2.1 自动识别技术简介

随着人类社会步入信息时代，人们所获取和处理的信息量不断加大。传统的信息采集输入是通过人工手段录入的，不仅劳动强度大，而且数据误码率高。那么怎么解决这一问题呢？答案是以计算机和通信技术为基础的自动识别技术。自动识别技术将数据自动采集，对信息自动识别，并自动输入计算机，使得人类得以对大量数据信息进行及时、准确的处理。

自动识别技术近几十年在全球范围内得到了迅猛发展，初步形成了一个包括条码技术、磁条磁卡技术、IC卡技术、光学字符识别、射频技术、声音识别及视觉识别等集计算机、光、磁、物理、机电、通信技术为一体的高新技术学科。中国物联网校企联盟认为自动识别技术可以分为：光符号识别技术、语音识别技术、生物计量识别技术、条形码技术、IC卡技术、射频识别技术（RFID）。这里简要介绍常见的条形码技术以及IC卡技术。

2.1.1 条形码技术

条形码（barcode），读者都很熟悉，在我们身边随处可见，是随着计算机与信息技术的发展和应用而诞生的，条形码技术是集编码、印刷、识别、数据采集和处理于一身的新型自动识别技术。常见的条形码有一维条形码和二维条形码。因为条形码是印刷在商品包装上的，所以其成本几乎为“零”。如图2-2所示。

图2-2 一维条形码和二维条形码

a）一维条形码 b）二维条形码

1.一维条形码

一维条形码是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。一维条形码只是在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息，其一定的高度通常是为了便于阅读器的对准。

常见的一维条形码是由反射率相差很大的黑条（简称条）和白条（简称空）排成的平行线图案。一维条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等许多信息，因而在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到广泛的应用。

通用商品条形码一般由前缀部分、制造厂商代码、商品代码和校验码组成。商品条形码中的前缀码是用来标识国家或地区的代码，赋码权在国际物品编码协会，如00～09代表美国、加拿大，45、49代表日本，69代表中国大陆，471代表中国台湾地区，489代表中国香港特区。制造厂商代码的赋权在各个国家或地区的物品编码组织，中国由国家物品编码中心赋予制造厂商代码。商品代码是用来标识商品的代码。商品条形码最后用1位校验码来校验商品条形码中左起第1～12数字代码的正确性。商品条形码是指由一组规则排列的条、空及其对应字符组成的标识，用以表示一定的商品信息的符号。其中条为深色、空为浅色，用于条形码识读设备的扫描识读。其对应字符由一组阿拉伯数字组成，供人们直接识读或通过键盘向计算机输入数据使用。这一组条空和相应的字符所表示的信息是相同的。

一维条形码的应用可以提高信息录入的速度，减少差错率，但是一维条形码也存在一些不足之处：①数据容量较小，只有30个字符左右；②只能包含字母和数字；③条形码尺寸相对较大（空间利用率较低）；④条形码遭到损坏后便不能阅读等。

2.二维条形码

在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条形码，称为二维条形码（2-dimensional bar code）。与一维条形码一样，二维条形码也有许多不同的编码方法，称为码制。就这些码制的编码原理而言，通常可分为以下三种类型。

1）线性堆叠式二维条形码：在一维条形码编码原理的基础上，将多个一维码在纵向堆叠而产生的。典型的码制如Code 16K、Code 49.PDF417等。

2）矩阵式二维条形码：在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码。典型的码制如Aztec、Maxi Code、QR Code、Data Matrix等。

3）邮政码：通过不同长度的条进行编码，主要用于邮件编码，如Postnet、BPO 4-State。

二维条形码相对于一维条形码，主要有以下几个优点：

1）二维条形码包含更多的信息量。二维条形码采用了高密度编码，小小的图形中可以容纳1850个大写字母、2710个数字、1108个字节或500多个汉字，是普通条码信息容量的几十倍。如此大的信息量能够让人们把更多种样式的内容转换成二维条形码，通过扫描传播更大的信息量。

2）编码范围广。二维条形码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码，用条码表示出来。可以表示多种语言文字，也可表示图像数据。

3）二维条形码译码准确。我们知道二维条形码只是一个图形，想要获取图形中的内容就需要对图形进行译码。二维条形码的译码误码率为千万分之一，比普通条形码的译码误码率的百分之二要低很多。

4）能够引入加密措施。和一维条形码相比，二维条形码的保密性更好。通过在二维条形码中引入加密措施，能更好地保护译码内容不被他人获得。

5）成本低，易制作。二维条形码有用非常多的内容，但其成本并不高，并且能够长久使用。

相对其他自动识别技术，二维条形码只是主要解决了一维条形码信息标识容量问题。条形码是“可视技术”，读写器在人的指导下工作，只能接收它视野范围内的条形码，并且条形码只能识别生产者和产品，贴在所有同一种产品包装上的条形码都一样，无法识别单品。这些问题的解决还需要新技术的使用。

2.1.2 磁卡与IC卡技术

1.磁卡

磁卡是一种卡片状的磁性记录介质，利用磁性载体记录字符与数字信息，用来标识身份或其他用途。磁卡由高强度、耐高温的塑料或纸质涂覆塑料制成，能防潮、耐磨且有一定的柔韧性，携带方便、使用较为稳定可靠。通常，磁卡的一面印刷有说明提示性信息，如插卡方向；另一面则有磁层或磁条，以液体磁性材料或磁条为信息载体，将液体磁性材料涂复在卡片上或将宽约6～14 mm的磁条压贴在卡片上。磁条上有三条磁道：磁道1与磁道2是只读磁道，在使用时磁道上记录的信息只能读出而不允许写或修改；磁道3为读写磁道，在使用时可以读出，也可以写入。磁道1可记录数字（0～9）、字母（A～Z）和其他一些符号（如括号、分隔符等），最大可记录79个数字或字母。磁道2和3所记录的字符只能是数字（0～9）。磁道2最大可记录40个字符，磁道3最大可记录107个字符。磁卡磁条结构如图2-3所示。

图2-3 磁卡磁条结构

磁卡的信息读写相对简单容易，使用方便，成本低，从而较早地获得了发展，并进入了多个应用领域，如电话预付费卡、收费卡、预约卡、门票、储蓄卡、信用卡等。信用卡是磁卡较为典型的应用。发达国家从20世纪60年代就开始普遍采用了金融交易卡支付方式。其中，美国是信用卡的发祥地，日本首创了用磁卡取现金的自动取款机及使用磁卡月票的自动检票机。1972年，日本制定了磁卡的统一规范，1979年又制定了磁条存取信用卡的日本标准JIS-B-9560、9561等。国际标准化组织也制定了相应的标准。

虽然磁卡得到了广泛应用，但磁卡受压、被折、长时间曝晒、高温，磁条划伤弄脏等也会使磁条卡无法正常使用。同时，在刷卡器上刷卡交易的过程中，刷卡器磁头的清洁与老化程度，数据传输过程中受到干扰，系统错误动作，收银员操作不当等都可能造成磁条卡无法使用。

2.IC卡

IC卡（Integrated Circuit Card，集成电路卡），也称智能卡（Smart card）、智慧卡（Intel⁃ligent card）、微电路卡（Microcircuit card）或微芯片卡等。它是将一个微电子芯片嵌入符合ISO 7816标准的卡基中，做成卡片形式。IC卡与读写器之间的通信方式可以是接触式，也可以是非接触式。根据通信接口把IC卡分成接触式IC卡、非接触式IC卡和双界面卡（同时具备接触式与非接触式通信接口）。如图2-4所示。

接触式IC卡是通过IC卡读写设备的触点与IC卡的触点接触后进行数据的读写。国际标准ISO 7816对此类卡的机械特性、电器特性等进行了严格的规定。

非接触式IC卡与IC卡设备无电路接触，是通过非接触式的读写技术进行读写（例如光或无线技术）。其内嵌芯片除了CPU、逻辑单元、存储单元外，还增加了射频收发电路。因此非接触式IC卡又称为射频卡。

双界面卡是由PVC层合芯片线圈而成，基于单芯片的，集接触式与非接触式接口为一体的智能卡，它有两个操作界面，对芯片的访问，可以通过接触方式的触点，也可以通过相隔一定距离，以射频方式来访问芯片。卡片上只有一个芯片，两个接口，通过接触界面和非接触界面都可以执行相同的操作。两个界面分别遵循两个不同的标准，接触界面符合ISO/IEC 7816标准；非接触符合ISO/IEC 14443标准。

与磁卡相比较，IC卡具有以下优缺点：存储容量大；安全保密性好，不容易被复制，IC卡上的信息能够随意读取、修改、擦除，但都需要密码；使用寿命长，可以重复充值；IC卡具有防磁、防静电、防机械损坏和防化学破坏等能力，信息保存年限长，读写次数在数万次以上。但IC卡的制造成本高。

图2-4 IC卡

a）接触式IC卡 b）非接触式IC卡 c）双界面IC卡

以RFID技术为基础的非接触式IC卡，即射频卡，使用的是通过无线电波进行数据传递的一种非接触式自动识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。与条码识别、磁卡识别技术和接触式IC卡识别技术等相比，它以特有的无接触、抗干扰能力强、可同时识别多个物品等优点，逐渐成为自动识别中最优秀的和应用领域最广泛的技术之一，是目前最重要的自动识别技术。