.3 13.56MHz公交收费系统功能流程 (102)

3.6 知识拓展 (104)

3.6.1 I2C总线协议 (104)

3.6.2 ISO/IEC 14443标准 (107)

3.6.3 ISO/IEC 15693标准简介 (128)

3.6.4 其他13.56MHz射频卡简介 (129)

小结 (130)

思考与练习 (131)

项目四 2.4GHz物联网RFID应用系统设计--ETC系统 (132)

4.1 任务导入:什么是ETC系统 (132)

4.1.1 ETC系统组成及工作原理 (133)

4.1.2 ETC技术发展 (134)

4.1.3 ETC系统工作流程 (135)

4.1.4 ETC系统特点 (135)

4.1.5 ETC系统设计目标 (135)

4.2 2.4GHz物联网射频标签 (136)

4.2.1 nRF24L01射频芯片 (136)

4.2.2 2.4GHz射频标签模块 (139)

4.3 2.4GHz射频ETC系统原理 (142)

4.4 2.4GHz射频ETC系统硬件设计 (142)

4.5 2.4GHz射频ETC系统软件设计 (143)

4.6 知识拓展 (145)

4.6.1 ETC相关介绍 (145)

4.6.2 SPI总线协议 (146)

小结 (154)

思考与练习 (155)

项目五 实训项目:物联网射频识别技术与应用系统硬件使用 (156)

5.1 系统简介 (156)

5.2 搭建演示平台 (158)

5.3 主板使用手册 (160)

5.3.1 主板硬件结构简介 (160)

5.3.2 主板接口 (160)

5.3.3 主板功能配置 (165)

5.4 MCU模块使用手册 (167)

5.5 各组件模块简介 (169)

5.5.1 STN显示模块 (169)

5.5.2 BUTTON_LED模块 (170)

5.5.3 蜂鸣器、继电器模块 (172)

5.5.4 USB-UART串口模块 (173)

5.5.5 电源模块 (175)

5.5.6 硬件功能扩展 (176)

5.6 外围器件及接口简介 (177)

5.6.1 液晶显示屏 (177)

5.6.2 LED (181)

5.6.3 按键开关 (183)

5.6.4 蜂鸣器 (184)

5.6.5 继电器 (186)

5.6.6 USB接口 (188)

5.6.7 UART接口 (192)

项目六 实训项目:物联网射频识别技术与应用系统软件使用 (196)

6.1 工具准备阶段 (196)

6.1.1 安装串口驱动说明 (196)

6.1.2 Keil uVision安装 (197)

6.1.3 Flash Magic安装使用 (200)

6.2 MCU系统应用基础技能 (204)

6.2.1 创建MCU程序 (204)

6.2.2 在线下载及调试 (209)

6.3 Proteus 8.0安装和使用 (212)

6.3.1 Proteus 8.0基本性能概述 (212)

6.3.2 Proteus 8.0的安装 (214)

6.3.3 Proteus 8.0使用介绍 (217)

项目七 物联网RFID应用系统--学生拓展设计案例 (226)

7.1 公司等级权限智能门禁系统设计 (226)

7.2 射频卡水控制器系统设计 (227)

7.3 购物消费系统设计 (230)

7.4 停车场收费系统设计 (232)

7.5 优秀职工考勤系统设计 (233)

参考文献 (236)

本书以贴近实际的具体项目为依托，将必须掌握的基本知识与项目设计和实施建立联系，将能力和技能培养贯穿其中。本书根据行业产业对人才的知识和技能要求，设计了7个项目:认识射频识别技术、125kHz物联网RFID应用系统设计--门禁系统、13.56MHz物联网RFID应用系统设计--公交收费系统、2.4GHz物联网RFID应用系统设计--ETC系统、物联网射频识别技术与应用系统硬件使用、物联网射频识别技术与应用系统软件使用、物联网RFID应用系统--学生拓展设计案例。根据项目的实施过程，将主要内容分成多个教学单元，将知识点和技能训练贯穿其中，使学生能在较短时间内达到掌握射频识别技术相关知识和技能的目的。各项目中的理论实践紧密结合，由浅到深，层层递进。