RFID基礎(chǔ)知識(shí)專題

RFID射頻識(shí)別技術(shù)簡介

RFID基礎(chǔ)知識(shí)專題        射頻識(shí)別即RFID(Radio Frequency IDentification)技術(shù),又稱電子標(biāo)簽、無線射頻識(shí)別,是一種通信技術(shù),可通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù),而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。
        最初在技術(shù)領(lǐng)域,應(yīng)答器是指能夠傳輸信息回復(fù)信息的電子模塊,近些年,由於射頻技術(shù)發(fā)展迅猛,應(yīng)答器有了新的說法和含義,又被叫做智能標(biāo)簽或標(biāo)簽。RFID電子電梯合格證的閱讀器(讀寫器)通過天線與RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行無線通信,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽識(shí)別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭氩僮?。典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及閱讀器天線。RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),識(shí)別工作無需人工干預(yù),可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽,操作快捷方便。
        RFID是一種簡單的無線系統(tǒng),只有兩個(gè)基本器件,該系統(tǒng)用于控制、檢測(cè)和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個(gè)詢問器(或閱讀器)和很多應(yīng)答器(或標(biāo)簽)組成。
        RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫,即無線射頻識(shí)別,俗稱電子標(biāo)簽。

RFID技術(shù)的基本工作原理

RFID基礎(chǔ)知識(shí)專題        RFID的基本組成部分:
        標(biāo)簽(Tag):由耦合元件及芯片組成,每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼,附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象。
        閱讀器(Reader):讀?。ㄓ袝r(shí)還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備,可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。
        天線(Antenna):在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。
        RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜:標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后,接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào),憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag,無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽),或者由標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(Active Tag,有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽),解讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。
        一套完整的RFID系統(tǒng),是由閱讀器(Reader)與電子標(biāo)簽(TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部份所組成,其工作原理是Reader發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給Transponder,用以驅(qū)動(dòng)Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出,此時(shí)Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù),送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。
        以RFID卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看大致上可以分成:感應(yīng)耦合(Inductive Coupling)及后向散射耦合(Backscatter Coupling)兩種。一般低頻的RFID大都采用第一種式,而較高頻大多采用第二種方式。
電感耦合    電磁反向散射耦合
        閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置,是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應(yīng)答器之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換,同時(shí)閱讀器通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時(shí)序。在實(shí)際應(yīng)用中,可進(jìn)一步通過Ethernet或WLAN等實(shí)現(xiàn)對(duì)物體識(shí)別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。應(yīng)答器是RFID系統(tǒng)的信息載體,目前應(yīng)答器大多是由耦合原件(線圈、微帶天線等)和微芯片組成無源單元。

RFID的工作頻率

        不同頻段的RFID產(chǎn)品會(huì)有不同的特性,下面詳細(xì)介紹無源的感應(yīng)器在不同工作頻率產(chǎn)品的特性以及主要的應(yīng)用。
        目前定義RFID產(chǎn)品的工作頻率有低頻、高頻和超高頻的頻率范圍內(nèi)的符合不同標(biāo)準(zhǔn)的不同的產(chǎn)品,而且不同頻段的RFID產(chǎn)品會(huì)有不同的特性。其中感應(yīng)器有無源和有源兩種方式,下面詳細(xì)介紹無源的感應(yīng)器在不同工作頻率產(chǎn)品的特性以及主要的應(yīng)用。
        低頻(從125KHz到135KHz):
        其實(shí)RFID技術(shù)首先在低頻得到廣泛的應(yīng)用和推廣。該頻率主要是通過電感耦合的方式進(jìn)行工作, 也就是在讀寫器線圈和感應(yīng)器線圈間存在著變壓器耦合作用。通過讀寫器交變場(chǎng)的作用在感應(yīng)器天線中感應(yīng)的電壓被整流,可作供電電壓使用。磁場(chǎng)區(qū)域能夠很好的被定義,但是場(chǎng)強(qiáng)下降的太快。
        特性:
        1. 工作在低頻的感應(yīng)器的一般工作頻率從120KHz到134KHz,TI的工作頻率為134.2KHz。該頻段的波長大約為2500m。
        2. 除了金屬材料影響外,一般低頻能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離。
        3. 工作在低頻的讀寫器在全球沒有任何特殊的許可限制。
        4.低頻產(chǎn)品有不同的封裝形式。好的封裝形式就是價(jià)格太貴,但是有10年以上的使用壽命。
        5.雖然該頻率的磁場(chǎng)區(qū)域下降很快,但是能夠產(chǎn)生相對(duì)均勻的讀寫區(qū)域。
        6.相對(duì)于其他頻段的RFID產(chǎn)品,該頻段數(shù)據(jù)傳輸速率比較慢。
        7.感應(yīng)器的價(jià)格相對(duì)與其他頻段來說要貴。
        符合的國際標(biāo)準(zhǔn):
        a) ISO 11784 RFID畜牧業(yè)的應(yīng)用-編碼結(jié)構(gòu)。
        b) ISO 11785 RFID畜牧業(yè)的應(yīng)用-技術(shù)理論。
        c) ISO 14223-1 RFID畜牧業(yè)的應(yīng)用-空氣接口。
        d) ISO 14223-2 RFID畜牧業(yè)的應(yīng)用-協(xié)議定義。
        e) ISO 18000-2定義低頻的物理層、防沖撞和通訊協(xié)議。
        f) DIN 30745主要是歐洲對(duì)垃圾管理應(yīng)用定義的標(biāo)準(zhǔn)。
        高頻(工作頻率為13.56MHz):
        在該頻率的感應(yīng)器不再需要線圈進(jìn)行繞制,可以通過腐蝕或者印刷的方式制作天線。感應(yīng)器一般通過負(fù)載調(diào)制的方式進(jìn)行工作。也就是通過感應(yīng)器上的負(fù)載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)用遠(yuǎn)距離感應(yīng)器對(duì)天線電壓進(jìn)行振幅調(diào)制。如果人們通過數(shù)據(jù)控制負(fù)載電壓的接通和斷開,那么這些數(shù)據(jù)就能夠從感應(yīng)器傳輸?shù)阶x寫器。
        特性:
        1. 工作頻率為13.56MHz,該頻率的波長大概為22m。
        2. 除了金屬材料外,該頻率的波長可以穿過大多數(shù)的材料,但是往往會(huì)降低讀取距離。感應(yīng)器需要離開金屬一段距離。
        3. 該頻段在全球都得到認(rèn)可并沒有特殊的限制。
        4. 感應(yīng)器一般以電子標(biāo)簽的形式。
        5. 雖然該頻率的磁場(chǎng)區(qū)域下降很快,但是能夠產(chǎn)生相對(duì)均勻的讀寫區(qū)域。
        6. 該系統(tǒng)具有防沖撞特性,可以同時(shí)讀取多個(gè)電子標(biāo)簽。
        7. 可以把某些數(shù)據(jù)信息寫入標(biāo)簽中。
        8. 數(shù)據(jù)傳輸速率比低頻要快,價(jià)格不是很貴。
        符合的國際標(biāo)準(zhǔn):
        a) ISO/IEC 14443近耦合IC卡,最大的讀取距離為10cm。
        b) ISO/IEC 15693疏耦合IC卡,最大的讀取距離為1m。
        c) ISO/IEC 18000-3 該標(biāo)準(zhǔn)定義了13.56MHz系統(tǒng)的物理層,防沖撞算法和通訊協(xié)議。
        d) 13.56MHz ISM Band Class 1 定義13.56MHz符合EPC的接口定義。
        超高頻(工作頻率為860MHz到960MHz之間):
        超高頻系統(tǒng)通過電場(chǎng)來傳輸能量。電場(chǎng)的能量下降的不是很快,但是讀取的區(qū)域不是很好進(jìn)行定義。該頻段讀取距離比較遠(yuǎn),無源可達(dá)10m左右。主要是通過電容耦合的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
        特性:
        1. 在該頻段,全球的定義不是很相同-歐洲和部分亞洲定義的頻率為868MHz,北美定義的頻段為902到905MHz之間,在日本建議的頻段為950到956之間。該頻段的波長大概為30cm左右。
        2. 目前,該頻段功率輸出目前統(tǒng)一的定義(美國定義為4W,歐洲定義為500mW)。可能歐洲限制會(huì)上升到2W EIRP。
        3. 超高頻頻段的電波不能通過許多材料,特別是水,灰塵,霧等懸浮顆粒物資。相對(duì)于高頻的電子標(biāo)簽來說,該頻段的電子標(biāo)簽不需要和金屬分開來。
        4. 電子標(biāo)簽的天線一般是長條和標(biāo)簽狀。天線有線性和圓極化兩種設(shè)計(jì),滿足不同應(yīng)用的需求。
        5. 該頻段有好的讀取距離,但是對(duì)讀取區(qū)域很難進(jìn)行定義。
        6. 有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率,在很短的時(shí)間可以讀取大量的電子標(biāo)簽。
        符合的國際標(biāo)準(zhǔn):
        a) ISO/IEC 18000-6 定義了超高頻的物理層和通訊協(xié)議;空氣接口定義了Type A和Type B兩部分;支持可讀和可寫操作。
        b) EPCglobal 定義了電子物品編碼的結(jié)構(gòu)和甚高頻的空氣接口以及通訊的協(xié)議。例如:Class 0, Class 1, UHF Gen2。
        c) Ubiquitous ID日本的組織,定義了UID編碼結(jié)構(gòu)和通信管理協(xié)議。
        在將來,超高頻的產(chǎn)品會(huì)得到大量的應(yīng)用。例如WalMart,Tesco,美國國防部和麥德龍超市都會(huì)在它們的供應(yīng)鏈上應(yīng)用RFID技術(shù)。
        有源RFID技術(shù)(2.45GHz、5.8G):
        有源RFID具備低發(fā)射功率、通信距離長、傳輸數(shù)據(jù)量大,可靠性高和兼容性好等特點(diǎn),與無源RFID相比,在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)非常明顯。被廣泛地應(yīng)用到公路收費(fèi)、港口貨運(yùn)管理等應(yīng)用中。
        射頻識(shí)別作為一種新興的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),在中國擁有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br />        射頻識(shí)別技術(shù)(RFID,Radio Frequency Identification)實(shí)際上是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)(AEI,Automatic Equipment Identification)在無線電技術(shù)方面的具體應(yīng)用與發(fā)展。該項(xiàng)技術(shù)的基本思想是,通過采用一些先進(jìn)的技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)人們對(duì)各類物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動(dòng)、靜止或惡劣環(huán)境)下的自動(dòng)識(shí)別和管理。

RFID技術(shù)的發(fā)展歷程

        1940-1950年:雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了射頻識(shí)別技術(shù),1948年奠定了射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。
        1950-1960年:早期射頻識(shí)別技術(shù)的探索階段,主要處于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究。
        1960-1970年:射頻識(shí)別技術(shù)的理論得到了發(fā)展,開始了一些應(yīng)用嘗試。
        1970-1980年:射頻識(shí)別技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個(gè)大發(fā)展時(shí)期,各種射頻識(shí)別技術(shù)測(cè)試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的射頻識(shí)別應(yīng)用。
        1980-1990年:射頻識(shí)別技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段,各種規(guī)模應(yīng)用開始出現(xiàn)。
        1990-2000年:射頻識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨得到重視,射頻識(shí)別產(chǎn)品得到廣泛采用,射頻識(shí)別產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。
        2000年后:標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨為人們所重視,射頻識(shí)別產(chǎn)品種類更加豐富,有源電子標(biāo)簽、無源電子標(biāo)簽及半無源電子標(biāo)簽均得到發(fā)展,電子標(biāo)簽成本不斷降低,規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴(kuò)大。
        現(xiàn)在的射頻識(shí)別技術(shù):射頻識(shí)別技術(shù)的理論得到豐富和完善。單芯片電子標(biāo)簽、多電子標(biāo)簽識(shí)讀、無線可讀可寫、無源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識(shí)別、適應(yīng)高速移動(dòng)物體的射頻識(shí)別技術(shù)與產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實(shí)并走向應(yīng)用。

RFID標(biāo)簽的類別

        RFID標(biāo)簽分為被動(dòng),半被動(dòng)(也稱作半主動(dòng)),主動(dòng)三類。
        被動(dòng)式:
        被動(dòng)式標(biāo)簽沒有內(nèi)部供電電源。其內(nèi)部集成電路通過接收到的電磁波進(jìn)行驅(qū)動(dòng),這些電磁波是由RFID讀取器發(fā)出的。當(dāng)標(biāo)簽接收到足夠強(qiáng)度的訊號(hào)時(shí),可以向讀取器發(fā)出數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅包括ID號(hào)(全球唯一標(biāo)示ID),還可以包括預(yù)先存在于標(biāo)簽內(nèi)EEPROM中的數(shù)據(jù)。
        由于被動(dòng)式標(biāo)簽具有價(jià)格低廉,體積小巧,無需電源的優(yōu)點(diǎn)。目前市場(chǎng)的RFID標(biāo)簽主要是被動(dòng)式的。
        半被動(dòng)式:一般而言,被動(dòng)式標(biāo)簽的天線有兩個(gè)任務(wù),第一:接收讀取器所發(fā)出的電磁波,藉以驅(qū)動(dòng)標(biāo)簽IC;第二:標(biāo)簽回傳信號(hào)時(shí),需要靠天線的阻抗作切換,才能產(chǎn)生0與1的變化。問題是,想要有最好的回傳效率的話,天線阻抗必須設(shè)計(jì)在“開路與短路”,這樣又會(huì)使信號(hào)完全反射,無法被標(biāo)簽IC接收,半主動(dòng)式標(biāo)簽就是為了解決這樣的問題。半主動(dòng)式類似于被動(dòng)式,不過它多了一個(gè)小型電池,電力恰好可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)簽IC,使得IC處于工作的狀態(tài)。這樣的好處在于,天線可以不用管接收電磁波的任務(wù),充分作為回傳信號(hào)之用。比起被動(dòng)式,半主動(dòng)式有更快的反應(yīng)速度,更好的效率。
        主動(dòng)式:
        與被動(dòng)式和半被動(dòng)式不同的是,主動(dòng)式標(biāo)簽本身具有內(nèi)部電源供應(yīng)器,用以供應(yīng)內(nèi)部IC所需電源以產(chǎn)生對(duì)外的訊號(hào)。一般來說,主動(dòng)式標(biāo)簽擁有較長的讀取距離和較大的記憶體容量可以用來儲(chǔ)存讀取器所傳送來的一些附加訊息。
        射頻識(shí)別技術(shù)包括了一整套信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施,包括:
        射頻識(shí)別標(biāo)簽,又稱射頻標(biāo)簽、電子標(biāo)簽,主要由存有識(shí)別代碼的大規(guī)模集成線路芯片和收發(fā)天線構(gòu)成,目前主要為無源式,使用時(shí)的電能取自天線接收到的無線電波能量;射頻識(shí)別讀寫設(shè)備以及 與相應(yīng)的信息服務(wù)系統(tǒng),如進(jìn)存銷系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)等。
        將射頻類別技術(shù)與條碼(Barcode)技術(shù)相互比較,射頻類別擁有許多優(yōu)點(diǎn),如:
        可容納較多容量。 通訊距離長。難以復(fù)制。對(duì)環(huán)境變化有較高的忍受能力。可同時(shí)讀取多個(gè)標(biāo)簽。
        相對(duì)地有缺點(diǎn),就是建置成本較高。不過目前透過該技術(shù)的大量使用,生產(chǎn)成本就可大幅降低。

RFID的應(yīng)用范圍

        1、物流:物流過程中的貨物追蹤,信息自動(dòng)采集,倉儲(chǔ)應(yīng)用,港口應(yīng)用,郵政,快遞。
        2、零售:商品的銷售數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì),補(bǔ)貨,防盜。
        3、制造業(yè):生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,質(zhì)量追蹤,自動(dòng)化生產(chǎn)。
        4、服裝業(yè):自動(dòng)化生產(chǎn),倉儲(chǔ)管理,品牌管理,單品管理,渠道管理。
        5、醫(yī)療:醫(yī)療器械管理,病人身份識(shí)別,嬰兒防盜。
        6、身份識(shí)別: 電子護(hù)照,身份證,學(xué)生證等各種電子證件。
        7、防偽:貴重物品(煙,酒,藥品)的防偽,票證的防偽等。
        8、資產(chǎn)管理: 各類資產(chǎn)(貴重的或數(shù)量大相似性高的或危險(xiǎn)品等)。
        9、交通:高速不停車,出租車管理,公交車樞紐管理,鐵路機(jī)車識(shí)別等。
        10、食品:水果,蔬菜,生鮮,食品等保鮮度管理。
        11、動(dòng)物識(shí)別: 訓(xùn)養(yǎng)動(dòng)物,畜牧牲口,寵物等識(shí)別管理。
        12、圖書館:書店,圖書館,出版社等應(yīng)用。
        13、汽車: 制造,防盜,定位,車鑰匙。
        14、航空:制造,旅客機(jī)票,行李包裹追蹤。
        15、軍事:彈藥,槍支,物資,人員,卡車等識(shí)別與追蹤。
        16、其它:其它相關(guān)RFID應(yīng)用。

RFID與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

RFID基礎(chǔ)知識(shí)專題        物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵領(lǐng)域有以下四方面:1. RFID    2.傳感網(wǎng)    3. M2M    4. 兩化融合。
        物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)是將各種信息傳感設(shè)備,如射頻識(shí)別RFID)、二維碼、全球定位系統(tǒng)等與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò),方便識(shí)別和管理。由此可見,RFID電子標(biāo)簽物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。

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