自動識別技術在物聯(lián)網(wǎng)領域越來越受到市場的高度重視,很多學校逐步引入RFID課程,作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的主要課程之一。
然而,由于自動識別技術的特殊性,目前市場上缺乏適合高校應用教學的教材及資源。同時,高校在自動識別技術教學方面的師資力量相對薄弱。為此,我們精心設計了這本基于應用型、項目化的自動識別教學資料,希望它能夠滿足學校物聯(lián)網(wǎng)、射頻電子技術、無線通信等專業(yè)對自動識別課程的教學需求。
《自動識別技術與應用開發(fā)》以自動識別技術及應用相關知識點為主線,系統(tǒng)深入地講解了物聯(lián)網(wǎng)的相關知識及技能。編寫的指導思想是理論夠用、實踐為主,以項目型開發(fā)為主,以任務實現(xiàn)為輔;任務描述清晰,要求明確,并附帶了相關知識的講解。這樣,學生在進行任務實驗時,不需要再檢索、查詢相關內(nèi)容,減輕了教學過程中學生與老師的負擔。
《自動識別技術與應用開發(fā)》可以作為本科院校的物聯(lián)網(wǎng)、電子信息工程、計算機科學與技術、通信工程等專業(yè)的教學、實驗用書,也可以作為從事項目開發(fā)與應用的工程技術人員的參考書。
射頻信號可視化,使復雜技術淺顯化;虛擬仿真技術實現(xiàn),應用場景形象化;虛實結(jié)合的功能應用,使理論與實際一體化;新技術引入,使課程教學全面化;填補了RFID課程教學實訓的一個空白。解決了高校射頻技術高深、知識超出學生認知,不以學習的問題!
物聯(lián)網(wǎng)應用的快速發(fā)展催生了一系列新技術應用,特別是近幾年來,物聯(lián)網(wǎng)技術與AI技術的結(jié)合,又帶來了AIoT產(chǎn)業(yè)的快速興起,物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術越來越受到企業(yè)和高校的重視。作為物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術之一的自動識別技術,已經(jīng)逐步被高校物聯(lián)網(wǎng)、信息技術、通信等專業(yè)設置為專業(yè)核心課程。
由于自動識別技術本身的特殊性,涉及電子技術、通信技術、軟件開發(fā)等多個學科,因此對射頻識別課程教學的深度、廣度很難把控。如果知識點覆蓋太多,則超出了一門課程的范圍,學生很難學到有用的知識;知識點講述太深,則超出了學生能接受的范圍,且與通信技術等課程有沖突。目前,市場上面向物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的自動識別教材稀少;自動識別的相關內(nèi)容僅限于在《物聯(lián)網(wǎng)技術概論》書中有簡單的描述,一些學校出現(xiàn)了把自動識別技術和傳感器技術合并為一種教材的尷尬局面。
為此,新大陸教育公司聯(lián)合各高校在射頻、通信及圖像識別等方面的專家,并結(jié)合新大陸公司多年在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應用中的經(jīng)驗,梳理出物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)對自動識別領域的技術要求、崗位人才需求等信息,開發(fā)編寫了這本《自動識別技術與應用開發(fā)》教材。目的是把識別技術的理論知識與操作實踐相結(jié)合,采用項目化、一體化教材的編寫方式,以學生比較容易接受的形式,把自動識別技術逐步融入學生的知識體系中。
教材的設計具備如下特點。
(1) 知識設置覆蓋面廣。覆蓋射頻電子、信號處理、電子標簽應用開發(fā)。
(2) 仿真設計淺顯易懂。以仿真及動畫、圖形等方式實現(xiàn)教學形象化。
(3) 虛實結(jié)合的一體化。虛擬數(shù)據(jù)與實體設備協(xié)調(diào)一致,理論與實際有機結(jié)合。
(4) 教學資源體系豐富。配套資源開發(fā)匯聚了高校老師、科研院所、企業(yè)工程師及相關專家的成果。
本書內(nèi)容設計分為三個部分。
(1) RFID信號與通信技術測量與分析。理解射頻通信的過程,天線與電子標簽之間數(shù)據(jù)交互的原理、調(diào)制、編碼方法,能夠根據(jù)射頻調(diào)制及編碼的圖像分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),從硬件方面對射頻識別有一個深入的理解。
(2) 電子標簽功能驗證與應用。對每個頻段的電子標簽,理解指令的意義及對應的數(shù)據(jù)交互過程,能夠?qū)γ總交易過程編寫API調(diào)用函數(shù),并通過實體設備對API函數(shù)進行驗證。
(3) RFID技術仿真。針對電子標簽復雜且不易理解的交易過程,通過虛實結(jié)合的虛擬仿真技術展現(xiàn)交易過程,達到深入淺出的教學效果;同時,物聯(lián)網(wǎng)綜合應用的仿真實現(xiàn),也能夠讓學生進一步體驗識別技術在物聯(lián)網(wǎng)方面的應用。
全書分為6章,共45個小節(jié),涵蓋了RFID技術的射頻電路、編碼與調(diào)制、算法與場、天線調(diào)試、低頻應用接口開發(fā)、高頻應用接口開發(fā)、超高頻應用接口開發(fā)、微波應用接口開發(fā)及二維碼識別技術等。針對比較難懂及不容易講述清楚的知識,本書穿插配備了技術仿真,讓學生通過模擬仿真的場景來理解相關知識內(nèi)容。
本書由北京新大陸時代教育科技有限公司總工、高級工程師李文亮主編,產(chǎn)品總監(jiān)陳旭及福建信息學院韓菁執(zhí)筆。同時,為了確保教材的質(zhì)量,我們還邀請了西安交通大學、哈爾濱工業(yè)大學、西安電子科技大學等著名高校的教授和骨干教師參與教材的修訂及試用工作,我們在此對他們的辛勤工作和貢獻表示衷心的感謝!
由于我們的能力和水平有限,所提編寫原則和書中具體內(nèi)容若有疏漏、欠妥之處,懇請各界讀者多加指正,以便以后不斷改進。
編 者
李文亮,北京新大陸時代教育科技有限公司高級工程師,碩士;近20年的電子、嵌入式及物聯(lián)網(wǎng)領域工作經(jīng)驗,擁有豐富的產(chǎn)品研發(fā)、項目管理經(jīng)驗,擁有超過20多個發(fā)明專利及著作權(quán)。在應用電子技術、嵌入式、RFID、物聯(lián)網(wǎng)等領域具有深厚的技術儲備及行業(yè)經(jīng)驗。
第1章 RFID信號與通信技術測量與分析 1
1.1 射頻調(diào)制與編碼仿真 2
1.1.1 仿真軟件登錄 2
1.1.2 進入RFID仿真系統(tǒng) 2
1.2 空間載波的提取及波形認知 3
1.2.1 RFID教學實驗平臺實驗套件 4
1.2.2 載波定義 6
1.2.3 信號調(diào)制 6
1.2.4 常用的幾種調(diào)制方法 7
1.2.5 射頻工作場 10
1.3 TYPE A調(diào)制信號的測量與分析 16
1.4 TYPE B調(diào)制信號的測量與分析 20
1.5 TYPE A調(diào)制信號通信與分析 25
1.5.1 米勒(Miller)編碼 26
1.5.2 修正米勒編碼 26
1.5.3 曼徹斯特編碼 27
1.5.4 基于ASK 100%的調(diào)制信號:讀卡器傳輸數(shù)據(jù)到電子標簽 27
1.5.5 副載波調(diào)制信號:讀卡器接收電子標簽數(shù)據(jù) 28
1.6 TYPE B調(diào)制信號通信與分析 32
1.6.1 NRZ-L編碼 33
1.6.2 基于NRZ-L編碼的ASK 10%調(diào)制信號 33
1.6.3 副載波調(diào)制信號:電子標簽發(fā)送數(shù)據(jù)到讀卡器 34
1.7 射頻場的場強測試與分析 38
1.7.1 射頻通信的能量傳輸 38
1.7.2 場強 39
1.7.3 磁感應定律 40
1.7.4 場強參數(shù)表(ISO/IEC 14443標準) 41
1.8 射頻天線調(diào)試(選修) 46
1.8.1 調(diào)試與測試 46
1.8.2 電路設計 46
1.8.3 天線調(diào)諧 48
第2章 低頻卡功能驗證與應用 59
2.1 低頻卡數(shù)據(jù)讀寫仿真 60
2.2 低頻卡串口通信實驗 69
2.3 獲取低頻卡信息 79
2.4 低頻初始化操作 81
2.5 低頻卡地址空間常規(guī)讀寫塊操作 86
2.6 低頻卡加密解密實驗 94
2.7 低頻卡地址空間保護讀寫塊操作 98
2.8 低頻卡門禁系統(tǒng)綜合實驗 103
第3章 高頻卡功能驗證與應用開發(fā) 107
3.1 高頻卡存儲結(jié)構(gòu)仿真 108
3.2 高頻電子錢包仿真 111
3.3 高頻公交E卡通應用仿真 120
3.4 高頻RFID串口通信實驗 125
3.5 獲取高頻M1卡信息 130
3.6 高頻M1卡天線操作 135
3.7 標簽防沖突仿真 139
3.8 高頻M1卡激活操作 143
3.9 高頻卡數(shù)據(jù)讀寫仿真 149
3.10 高頻M1卡密鑰驗證 154
3.11 高頻M1卡讀寫操作 157
3.12 停車場收費系統(tǒng) 163
3.13 非接觸CPU Type A型卡基本操作 167
3.14 NFC卡基本操作 177
3.15 高頻CPU Type B型卡基本操作 189
3.16 高頻邏輯 Type B型卡基本操作 195
第4章 超高頻功能驗證與應用開發(fā) 201
4.1 超高頻卡存儲結(jié)構(gòu)仿真 202
4.2 超高頻尋卡識別仿真 204
4.3 獲取超高頻閱讀器模塊信息 209
4.4 超高頻電子標簽輪詢操作 222
4.5 超高頻電子標簽Select操作 235
4.6 超高頻數(shù)據(jù)讀寫仿真 245
4.7 讀寫超高頻電子標簽數(shù)據(jù)存儲區(qū) 250
4.8 超高頻電子標簽鎖定和滅活仿真(選做) 262
4.9 超高頻電子標簽鎖定和解鎖(選做) 265
4.10 超高頻電子標簽Query操作 273
4.11 閱讀器工作地區(qū)、信道和自動跳頻操作 284
4.12 閱讀器發(fā)射功率、發(fā)射連續(xù)載波操作 295
4.13 射頻基帶參數(shù)設置 303
第5章 微波有源RFID功能驗證與應用開發(fā) 315
第6章 二維碼功能驗證與應用開發(fā) 331
參考文獻 344