前言
近年来,物联网、移动互联网、大数据和云计算的迅猛发展,渐渐改变了社会的生产方式,大大提高了生产效率和社会生产力。工业和信息化部《物联网发展规划(2016—2020年)》总结了“十二五”规划中物联网发展所获得的成就,并提出了“十三五”面临的形势,明确了物联网的发展思路和目标,提出了物联网发展的6大任务,分别是强化产业生态布局、完善技术创新体系、推动物联网规模应用、构建完善标准体系、完善公共服务体系、提升安全保障能力;提出了4大关键技术,分别是传感器技术、体系架构共性技术、操作系统和物联网与移动互联网、大数据融合关键技术;提出了6大重点领域应用示范工程,分别是智能制造、智慧农业、智能家居、智能交通和车联网、智慧医疗和健康养老,以及智慧节能环保;指出要健全多层次多类型的物联网人才培养和服务体系,支持高校、科研院所加强跨学科交叉整合,加强物联网学科建设,培养物联网复合型专业人才。该发展规划为物联网发展指出了一条鲜明的道路,这表明了我国在推动物联网应用方面的坚定决心,相信物联网规模会越来越大。
本书结合CC2530处理器构建的物联网识别开发平台,详细阐述物联网识别技术,提出了案例式和任务式驱动的开发方法,旨在大力推动物联网人才的培养。
物联网识别技术有很多,如光学字符识别技术、低频RFID技术、高频RFID技术、超高频RFID技术、微波RFID技术、NFC和CPU卡片技术。本书将详细地介绍常见的物联网识别技术,首先介绍这些识别技术的理论知识点,然后附有一到两个贴近社会和生活的开发案例,每个案例均有详细的软/硬件设计、功能实现过程及完整的开发代码,最后进行总结拓展。
本书详细介绍常用的物联网识别技术。全书先介绍物联网识别技术的理论知识点,针对每个知识点都给出了一到两个开发案例,采用案例的形式由浅入深地介绍各种物联网识别技术,每个案例均有完整的理论知识、详细的开发过程,并给出了完整的源代码,读者可在源代码的基础上快速地进行二次开发,能方便地将这些案例转化为各种比赛和创新创业的案例,不仅可为高等院校相关专业师生提供教学案例,也可供工程技术和科研人员参考。
第1章引导读者初步认识物联网和物联网识别技术,了解物联网的概念和基本特征,学习物联网感知层和常用的识别技术,如指纹识别技术、人脸识别技术、语音识别技术、一维码识别技术、二维码识别技术和射频识别(RFID)技术,并学习RFID系统的结构和开发平台。
第2章介绍光学字符识别技术及应用,主要介绍条码编码与原理、商品条码原理及应用、二维码编码与识别,并结合二维码知识进行移动支付二维码应用案例的开发。
第3章介绍低频RFID识别技术及应用,重点介绍低频RFID的通信原理,包括阅读器工作原理、标签工作原理、工作工程和协议标准,并介绍常用的阅读器和ID卡,通过综合应用开发完成考勤系统的设计与实现,并对本章的知识点进行归纳总结。
第4章介绍高频RFID识别技术及应用,先结合高频RFID介绍非接触式IC卡原理,包括高频RFID通信原理、协议标准、通信流程、防冲突等,分析ISO/IEC 14443两种协议及识别IC卡的应用开发,通过综合应用开发完成卡钱包设计与实现,以及公交卡设计与实现两个案例的开发,并对本章的知识点进行归纳总结。
第5章介绍超高频RFID识别技术及应用,介绍超高频RFID技术的通信原理、标签结构、常用的阅读器和超高频RFID标签,并完成超高频系统的开发实践,通过综合应用开发完成超高频RFID卡钱包的设计与实现,以及城市ETC系统应用的开发,并对本章的知识点进行归纳总结。
第6章介绍微波RFID识别技术及应用,主要介绍微波2.4 GHz RFID工作原理和协议标准,并进行微波RFID系统的应用开发,通过综合应用开发完成2.4 GHz有源RFID仓储系统的应用与开发,并对本章的知识点进行归纳总结。
第7章介绍其他RFID识别技术及应用,详细介绍NFC工作原理、通信模式、操作模式和协议标准、结合NFC技术实现NFC电子名片的应用开发,以CPU卡的工作原理、片内操作系统和常用的CPU卡片实现CPU卡电子消费的应用开发,并对本章的知识点进行归纳总结。
本书的特色如下。
(1)理论知识和案例实践相结合。将常用的物联网识别技术和生活中的实际案例结合起来,边学习理论知识边进行开发,从而帮助读者快速掌握物联网识别技术。
(2)案例开发。抛去传统的理论学习方法,通过生动的案例将理论与实践结合起来,同时进行理论学习和开发实践,快速入门,由浅入深地掌握常见的物联网识别技术。
(3)提供综合性项目。综合性项目为读者提供软/硬件系统的开发方法,包括需求分析、项目架构、软/硬件设计等方法。读者可在提供的案例基础上快速进行二次开发。
在本书的编写过程中,我们借鉴和参考了国内外专家、学者、技术人员的相关研究成果,并尽可能按学术规范予以说明,但难免会有疏漏之处,在此向相关作者表示深深的敬意和谢意,如有疏漏,请及时通过出版社与我们联系。
本书得到了广东省自然科学基金项目(2018A030313195)、广东省高校省级重大科研项目(2017GKTSCX021)、广东省科技计划项目(2017ZC0358)、广州市科技计划项目(201804010262)、广东交通职业技术学院重点科研项目(2017-1-001)和广东省高等职业教育品牌专业建设项目(2016GZPP044)的资助。感谢中智讯(武汉)科技有限公司在本书编写过程中提供的帮助,特别感谢电子工业出版社的编辑在本书出版过程中给予的大力支持。
由于本书涉及的知识面广,时间仓促,限于作者的水平和经验,疏漏之处在所难免,恳请广大专家和读者批评指正。
作 者
2019年1月
作者简介
廖建尚,男,副教授,毕业于广东工业大学通信与信息系统专业,硕士,先任职于广东交通职业技术学院。长期从事物联网技术的开发和教学工作。
目录
第1章 物联网与识别技术 1
1.1 物联网识别技术 2
1.1.1 物联网的概念与基本特征 2
1.1.2 物联网感知层与识别技术 3
1.1.3 物联网识别技术 3
1.1.4 小结 8
1.1.5 思考与拓展 8
1.2 射频识别(RFID)系统及物联网识别开发平台 8
1.2.1 射频识别(RFID)系统的架构、功能及通信原理 9
1.2.2 开发平台 15
1.2.3 小结 16
1.2.4 思考与拓展 16
第2章 光学字符识别技术及应用 19
2.1 条码编码与原理 19
2.1.1 条码 20
2.1.2 开发实践:条码识别 24
2.1.3 小结 26
2.1.4 思考与拓展 26
2.2 商品条码原理及应用 27
2.2.1 商品条码 27
2.2.2 开发实践:商品条码识别 33
2.2.3 小结 35
2.2.4 思考与拓展 35
2.3 二维码的编码与识别 35
2.3.1 二维码 36
2.3.2 开发实践:二维码的识别 56
2.3.3 小结 58
2.3.4 思考与拓展 59
2.4 二维码在移动支付中的应用 59
2.4.1 二维码支付和QR码的制作 59
2.4.2 掩模图形及其评价 66
2.4.3 二维码编解码库接口 68
2.4.4 开发实践:二维码支付 70
2.4.5 小结 72
2.4.6 思考与拓展 72
第3章 低频RFID技术应用 73
3.1 ID卡原理与识别 74
3.1.1 低频RFID系统 75
3.1.2 开发实践:ID卡识别 82
3.1.3 小结 87
3.1.4 思考与拓展 87
3.2 低频RFID技术应用开发 87
3.2.1 考勤门禁 87
3.2.2 开发实践:考勤系统的设计 88
3.2.3 小结 118
3.2.4 思考与拓展 118
第4章 高频RFID技术应用 119
4.1 非接触式IC卡原理 119
4.1.1 高频RFID系统 120
4.1.2 开发实践:识别IC卡 133
4.1.3 小结 144
4.1.4 思考与拓展 144
4.2 高频RFID系统与卡钱包 144
4.2.1 原理学习 144
4.2.2 开发实践:卡钱包开发 147
4.2.3 小结 152
4.2.4 思考与拓展 153
4.3 公交非接触式IC卡的应用开发 153
4.3.1 高频RFID系统 153
4.3.2 开发实践:嵌入式公交IC卡系统的设计 155
4.3.3 小结 171
4.3.4 思考与拓展 171
第5章 超高频RFID技术应用 173
5.1 超高频RFID系统 173
5.1.1 超高频RFID系统的概述、通信原理及组成 173
5.1.2 开发实践:超高频RFID系统标签的读写 181
5.1.3 小结 192
5.1.4 思考与拓展 193
5.2 超高频RFID系统与卡钱包开发 193
5.2.1 原理学习 193
5.2.2 开发实践:超高频RFID卡钱包设计 199
5.2.3 小结 202
5.2.4 思考与拓展 202
5.3 ETC不停车收费系统的应用开发 203
5.3.1 原理学习 203
5.3.2 开发实践:ETC不停车收费系统 205
5.3.3 小结 218
5.3.4 思考与拓展 218
第6章 微波RFID技术应用 219
6.1 微波2.4 GHz RFID系统的开发 219
6.1.1 微波RFID系统 220
6.1.2 开发实践:2.4 GHz RFID系统 223
6.1.3 小结 246
6.1.4 思考与拓展 246
6.2 2.4 GHz有源RFID仓储系统的应用与开发 246
6.2.1 原理学习 246
6.2.2 开发实践:2.4 GHz有源RFID仓储系统 247
6.2.3 小结 262
6.2.4 思考与拓展 262
第7章 其他RFID技术应用开发 263
7.1 NFC原理与应用 263
7.1.1 NFC技术 264
7.1.2 开发实践:基于PN544实现NFC功能 271
7.1.3 小结 275
7.1.4 思考与拓展 275
7.2 NFC电子名片的应用 275
7.2.1 原理学习 275
7.2.2 开发实践:NFC电子名片 280
7.2.3 小结 283
7.2.4 思考与拓展 283
7.3 CPU卡的原理与实现 283
7.3.1 CPU卡 284
7.3.2 开发实践:使用FM1208M01卡对CPU卡进行读写 292
7.3.3 小结 303
7.3.4 思考与拓展 303
7.4 CPU卡电子消费应用 304
7.4.1 原理学习 304
7.4.2 开发实践:使用CPU卡实现电子消费卡系统 317
7.4.3 小结 334
7.4.4 思考与拓展 335
参考文献 336
内容摘要
本书主要介绍常用的物联网识别技术,并利用这些技术进行应用开发。全书先进行理论学习,深入浅出地介绍物联网识别技术的原理和标准;然后进行实践案例的开发,这些案例贴近社会和生活的开发场景,包括详细的软/硬件设计和功能实现过程;最后进行总结拓展,将理论学习和开发实践结合起来。书中的每个案例均附有完整的源代码,读者可以在源代码的基础上快速地进行二次开发。
精彩内容
"近年来,物联网、移动互联网、大数据和云计算的迅猛发展,渐渐改变了社会的生产方式,大大提高了生产效率和社会生产力。工业和信息化部《物联网发展规划(2016—2020年)》总结了“十二五”规划中物联网发展所获得的成就,并提出了“十三五”面临的形势,明确了物联网的发展思路和目标,提出了物联网发展的6大任务,分别是强化产业生态布局、完善技术创新体系、推动物联网规模应用、构建完善标准体系、完善公共服务体系、提升安全保障能力;提出了4大关键技术,分别是传感器技术、体系架构共性技术、操作系统和物联网与移动互联网、大数据融合关键技术;提出了6大重点领域应用示范工程,分别是智能制造、智慧农业、智能家居、智能交通和车联网、智慧医疗和健康养老,以及智慧节能环保;指出要健全多层次多类型的物联网人才培养和服务体系,支持高校、科研院所加强跨学科交叉整合,加强物联网学科建设,培养物联网复合型专业人才。该发展规划为物联网发展指出了一条鲜明的道路,这表明了我国在推动物联网应用方面的坚定决心,相信物联网规模会越来越大。
本书结合CC2530处理器构建的物联网识别开发平台,详细阐述物联网识别技术,提出了案例式和任务式驱动的开发方法,旨在大力推动物联网人才的培养。
物联网识别技术有很多,如光学字符识别技术、低频RFID技术、高频RFID技术、超高频RFID技术、微波RFID技术、NFC和CPU卡片技术。本书将详细地介绍常见的物联网识别技术,首先介绍这些识别技术的理论知识点,然后附有一到两个贴近社会和生活的开发案例,每个案例均有详细的软/硬件设计、功能实现过程及完整的开发代码,最后进行总结拓展。
本书详细介绍常用的物联网识别技术。全书先介绍物联网识别技术的理论知识点,针对每个知识点都给出了一到两个开发案例,采用案例的形式由浅入深地介绍各种物联网识别技术,每个案例均有完整的理论知识、详细的开发过程,并给出了完整的源代码,读者可在源代码的基础上快速地进行二次开发,能方便地将这些案例转化为各种比赛和创新创业的案例,不仅可为高等院校相关专业师生提供教学案例,也可供工程技术和科研人员参考。
第1章引导读者初步认识物联网和物联网识别技术,了解物联网的概念和基本特征,学习物联网感知层和常用的识别技术,如指纹识别技术、人脸识别技术、语音识别技术、一维码识别技术、二维码识别技术和射频识别(RFID)技术,并学习RFID系统的结构和开发平台。
第2章介绍光学字符识别技术及应用,主要介绍条码编码与原理、商品条码原理及应用、二维码编码与识别,并结合二维码知识进行移动支付二维码应用案例的开发。
第3章介绍低频RFID识别技术及应用,重点介绍低频RFID的通信原理,包括阅读器工作原理、标签工作原理、工作工程和协议标准,并介绍常用的阅读器和ID卡,通过综合应用开发完成考勤系统的设计与实现,并对本章的知识点进行归纳总结。
第4章介绍高频RFID识别技术及应用,先结合高频RFID介绍非接触式IC卡原理,包括高频RFID通信原理、协议标准、通信流程、防冲突等,分析ISO/IEC 14443两种协议及识别IC卡的应用开发,通过综合应用开发完成卡钱包设计与实现,以及公交卡设计与实现两个案例的开发,并对本章的知识点进行归纳总结。
第5章介绍超高频RFID识别技术及应用,介绍超高频RFID技术的通信原理、标签结构、常用的阅读器和超高频RFID标签,并完成超高频系统的开发实践,通过综合应用开发完成超高频RFID卡钱包的设计与实现,以及城市ETC系统应用的开发,并对本章的知识点进行归纳总结。
第6章介绍微波RFID识别技术及应用,主要介绍微波2.4 GHz RFID工作原理和协议标准,并进行微波RFID系统的应用开发,通过综合应用开发完成2.4 GHz有源RFID仓储系统的应用与开发,并对本章的知识点进行归纳总结。
第7章介绍其他RFID识别技术及应用,详细介绍NFC工作原理、通信模式、操作模式和协议标准、结合NFC技术实现NFC电子名片的应用开发,以CPU卡的工作原理、片内操作系统和常用的CPU卡片实现CPU卡电子消费的应用开发,并对本章的知识点进行归纳总结。
本书的特色如下。
(1)理论知识和案例实践相结合。将常用的物联网识别技术和生活中的实际案例结合起来,边学习理论知识边进行开发,从而帮助读者快速掌握物联网识别技术。
(2)案例开发。抛去传统的理论学习方法,通过生动的案例将理论与实践结合起来,同时进行理论学习和开发实践,快速入门,由浅入深地掌握常见的物联网识别技术。
(3)提供综合性项目。综合性项目为读者提供软/硬件系统的开发方法,包括需求分析、项目架构、软/硬件设计等方法。读者可在提供的案例基础上快速进行二次开发。
在本书的编写过程中,我们借鉴和参考了国内外专家、学者、技术人员的相关研究成果,并尽可能按学术规范予以说明,但难免会有疏漏之处,在此向相关作者表示深深的敬意和谢意,如有疏漏,请及时通过出版社与我们联系。
本书得到了广东省自然科学基金项目(2018A030313195)、广东省高校省级重大科研项目(2017GKTSCX021)、广东省科技计划项目(2017ZC0358)、广州市科技计划项目(201804010262)、广东交通职业技术学院重点科研项目(2017-1-001)和广东省高等职业教育品牌专业建设项目(2016GZPP044)的资助。感谢中智讯(武汉)科技有限公司在本书编写过程中提供的帮助,特别感谢电子工业出版社的编辑在本书出版过程中给予的大力支持。
由于本书涉及的知识面广,时间仓促,限于作者的水平和经验,疏漏之处在所难免,恳请广大专家和读者批评指正。
作 者
2019年1月"
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