本书主要介绍物联网的体系结构及关键技术，与 RFID 相关的技术及工作原理，RFID 读写器的设计及 应用，典型的物联网应用案例等内容，具体包括物联网的结构体系、关键技术，RFID技术的基本概念、工作原理、国际标准和相关技术，典型的RFID读写器电路构成和程序设计，与RFID装置的二次开发相关的技术和案例，以及来自企业的物联网典型应用案例等。本书既可以作为应用型本科信息类专业射频识别技术课程的教材，也可以作为本科非信息类专业学生以及物联网工程、自动识别技术企业等人员学习射频识别技术的专业书籍。

前 言 RFID（Radio Frequency Identification）是一种非接触的自动识别技术，利用射频信号及其空间耦合传输特性，实现对静态或移动待识别物体的自动识别。物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的网络。 作为物联网感知层的关键技术之一，RFID技术具有非接触、全天候、识别穿透能力强、无接触磨损、可同时实现对多个物品的自动识别等诸多特点，将其应用到物联网领域，可实现全球范围内物品的跟踪与信息的共享，同时为人们的社会活动、生产生活、行为方法和思维观念带来巨大的变革。 作为实践应用型的书籍，本书注重理论与实践的融合，案例丰富，以实际的应用案例作为导入，以构建RFID装置的技术为核心，以装置的应用为目的，以驱动程序设计、研发过程为主线进行讲解。 本书共7章，分为2个部分。 基础部分（第1～4章）：以原理性的介绍为主，包括物联网的结构体系、关键技术，以及RFID技术的基本概念、工作原理、国际标准和相关技术。 应用部分（第5～7章）：以RFID技术及装置的应用和设计为主，包括典型的RFID读写器电路构成和程序设计、与RFID装置的二次开发相关的技术和案例，以及来自企业的物联网典型应用案例。 ? 本书的定位 （1）专业对象 普通高等学校电子信息工程类、物联网工程及与自动识别技术相关专业的专业课； 非自动识别技术专业，如物联网专业、物流工程专业等的专业课、专业选修课； 可以作为实践应用型教材使用。 （2）读者对象 电子信息类、自动识别技术类专业本科生（全部内容）。 与物联网工程、自动识别专业相关的本科生（选修部分章节）。 从事射频识别产品设计、物联网应用、研究的工程技术人员（关注部分章节内容）。 ? 本书特色与编写原则 （1）整体采用结构式描述 每章的开篇均以案例分析作为导入，以延伸阅读作为结束。导入的案例与该章内容密切相关：一方面激发读者的学习兴趣；另一方面指明各章的重点。章末为延伸阅读，内容涉及最新的应用、技术及预测，具有一定的引导性和延展性。 （2）理实融合、案例丰富 在教学方面，提供与本书配套的实验（实训）指导书、实验项目板、原理图、开发板及相关的程序源代码，可以满足实践教学的要求；在工程实践方面，可以加入技术交流群、访问网络资源、实现资源共享。 （3）实践案例、自主知识产权 本书中使用的部分设计实例来自作者的实践与总结，均经过验证，所涉及的图纸、源代码可以直接使用。第7章的应用案例分别来自沈阳卡得智能科技有限公司和上海庆科信息技术有限公司的行业解决方案，并获得企业的授权。 本书第1～6章由付丽华编写；第7章由葛志远、娄虹（沈阳卡得智能科技有限公司），刘涛（上海庆科信息技术有限公司）编写。本书涉及的外文资料翻译、校对由胡淼（辽宁大学）完成，全书由付丽华、胡淼组织并统稿，王婷、王帆、石佳鹭（沈阳工学院）参与编辑和校对。本书在成稿过程中，得到了檀亮军（上海庆科信息技术有限公司），赵云鹏、毕佳明、艾莉、刘莹、李娜、李志、贾婷（沈阳工学院）的支持与帮助，特别得到了中国自动识别技术专家谢颖（中国自动识别技术协会前秘书长）及沈阳工学院信息与控制学院刘惠鑫院长、田林琳副院长的大力支持，在此对于参与编写的各位作者、专家及学校的各级领导一并表示感谢！ 此外，本书在编写过程中，参考了众多书籍和资料，在此衷心感谢所有书籍和资料的作者、提供者！ 由于作者水平有限，书中难免有疏漏之处，敬请广大读者批评指正。 作 者 2021年1月于沈阳

目 录 第1章 物联网概述 1 1.1 物联网的应用与结构体系 2 1.1.1 物联网的应用 2 1.1.2 物联网的结构体系 3 1.2 物联网的关键技术 4 1.2.1 射频识别技术 4 1.2.2 传感技术 5 1.2.3 网络与通信技术 6 1.2.4 数据挖掘与融合 6 1.3 物联网与自动识别技术 7 1.3.1 IC卡识别技术 7 1.3.2 条码识别技术 12 1.3.3 光学字符识别技术 22 1.3.4 生物特征识别技术 25 1.3.5 常见的自动识别技术比较 30 1.4 物联网与云技术 30 1.4.1 云计算技术 31 1.4.2 云计算与大数据 36 1.4.3 云服务 37 1.5 物联网云平台 40 1.5.1 中国移动OneNET平台 40 1.5.2 百度天工智能物联网平台 42 1.5.3 阿里Link物联网平台 43 1.5.4 腾讯QQ物联智能硬件开放平台 44 1.5.5 中国电信NB-IoT 45 1.6 延伸阅读：物联网技术在中国的发展及展望 45 1.6.1 “十四五”重点规划产业：物联网产业 45 1.6.2 中国和世界物联网大会 46 第2章 RFID技术概述 47 2.1 RFID工作原理 48 2.1.1 RFID识别过程 48 2.1.2 RFID技术的特征 49 2.1.3 RFID技术发展 50 2.1.4 国内外应用现状 52 2.2 RFID系统构成 53 2.2.1 应答器 54 2.2.2 阅读器 60 2.2.3 应用软件 64 2.3 RFID中间件 68 2.3.1 RFID扮演的角色 69 2.3.2 RFID中间件的架构 69 2.3.3 中间件发展方向 70 2.3.4 RFID中间件的应用举例 71 2.4 RFID与EPC 73 2.4.1 EPC技术 73 2.4.2 EPC系统构成 75 2.5 RFID技术标准 80 2.5.1 ISO/IEC18000系列国际标准的构成 81 2.5.2 EPC Global 81 2.5.3 UID 84 2.5.4 中国RFID标准推行现状 84 2.6 延伸阅读：RFID技术的发展前景 85 2.6.1 RFID在中国 85 2.6.2 RFID全球化发展的制约 86 第3章 RFID与无线通信技术 87 3.1 电磁波技术 88 3.1.1 无线电波的主要传播方式 89 3.1.2 与RFID有关的无线电波频率 90 3.1.3 RFID相关的空中接口标准 91 3.2 天线技术 102 3.2.1 天线的基础知识 102 3.2.2 RFID天线的特性 108 3.2.3 RFID天线的制作工艺 109 3.2.4 微波RFID天线设计注意事项 111 3.3 RFID的射频前端 114 3.3.1 电感耦合 114 3.3.2 反向散射耦合 122 3.3.3 功率放大器 123 3.3.4 RFID中常见的电感设计 124 3.4 RFID与电磁兼容性 125 3.4.1 EMC 126 3.4.2 EMC检测项目 128 3.4.3 RFID与EMC的关系 128 3.5 RFID中的调制技术 129 3.5.1 脉冲调制 129 3.5.2 副载波与负载调制 131 3.6 延伸阅读 135 3.6.1 天线的发展史 135 3.6.2 最大的阵列天线—中国天眼 137 第4章 RFID与数据通信技术 139 4.1 信道和编码 140 4.1.1 编码与解码 141 4.1.2 调制与解调 142 4.1.3 数据编码 142 4.1.4 信道编码技术 145 4.2 RFID中的编码 147 4.2.1 曼彻斯特码 148 4.2.2 密勒码 152 4.2.3 RFID中的其他编码 156 4.3 RFID中的数据校验 157 4.3.1 数据校验技术 158 4.3.2 基于单片机的奇偶校验的程序设计 162 4.3.3 基于单片机的8位CRC的程序设计 164 4.3.4 基于单片机的16位CRC的程序设计 168 4.4 RFID中的数据安全技术 172 4.4.1 密码学基础 172 4.4.2 数据加密 173 4.4.3 密码体制 173 4.4.4 FRID中的密钥管理 179 4.4.5 RFID中的三次相互认证技术 180 4.5 RFID中的防碰撞 183 4.5.1 多标签的碰撞和防碰撞 183 4.5.2 防碰撞算法 184 4.5.3 多路存取技术 187 4.5.4 应用Aloha算法解决防碰撞问题 189 4.6 延伸阅读：传奇的DES和3DES加密技术 191 第5章 RFID读写器程序设计 193 5.1 单片机应用系统的研制步骤和方法 194 5.1.1 总体设计 195 5.1.2 硬件系统设计 196 5.1.3 软件系统设计 197 5.2 单片机的开发平台 197 5.2.1 单片机系统开发环境组成 197 5.2.2 典型的单片机开发平台 199 5.2.3 单片机程序的编程方法 203 5.3 RFID读写器程序设计要求 204 5.3.1 常用的MCU类型 204 5.3.2 RFID读写器程序设计注意事项 205 5.4 常用射频模块接口及通信协议 206 5.4.1 单总线通信接口 206 5.4.2 串行通信接口 207 5.4.3 并行总线通信接口 214 5.5 读写器程序设计实例 215 5.5.1 基于51系列单片机的LF频段读写器程序设计 215 5.5.2 基于51系列单片机的ISO/IEC 14443协议射频读写器程序设计 220 5.5.3 基于STM32单片机的ISO/IEC 14443协议射频读写器程序设计 228 5.6 延伸阅读：主要的MCU公司及其产品简介 234 5.6.1 MCU的类型 234 5.6.2 主要的MCU公司 235 第6章 读写器的应用与二次开发 237 6.1 与二次开发的相关技术 238 6.1.1 高级语言技术 238 6.1.2 数据库技术 243 6.1.3 动态链接库技术 246 6.2 设备的通信接口 249 6.2.1 USB接口 251 6.2.2 UART串口 252 6.2.3 PS/2接口 255 6.3 UART通信协议的设计 258 6.3.1 UART通信的参数要求 259 6.3.2 数据包的设计原则 259 6.3.3 通信协议的一般格式 260 6.3.4 ISO 14443协议RFID读写器应用系统的通信协议设计示例 260 6.4 基于ISO/IEC 15693协议的动态库程序设计 266 6.4.1 ISO/IEC 15693协议的应答器基本信息 267 6.4.2 动态库的协议设计 268 6.4.3 动态库的程序设计 271 6.5 RFID读写器应用系统的二次开发实例 281 6.5.1 基于动态库的ISO/IEC 15693协议读写器的二次开发 281 6.5.2 基于通信协议的RFID读写器通用系统设计 290 6.6 延伸阅读：程序设计语言的新宠—Python 295 6.6.1 Python的由来与发展历程 295 6.6.2 Python概述 296 第7章 物联网典型应用案例 298 7.1 基于物联网技术的智慧校园 300 7.1.1 校园出入管理系统 301 7.1.2 宿舍管理系统 302 7.1.3 餐饮消费管理系统 303 7.1.4 电子班牌管理系统 303 7.1.5 智能预约管理系统 306 7.2 基于RFID技术的资产管理系统 307 7.2.1 系统构成 308 7.2.2 系统功能 308 7.2.3 主要设备 310 7.3 基于RFID技术的智慧园区巡检系统 310 7.3.1 系统构成 310 7.3.2 系统功能 310 7.3.3 主要设备 311 7.4 基于RFID技术的校园一卡通消费管理系统 312 7.4.1 系统构成 312 7.4.2 系统功能及特点 313 7.4.3 主要设备 313 7.5 基于RFID技术的水控、电控管理系统 314 7.5.1 需求分析 314 7.5.2 水控管理系统 314 7.5.3 电控管理系统 315 7.6 汽车RFID智慧物联整车物流平台 316 7.7 适合教学和科研的AIoT物联网解决方案 318 7.7.1 AIoT功能模块 319 7.7.2 应用模式及系统构成 319 7.7.3 开发案例 320 7.8 延伸阅读：开启万物互联的新时代 324 7.8.1 5G落地将推动社会进入万物互联时代 324 7.8.2 预见2021：2021年中国NB-IoT产业全景图谱 325 附录A 常用缩略语及术语 327 A1 常用缩略语、全称及应用 327 A2 常用术语及含义 330 附录B ISO/IEC 15693协议动态库命令详解 331 附录C 单片机常见编译错误及警告解析 336 C1 Keil C51开发环境 336 C1.1 Keil C51编译时的语法类错误 336 C1.2 Keil C51编译时的连接错误及警告 338 C2 Keil MDK开发环境 342 C2.1 Keil MDK编译器警告详解 342 C2.2 Keil MDK编译器错误详解 343 参考文献 345