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第1篇 物联网RFID系统架构2

第1章 物联网与RFID技术2

1.1 物联网概述2

1.1.1 物联网的概念2

1.1.2 物联网的历史与未来3

1.1.3 物联网的作用4

1.2 自动识别技术4

1.2.1 自动识别技术概述5

1.2.2 条码识别技术5

1.2.3 磁卡识别技术7

1.2.4 IC卡识别技术8

1.2.5 RFID技术8

1.3 RFID的发展历程9

1.3.1 RFID技术的产生9

1.3.2 RFID技术的探索阶段10

1.3.3 RFID技术成为现实阶段10

1.3.4 RFID技术的推广阶段10

1.3.5 RFID技术的普及阶段11

1.4 RFID的应用现状12

本章小结12

思考与练习13

第2章 RFID系统的基本构成14

2.1 RFID系统概述14

2.1.1 RFID系统的基本组成14

2.1.2 RFID系统的工作流程15

2.1.3 RFID系统的分类方法15

2.2 电子标签19

2.2.1 电子标签的基本组成19

2.2.2 电子标签的结构形式19

2.2.3 电子标签的工作特点22

2.2.4 电子标签的技术参数25

2.2.5 电子标签的功能模块26

2.2.6 电子标签的封装28

2.2.7 电子标签的发展趋势28

2.3 读写器30

2.3.1 读写器的基本组成30

2.3.2 读写器的结构形式30

2.3.3 读写器的工作特点32

2.3.4 读写器的技术参数32

2.3.5 读写器的功能模块33

2.3.6 读写器的发展趋势34

2.4 系统高层35

本章小结35

思考与练习36

第3章 物联网RFID系统架构37

3.1 全球物品编码37

3.1.1 物品编码概述37

3.1.2 条码编码39

3.1.3 EPC40

3.2 电子标签与读写器构成的RFID识别系统42

3.2.1 EPC标签42

3.2.2 EPC读写器45

3.2.3 EPC读写器与电子标签构成的系统46

3.3 中间件46

3.3.1 中间件的作用46

3.3.2 中间件的结构47

3.3.3 中间件的发展阶段48

3.3.4 中间件的应用48

3.4 物联网名称解析服务和信息发布服务48

3.4.1 物联网网络服务概述49

3.4.2 物联网名称解析服务49

3.4.3 物联网信息发布服务50

本章小结52

思考与练习53

第2篇 物联网RFID工作原理56

第4章 RFID使用的频率及电磁波的工作特点56

4.1 频率范围56

4.1.1 频谱的划分56

4.1.2 频谱的分配和无线电业务种类57

4.1.3 ISM频段58

4.1.4 RFID使用的频段60

4.2 RFID电波传播的电参数63

4.2.1 电磁波的传播速度63

4.2.2 RFID的工作波长65

4.2.3 相位常数、波阻抗和能流密度矢量66

4.2.4 波的极化67

4.2.5 反射系数和折射系数68

4.3 低频和高频RFID电磁场的特性70

4.4 微波RFID电磁波的特性70

4.4.1 自由空间的传输损耗70

4.4.2 视距传播与菲涅耳区71

4.4.3 RFID电磁波的传播机制73

4.4.4 集肤效应76

本章小结78

思考与练习78

第5章 天线基础80

5.1 天线概述80

5.1.1 天线的定义80

5.1.2 天线的分类81

5.1.3 天线的研究方法和设计方法81

5.2 基本振子的辐射82

5.2.1 电基本振子的辐射82

5.2.2 磁基本振子的辐射84

5.3 天线的电参数86

5.3.1 发射天线的电参数86

5.3.2 互易定理和接收天线的电参数90

5.4 对称振子天线91

5.4.1 对称振子天线的电流分布91

5.4.2 对称振子天线的辐射场与方向图92

5.4.3 对称振子天线的辐射电阻93

5.4.4 对称振子天线的输入阻抗94

5.5 天线阵94

5.5.1 二元阵与方向性乘积原理94

5.5.2 均匀直线阵95

5.6 其他类型天线简要介绍96

5.6.1 引向天线96

5.6.2 螺旋天线97

5.6.3 微带天线97

5.6.4 缝隙天线98

5.6.5 旋转抛物面天线98

本章小结99

思考与练习100

第6章 RFID中的天线技术101

6.1 RFID天线的应用及设计现状101

6.1.1 RFID天线的应用现状101

6.1.2 RFID天线的设计现状102

6.2 低频和高频RFID天线技术104

6.2.1 低频和高频RFID天线的结构104

6.2.2 低频和高频RFID天线的磁场105

6.2.3 低频和高频RFID天线的最佳尺寸107

6.3 微波RFID天线技术107

6.3.1 微波RFID天线的结构107

6.3.2 微波RFID天线的应用方式108

6.3.3 多种类型的微波RFID天线109

6.4 天线仿真设计与制作114

6.4.1 Ansoft HFSS仿真软件115

6.4.2 CSTMICROWAVE STUDIO和 IE3D仿真软件116

6.4.3 天线仿真、制作与调试116

6.5 RFID天线的制造工艺116

6.5.1 线圈绕制法116

6.5.2 蚀刻法117

6.5.3 印刷法117

本章小结119

思考与练习120

第7章 RFID电感耦合方式的射频前端121

7.1 线圈的自感和互感121

7.1.1 磁通量121

7.1.2 线圈的电感122

7.1.3 线圈间的互感122

7.2 RFID读写器的射频前端123

7.2.1 RFID读写器射频前端的结构123

7.2.2 串联谐振电路124

7.3 RFID电子标签的射频前端127

7.3.1 RFID电子标签射频前端的结构127

7.3.2 并联谐振电路128

7.4 RFID读写器与电子标签之间的电感耦合131

7.4.1 电子标签的感应电压132

7.4.2 电子标签的直流电压134

7.4.3 负载调制134

本章小结136

思考与练习137

第8章 RFID电磁反向散射方式的射频前端139

8.1 微波RFID射频前端的基本构成139

8.2 射频滤波器的设计141

8.2.1 滤波器的基本类型141

8.2.2 低通滤波器原型141

8.2.3 滤波器的变换及集总参数滤波器的设计145

8.2.4 分布参数滤波器的设计148

8.3 射频低噪声放大器的设计153

8.3.1 放大器的稳定性153

8.3.2 放大器的功率增益154

8.3.3 放大器输入输出驻波比155

8.3.4 放大器的噪声155

8.4 射频功率放大器的设计156

8.4.1 A类放大器的设计156

8.4.2 交调失真158

8.5 射频振荡器的设计159

8.5.1 振荡器的基本模型159

8.5.2 射频低频段振荡器的设计160

8.5.3 微波振荡器的设计162

8.6 混频器的设计165

本章小结168

思考与练习169

第9章 编码与调制170

9.1 信号与信道170

9.1.1 信号171

9.1.2 信道172

9.2 编码与调制175

9.2.1 编码与解码175

9.2.2 调制和解调176

9.3 RFID常用的编码方法177

9.3.1 编码应具有的预期性能177

9.3.2 编码格式178

9.3.3 RFID常用标准的编码方式181

9.3.4 编码方式Matlab/Simulink仿真方法183

9.4 RFID常用的调制方法184

9.4.1 载波184

9.4.2 振幅键控185

9.4.3 频移键控187

9.4.4 相移键控187

9.4.5 副载波调制188

9.4.6 RFID常用标准的调制方式190

本章小结191

思考与练习191

第10章 数据的完整性与数据的安全性193

10.1 数据的完整性193

10.1.1 差错控制193

10.1.2 数据传输中的防碰撞问题200

10.1.3 RFID中数据完整性的实施策略202

10.1.4 编解码电路和校验电路FPGA设计204

10.2 数据的安全性208

10.2.1 密码学基础208

10.2.2 RFID电子标签的安全设计210

10.2.3 RFID应用系统的安全设计212

10.2.4 RFID安全策略举例213

本章小结215

思考与练习216

第11章 电子标签的体系结构217

11.1 一位电子标签217

11.2 采用声表面波技术的标签219

11.2.1 表面波的形成及表面波的反射219

11.2.2 声表面波器件概述220

11.2.3 声表面波器件的特点221

11.2.4 声表面波标签222

11.2.5 声表面波技术的发展方向224

11.3 含有芯片的电子标签224

11.3.1 射频前端电路225

11.3.2 控制部分的电路结构227

11.4 具有存储功能的电子标签228

11.4.1 地址和安全逻辑229

11.4.2 存储器230

11.4.3 非接触式IC卡芯片介绍232

11.4.4 MIFARE技术235

11.5 含有微处理器的电子标签237

11.5.1 微处理器237

11.5.2 操作系统命令的处理过程237

11.5.3 含有微处理器的电子标签实例238

本章小结239

思考与练习240

第12章 读写器的体系结构241

12.1 读写器在RFID应用系统中的作用241

12.2 读写器的组成与设计要求242

12.2.1 读写器的组成242

12.2.2 读写器的设计要求243

12.3 低频读写器244

12.3.1 基于U2270B芯片的读写器244

12.3.2 考勤系统的读写器246

12.3.3 汽车防盗系统的读写器247

12.4 高频读写器248

12.4.1 MF RC500芯片248

12.4.2 基于MF RC500芯片的读写器251

12.5 微波读写器254

12.5.1 微波RFID系统射频前端的一般结构254

12.5.2 用于表面波标签的微波系统254

12.5.3 微波读写器的一个实例255

12.5.4 射频电路与ADS仿真设计256

本章小结261

思考与练习262

第13章 物联网RFID中间件263

13.1 RFID中间件概述263

13.1.1 中间件的概念263

13.1.2 RFID中间件的分类264

13.1.3 RFID中间件的发展历程265

13.1.4 RFID中间件的特征与作用266

13.2 RFID中间件的接入技术和业务集成技术266

13.2.1 RFID硬件设备与中间件的架构267

13.2.2 RFID读写设备接入技术267

13.2.3 RFID中间件业务集成技术268

13.3 RFID中间件的基本结构270

13.3.1 中间件的系统框架270

13.3.2 中间件的处理模块271

13.4 RFID中间件实例273

13.4.1 IBM的RFID中间件274

13.4.2 微软的RFID中间件275

13.4.3 国内的RFID中间件277

本章小结278

思考与练习279

第14章 物联网RFID标准体系280

14.1 物联网RFID标准简介280

14.1.1 RFID标准化组织280

14.1.2 RFID标准体系构成282

14.1.3 标准的意义、本质与作用283

14.1.4 标准与知识产权283

14.2 ISO/IEC RFID标准体系284

14.2.1 ISO/IEC技术标准284

14.2.2 ISO/IEC数据结构标准286

14.2.3 ISO/IEC性能标准287

14.2.4 ISO/IEC应用标准287

14.2.5 ISO/IEC其他标准289

14.2.6 ISO/IEC的RFID标准汇总表290

14.3 EPCglobal RFID标准体系293

14.3.1 EPC系统的框架结构293

14.3.2 EPC系统的体系框架标准295

14.3.3 EPC系统的工作流程296

14.4 日本泛在识别UID标准体系297

14.4.1 UID标准体系的架构297

14.4.2 泛在识别码297

14.4.3 泛在通信器298

14.4.4 Ucode标签分级298

14.4.5 信息系统服务器299

14.4.6 Ucode解析服务器299

14.5 我国物联网RFID技术标准300

14.5.1 制定我国RFID标准的必要性和基本原则300

14.5.2 我国RFID标准体系框架301

14.5.3 我国RFID的关键技术302

14.5.4 我国RFID应用技术标准304

本章小结305

思考与练习306

第3篇 物联网RFID应用实例308

第15章 物联网RFID在交通运输领域的应用308

15.1 物联网RFID在民航领域的应用308

15.1.1 RFID在机场管理系统应用的优势308

15.1.2 RFID在机场管理系统的应用前景309

15.1.3 RFID在机场管理系统各个环节中的应用310

15.1.4 实施RFID需要考虑的几个问题313

15.1.5 RFID在世界各国机场的应用案例313

15.2 物联网RFID在公交领域的应用314

15.2.1 RFID在公交管理系统中的应用314

15.2.2 美国双子城RFID公交车库定位和管理系统316

15.2.3 RFID不停车收费智能化管理系统317

15.2.4 RFID京津城际列车公交化系统319

本章小结322

思考与练习323

第16章 物联网RFID在制造与物流领域的应用324

16.1 物联网RFID在制造领域的应用324

16.1.1 物联网RFID在制造业中的作用324

16.1.2 物联网RFID在德国汽车制造领域的应用实例326

16.1.3 物联网RFID在美国电路板制造领域的应用实例328

16.1.4 各国用于制造业的RFID产品实例329

16.2 物联网RFID在物流领域的应用331

16.2.1 物联网RFID在物流领域的实施效果332

16.2.2 物联网RFID在日本物品配送领域的应用实例332

本章小结334

思考与练习335

第17章 物联网RFID在防伪和公共安全领域的应用336

17.1 物联网RFID在防伪领域的应用336

17.1.1 物联网RFID电子票证在防伪系统中的作用336

17.1.2 南非世界杯预选赛（中国-澳大利亚）RFID电子门票系统337

17.1.3 五粮液酒RFID防伪系统339

17.2 物联网RFID在公共安全领域的应用341

17.2.1 中国RFID门禁控制系统341

17.2.2 德国RFID医院信息系统345

本章小结348

思考与练习348

参考文献349