1.中英文簡介(Introduction)

RFID：  RFID 全名是 Radio Frequency Identification ，又稱無線射頻技術。此技術於1940年 代，也就是

第二次世界大戰期間，英國為了辨識進入領空的戰機是敵是友而發明。有別傳統接觸式系統，RFID利用射頻

訊號以無線電波方式傳送數碼資料，因此感 應器不需與接收

器接觸，也無方向性限制，即可交換資料。

RFID 技術發展至今，跨 越多項領域，甚 至融入你我的生活圈中。自物流業、軍 方、零 售、醫 療、

食品、交 通、門 禁……等。亦被視為是能讓網路無所不在社會實現的關鍵技術。堪稱本世紀最重要

前十大技術之一。將為人類生活模式帶來重大的改變。

條碼機：  當前往便利商店、大賣場購物時是否時常耳聞"嗶嗶"聲， 沒錯那就是我們生活中常見的條碼機，

還有在許多玲瑯滿目的商品 上總是不可或缺那黑白相間的條紋，想瞭解這些條碼間所想傳遞的訊息

嗎?歡迎參觀條碼機。

二維條碼:   關心時事的你在閱覽報紙，或是在生鮮超市採購新鮮食品時，是否注意到上面有個用黑白格紋

組成的方型圖案呢？它就是二維條碼，只要利用身邊隨處可見的手機，就可以獲得圖形上面所隱藏

RFID's full name is Radio Frequency Identification, perhaps you are not familiar with this name,

 it forms a magnetic field ahead of it. And the tag, are composed of a copper coil, a capacitor

and a IC chip. When the tag is around the reader, due to the magnetic field, by Lenz's law,

the EMF(electromotive force) induced by the change in flux creates an induced current to

oppose the change in flux. Thus, with current running through the circuit, it emits a carrier wave

 which loaded the signal on the chip, and the reader receives and process signal. Each chip

contains a unique serial number like a personal ID, the computer connected to the reader

 thus having the advantage to read and to write data without having mechanical or optical contact

with the system. We are able to track and locate certain objects that installed RFID, it is applied to

check supplies and inventory, even use to track public transportation. Although the applications of RFID

clearly the fundamental principles and techniques of this amazing technology.

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2.實驗原理(The principle of experiment)

 
請勿在家自行做危險的實驗(Please do not do the dangerous experiment in your home)

A.與本主題有關的藝術

1.與條碼機相關的藝術
單純逼逼逼得聲音很單調?那你就錯了~來看看人們是怎麼玩條碼機的吧!

2.與一維條碼相關的藝術
以為一維條碼就只能是中規中矩的長方形嗎?那你就錯了。一維條碼可以有各種奇形怪狀，只要能畫出一條線垂直所有的條碼線，那這條碼便可使用。

3.與二維條碼有關的藝術
二維條碼雖然都是長成正方形的，但是因為它容錯率的關係，可以在條碼中加入許多圖案，甚至用各種圖案各種顏色呈現。

B.與本主題有關的工程（產品）

1.條碼:條碼機、一維條碼、二維條碼

2.RFID:門禁機、捷運卡、e-TAG、NFC

3. NFC(Near Field Communication，又稱近場通訊、近距離無線通訊)
NFC為Near Field Communication近距離無線通訊縮寫，是一種無線連接技術，同時也是一種近距離連接協議，允許讓各種設備在彼此之間輕鬆、安全、迅速而自動的通訊和傳遞資料。與無線世界中的連接方式相較，NFC是一種近距離的私密通訊方式。
原理是使用單1晶片，結合感應讀卡器、感應式卡片，利用點對點功能，在20公分距離內以13.56MHz頻率範圍運作。

RFID跟NFC有什麼不同?
RFID跟NFC非常相似，RFID是一種長距離的射頻識別技術，而NFC是短距離的無線通訊技術。簡單的說NFC就是把一個RFID的晶片(tag)跟讀卡機(reader)放在手機裡面，就是NFC了。
若說RFID為被動的發送資料，那麼NFC便是可以說是主動地發送並接收資料。

NFC vs Bluetooth
NFC和藍牙都是短程通信技術，而且都被整合到行動電話。但NFC不用複雜的設定程序。NFC也可以簡化藍芽連接。
NFC 略勝 Bluetooth 的地方在於設定程序較短，但無法達到Bluetooth的低功率。除此之外NFC的最大資料傳輸量遠小於 Bluetooth V2.1，而且NFC在傳輸速度與距離也比不上BlueTooth。
但是NFC技術不需要電源，對於行動電話或是行動消費性電子產品來說，NFC的使用比較方便。而NFC的短距離通訊特性正是其優點，由於耗電量低、一次只和一台機器連結，擁有較高的保密性與安全性，NFC有利於信用卡交易時避免被盜用。NFC的目標並非是取代藍芽等其他無線技術，而是在不同的場合、不同的領域起到相互補充的作用。

NFC應用
可在手機與其他 NFC 裝置之間傳輸資訊，例如手機、NFC標籤或支付裝置。可以共享網址、通訊錄、電話號碼、樂曲、影片或相片。



NFC 標籤是經過程式化設定的小型資訊區域，可內嵌於海報、佈告欄公告或零售店面的產品旁邊。觸碰標籤即可提供其他資訊，例如地圖、網址和電影預告片。使兩個NFC裝置相互靠近，即可啟動NFC。


因為NFC跟手機做了連結，也有了身份的確認。所以NFC可以在電子錢包上的應用，捷運悠遊卡感應就是相同的應用之一。


另外還有印表機耳機、遙控器、數位相框…等應用，SONY在這方面推出相當多的商品。


除此之外現在有種東西非常方便的東西叫做NFC Tag，他為簡易設定智慧型標籤，輕輕與帶有NFC的裝置一碰即可自動幫我們手機設定好外出或旅行用各種機能(Wifi開關、GPS開關、啟動導航APP或啟動靜音、鬧鐘)

C.與本主題有關的技術

1.條碼機:
條碼機主要是藉由"紅光」照射條碼，條碼反射光後條碼機內部讀取轉換後，獲得商品資訊。而要注意的是條碼機所使用的是紅光而非紅外線。而會使用紅光最主要的原因是因為紅光相較於其他種類的光來的便宜。
在掃瞄一維條碼時，紅光方向必須與條碼平行，如此才可掃瞄讀取到完整的資料。但是在掃瞄二維條碼時因為她有三個定位點，所以無論轉哪種角度去掃瞄都可以讀取到資料。

2.一維條碼:
何用眼睛判讀一維條碼!?---------EAN13的編碼規則

(1)二進位單元------0,1單元
還記得上述所說一維條碼是由線條(bar)和空白(space)所組成的嗎?當一維條碼在電腦中轉成二進位訊號(0,1訊號)時,黑色線條會對應到1,空白則會對應到0

(2)左護線、中線、右護線
左護線和右護線必由黑白黑(101)組成,中線必由白黑白黑白(01010)組成,這三種邊界線的條紋通常會較其他條紋長



(3)數字和二進位單元編碼規則
仔細觀察一維條碼,除了發現是由黑白條紋組成外,有沒有發現條紋底下的那一排數字?其實那些數字和上面的黑白條紋(0,1單元)是互相對應的,現在就讓我們來介紹這些數字的規則吧!首先,一個數字是由七個二進位單元組成,而則是這些數字則是由A、B、C三種編碼規則去定義組成方式,左資料是由A、B兩種規則下去編碼(後面會介紹和時用哪種);右資料則由C規則下去編碼。以下是三種編碼規則:

範例:
用A type編碼4


用C type編碼0

(4)左資料
左資料由國家代碼三碼及廠商代碼四碼組成,國家代碼的第一碼稱為導入值,此碼不會顯示在條紋上,剩下左資料六碼則會顯示。導入值會決定剩下六碼中各碼需用A或B哪一種規則下去編碼。下表是導入值的規則:


(5)右資料
右資料由商品代碼五碼及檢查碼一碼組成,相較於左資料,右資料的編碼方式就不是那麼複雜,右資料一律由C type編碼而成

(6)檢查碼

EAN13的最後一碼為檢查碼,它的產生方式有一定的規則,並且是以EAN13的前十二碼下去決定,它的規則如下:

(第二碼+第四碼+第六碼+第八碼+第十碼+第十二碼)X3+(第一碼+第三碼+第五碼+第七碼+第九碼+第十一碼)=K

檢查碼=10-K之個位數

範例:
若有一組EAN13碼為4710000123451,第二、四、六、八、十、十二碼分別為7、0、0、1、3、5,第一、三、五、七、九、十一碼分別為4、1、0、0、2、4,則:
(7+0+0+1+3+5)X3+(4+1+0+0+2+4)=59

59之個位數為9
10-9=1,因此最末碼檢查碼為1

以上就是EAN13的規則,是不是很有趣呀?

以 47100000123451為例,現在就讓我們來試試看如何編出這組條碼吧:

步驟一:畫出左護線(101)並寫上導入值


步驟二:畫出左資料
導入值4對應到的第二、三、四、五、六、七規則為ABAABB,先畫出這幾碼

A type編碼7


B type編碼1


A type編碼0


B type編碼0


因此可寫出左資料為:


步驟三:畫出中線(01010)


步驟四:畫出右資料
直接使用C type將右資料123451畫出:


步驟五:畫出右護線


這樣就畫出4710000123451的EAN13碼囉~現在就去選一個條碼,把數字遮起來,看你能不能讀出它的祕密!

3.RFID:
RFID擁有一個Tag和Reader，他們之間有著發送與接收的關係。Reader附近會產生磁場，而Tag受到該磁場的影響便會發送一個訊號回到Reader。這樣一個過程便是門禁機的運作方式。所以我們無論在刷門禁卡或捷運卡時，都不可離主機太遠，因為他必須進入到Reader的磁場範圍。
而現在正在興起的NFC便是RFID Tag及 Reader的結合。智慧型手機內部同時是個Tag也是Reader，所以可以同時接收及發送資料。

D.與本主題有關的科學

RFID原理
RFID(Radio Frequency Identification)，中文翻為射頻識別技術，又稱電子標籤、無線射頻 識別，又有另外一種名稱電子條碼機。
RFID原理是利用無線電訊號識別特定目標並讀取相關數據，而識別系統與特定目標之間不用建立機械或光學接觸（例如刷ID卡、 掃瞄條碼）。
RFID以天線發射數位訊號，讀取 器接收訊號後經由由內部的編碼器，根據通訊協定轉換給電腦。
RFID系統通常由無線資訊處理技術，讀取器 (Reader) ， 電子標籤(Tag) 三者組成。

Step1:  Reader 藉天線發送特定頻率的射頻訊號，當Tag靠近Reader線圈時，因電磁感應產生感應電流，使Tag 獲得能量被啟動。
Step2:Tag 將編碼等資訊傳送給天線。
Step3:天線接收到 Tag 的載波訊號，再傳送給Reader，Reader對此訊號進行解碼，最後將資料送至主系統處理。
Step4 :主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制(例如：一卡通的餘額若不足則無法通行)，發出指令控制執行動作。

條碼的識別原理
要將按照一定規則編譯出來的條碼轉換成有意義的資訊，需要經歷掃瞄和解碼兩個過程。物體的顏色是由其反射光的類型決定的，白色物體能反射各種波長的可見光，黑色物體則吸收各種波長的可見光，所以當條碼掃瞄器光源 發出的光在條碼上反射後，反射光照射到條碼掃瞄器內部的光電轉換器上，光電轉換器根據強弱不同的反射光訊號，轉換成相應的電訊號。電訊號輸出到條碼掃瞄器的放大電路增強訊號之後，再送到整形電路將模擬訊號轉換成 數位訊號。白條、黑條的寬度不同，相應的電訊號持續時間長短也不同。然後解碼器通過測量脈衝數字電訊號0，1的數目來判別條和空的數目·通過測量0，1訊號持續的時間來判別條和空的寬度。此時所得到的資料仍然是雜 亂無章的，要知道條碼所包含的資訊，則需根據對應的編碼規則（例如：EAN-8碼），將條形符號換成相應的數字、字符資訊。最後，由電腦系統進行資料處理與管理，物品的詳細資訊便被識別了。

一維條碼原理
一維條碼是將線條(bar)與空白(space)按照一定的編碼規則組合起來的符號，用來代表一定的字母、數位元等資料。 每種一維條碼都有各自的一套編碼規格，有著不同字母或數字的排列方式。
一般較流行的一維條碼39碼(可支援字元包括:0~9的數字、大寫英文字母A~Z、+ - * / % $ .等七個符號及空白字)、EAN碼(可支援字元包括:0~9的數字，碼長8碼，最後一碼檢查碼)、UPC 碼  (Universal Product Code) 、128碼(‧可支援字元包括:0~9的數字，大小寫英文字母、各式符號 及控制碼)，以及專門用於書刊管理的ISBN、ISSN等。另外EAN是個世界性組織，每個會員均 有一個專用碼，我國也是會員國之一，所以每個會員國家會有不同的代號。

二維條碼原理
二維條碼則是加上縱軸的編碼來增加編碼的容量，讓儲存量又比一維條碼更高，而現在矩陣式的二維條碼成為較通用、讀取速度較快的編碼方式。
相較於市面上普遍使用的一維條碼，二維條碼是個較新的商品編碼方式，其主要的目的並非取代一維條碼作為商品辨識的標籤，而是進一步的利用資料 儲存量比一維條碼多的特點，使產品生產資訊透明化，以方便消費者能夠安心地選用產品。
目前二維條碼有許多不同國家所創造的編碼格式，例如美國較通行的三種編碼：PDF417、DataMatrix、Maxi Code，而在 日本與台灣較常見的是QR Code。



二維條碼的讀取與一維條碼使用光感應器讀取的方式類似，但除了使用專門讀取的儀器外，另一種方式是利用具有30萬畫素以上鏡頭的手機，或是具有視訊攝 影機設備的 電腦，只要裝載對應解碼的程式，就可以解讀二維條碼。

E.與本主題有關的數學

　

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3.演示項目(Demonstration of Experiments)  

請勿在家自行做危險的實驗(Please do not do the dangerous experiment in your home)

3-1. 經典演示項目

自製二維條碼：

      先在電腦製作一些二維條碼，再將智慧型手機裝上QR碼解碼器QR-Code ，用以解碼。

製作二維條碼得成是與網站很多，以下提供一個網站參考:http://qr.calm9.com/tw/
　

　

自製RFID Reader：　

　　　使用一訊號產生器及兩個線圈， 一線圈(在下)接上訊號產生器為訊號源，輸入正弦波。
另一線圈(在上)接上是波器是接收訊號的線圈。

我們以此線圈筒模擬門禁機的主機，並以訊號產生器提供125KHz的 正弦波，再線圈筒頂端端上的線圈連接示波器來

抓取並顯示RFID TAG的 訊號。
　

此即為我們抓到其中一張Tag的訊號。

　

自製RFID Tag：

       使用 上述的儀器做為RFID Reader來做讀取，並且把接示波器得線圈改接上蜂鳴器及LED燈泡。

另外在使用線圈串上上電容而成的LC電路，

靠著下方接上訊號產生器得線圈給予的磁通量變化會使此LC電路產生震盪的訊號，

此震盪頻率若剛好逼近感測線圈 上蜂鳴器即LED燈的工作頻率，則感測線圈上的LED燈才會亮，蜂鳴器才會叫。

　

　

3-2. 歷年創新演示項目

模擬賣場防盜門：

　　將RFID Reader連結上蜂鳴器模擬一般市場上的防盜器(門)， 並以一物件黏上RFID Tag模擬未將標籤

取下之商品(意即未結帳)， 我們可以看到當Tag通過Reader時則鈴聲大作。

模擬高速公路收費：

　　將RFID Reader連接上上鎖的門用以模擬國外的電子收費站(ETC)，只要附上Tag的

遙控車經過收費站就會被收費(這裡以門打開象徵收費)。

　

3-3. 跨主題演示項目

(無)

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4. 相關影片連結(Video Link)

RFID原理概述

　　

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5. 歷年演示影片(Annual Demonstration Movies)

2014年中文影片

 

 

2014年英文影片

 

 

2013年中文影片

　

2013年英文影片

　

　

2012年中文影片

2012年英文影片

2011年中文解說影片
http://www.youtube.com/watch?v=Y65--MKYduw&feature=youtu.be

2011EnglishVideo
http://www.youtube.com/watch?v=Y65--MKYduw&feature=youtu.be

2009年中文解說影片
http://www.youtube.com/watch?v=Y65--MKYduw&feature=youtu.be

　

2008年中文解說影片 - RFID Tag (00級王證皓學長提供)

https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=CNfqGSGE39U

　

2008年中文解說影片 - RFID找尋訊號教學 (00級王證皓學長提供)

https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=QaHtJOi0r6Y

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6. 家中小實驗(DIY Experiments)

其實我們一般安裝的門禁機就是最常見的RFID技術應用


大家不妨試試在開門的時候想想RFID的原理，也可以親手實驗找出下面問題與討論的答案喔~
　

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7. 新鮮人創意實驗(Freshman's Innovation)

 

2014年顏伯翰同學提供  

 

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8. 問題與討論(Questions and discussions)

8-1. RFID-射頻標籤

1.請簡述法拉第定律或以實例舉證？

2.是否有RFID的生活例證？

3.經過感應電流產生的是交流電還是直流電？最後 進入IC晶片的是哪種電流

4.當Tag極快的掃過reader還有辦法感應嗎?為甚麼?

5.當低頻的RFID Tag線圈面與reader的磁場方向垂直通過也能感應嗎?為甚麼?

8-2. 條碼機

1.條碼機的讀取是利用哪種物理學的觀念？

2.由光學轉為電子訊號的過程稱為？

3.生活中條碼機在哪可以見到？

4.一般看到條碼機都平行條碼讀取，那她有辦法垂直掃過條碼讀取嗎?

5.賣場條碼機射出的紅色光是紅外線嗎?

8-3. 二維條碼

1.二維條碼在商品上的應用為何？

2.日本與台灣通行的編碼方式？

3.二維條碼的「二維」是從何而來？

4.如何讀取二維條碼？

5.請說出二維條碼與一為條碼的三個不同?

　

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9. 相關英文字彙(English Vocabulary)

‧Data Character 數據字符
‧Symbol Character 符號字符
‧Character Self-Checking 字符自檢
‧Error Correction Character 糾錯特性
‧Code Set 代碼集
‧Codeword 字碼(字元)
‧Erasure Correction 除錯校正
‧Error Correction 糾錯
‧Frequency 頻率
‧Identification 辨識
‧Easy Card 悠遊卡
‧Security system 保全系統
‧Products management 物流管理
‧Period 週期
‧Automatic system 自動系統
　

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10. 參考資料(References)

10-1.歷年看板

2012看板

2011看板

2010看板

10-2.歷年選票

2012選票

2011選票

2010選票

　

10-3.參考網站:

熊貓賢的RFID+
http://samrfid.blogspot.tw/

萬隆科技公司
http://www.wanlong.net.tw/front/bin/cglist.phtml?Category=4

條碼簡介
http://tw.myblog.yahoo.com/corel-draw/article?mid=18&sc=1

　

條碼製作軟體(建議下載第一個軟體)

http://droger.pixnet.net/blog/post/929057

10-4.相關檔案:

RFID與條碼機原理
http://www2.nsysu.edu.tw/physdemo/docs/exp17/exp17doc1.doc
　

RFID的 小問題
http://www2.nsysu.edu.tw/physdemo/docs/exp17/exp17doc3.doc

條碼機小問題
http://www2.nsysu.edu.tw/physdemo/docs/exp17/exp17doc4.doc

EAN 13編碼方式
http://www2.nsysu.edu.tw/physdemo/2012/docs/exp17/exp17doc2.pdf

　

10-5.2012年高雄中山物理103級赴廣州中山大學研討會資料

RFID介紹用Powerpoint檔
http://www2.nsysu.edu.tw/physdemo/2012/C4/C4pic/RFID(intro+vid).pdf

實驗介紹用Powerpoint檔

http://www2.nsysu.edu.tw/physdemo/2012/B1/B1pic/EXP RFID.ppt
　

書面資料檔

http://www2.nsysu.edu.tw/physdemo/2012/C4/C4pic/RFID 20script_qc.pdf

　

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11.其他(Others)

11-1.補充實驗四：

‧將去年自製能發光的RFID改 成能發出聲音            

‧先想出什麼是能發出聲音的元件 → 蜂鳴器

‧蜂鳴器的驅動電壓→選 用1.5、3、6、12、3~30V

‧人耳頻率→接 收範圍20~20000HZ

‧自製ＲＦＩＤ頻率→1.85(MHZ)→線 圈→電 容

‧蜂鳴器頻率

→自身頻率－多諧振盪器振動產生而輸出1.5~2.5Khz的訊號,接著阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片而發出聲音

→改變頻率－因訊號產生器的頻率越高,所 發出聲音的頻率越高

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11-2.補充二維條碼：         

堆疊式 二維條碼 (stacked 2D barcode)

PDF 417

CODE 16K

Supercode

矩陣式 二維條碼 (Matrix 2D barcode)

Datamatrix

Maxicode

Philips Dot Code

錯誤糾正能力:

‧標準錯誤糾正(SEC)   16%

‧增強錯誤糾正(EEC)   25%

特 性	錯 誤糾正等級
	標 準	增 強
字碼總數	144	144
可能的資料字元數	93	77
模式字元數	1	1
錯誤字元數	50	66
可糾正錯誤字元數	22	30

　

可存放資料量與錯誤糾正等級對照表

應用範圍：表單應用、保密應用、追蹤應用、證照應用、盤點應用、備援應用
　

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11-3.二維條碼與一維條碼比較：

特性	二維條碼	一維條碼
儲存容量	1100 個文數字，中英文皆可。	15 個文數字，不能儲存中文。
安全性	可 在編碼及解碼時加上密碼， 又稱「詳記安全條碼」。	憑 肉眼即可讀出一維條碼粗細線的意義。
效益	可 影印及傳真，節省大量影印或傳真費用。	因 資訊仍在資料庫上，影印傳真仍無法直接傳遞資訊。
可追蹤性	「資 訊跟著產品走」，追蹤產品的流向。	即 使一維條碼跟著產品走，因無資料庫隨時連線，無追蹤性可言。
抗損性	使 用「錯誤糾正碼」的技術，可將磨損率高達50%的條碼正確的讀出。	磨 損即無法判讀。
讀取率	讀 取錯誤率10-9。	讀 取錯誤率10-3（光學辨識系統）。

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11-4.照片集錦

RFID TAG內構造	RFID TAG訊號裝置圖
RFID TAG訊號	門禁機內電路板
條 碼機把手內構造	大賣場條碼機外觀
大 賣場條碼機構造圖	大賣場條碼機操作圖
大 賣場條碼機雷射圖	自製條碼-NSYSU PHYSICS

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