RFID基礎知識專題

RFID射頻識別技術(shù)簡介

RFID基礎知識專題        射頻識別即RFID(Radio Frequency IDentification)技術(shù),又稱電子標簽、無線射頻識別,是一種通信技術(shù),可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù),而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。
        最初在技術(shù)領域,應答器是指能夠傳輸信息回復信息的電子模塊,近些年,由於射頻技術(shù)發(fā)展迅猛,應答器有了新的說法和含義,又被叫做智能標簽或標簽。RFID電子電梯合格證的閱讀器(讀寫器)通過天線與RFID電子標簽進行無線通信,可以實現(xiàn)對標簽識別碼和內(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射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù),它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù),識別工作無需人工干預,可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽,操作快捷方便。
        RFID是一種簡單的無線系統(tǒng),只有兩個基本器件,該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器(或閱讀器)和很多應答器(或標簽)組成。
        RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫,即無線射頻識別,俗稱電子標簽。

RFID技術(shù)的基本工作原理

RFID基礎知識專題        RFID的基本組成部分:
        標簽(Tag):由耦合元件及芯片組成,每個標簽具有唯一的電子編碼,附著在物體上標識目標對象。
        閱讀器(Reader):讀?。ㄓ袝r還可以寫入)標簽信息的設備,可設計為手持式或固定式。
        天線(Antenna):在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。
        RFID技術(shù)的基本工作原理并不復雜:標簽進入磁場后,接收解讀器發(fā)出的射頻信號,憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(Passive Tag,無源標簽或被動標簽),或者由標簽主動發(fā)送某一頻率的信號(Active Tag,有源標簽或主動標簽),解讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。
        一套完整的RFID系統(tǒng),是由閱讀器(Reader)與電子標簽(TAG)也就是所謂的應答器(Transponder)及應用軟件系統(tǒng)三個部份所組成,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Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出,此時Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù),送給應用程序做相應的處理。
        以RFID卡片閱讀器及電子標簽之間的通訊及能量感應方式來看大致上可以分成:感應耦合(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。閱讀器和應答器之間一般采用半雙工通信方式進行信息交換,同時閱讀器通過耦合給無源應答器提供能量和時序。在實際應用中,可進一步通過Ethernet或WLAN等實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。應答器是RFID系統(tǒng)的信息載體,目前應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)品會有不同的特性,下面詳細介紹無源的感應器在不同工作頻率產(chǎn)品的特性以及主要的應用。
        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)的符合不同標準的不同的產(chǎn)品,而且不同頻段的RFID產(chǎn)品會有不同的特性。其中感應器有無源和有源兩種方式,下面詳細介紹無源的感應器在不同工作頻率產(chǎn)品的特性以及主要的應用。
        低頻(從125KHz到135KHz):
        其實RFID技術(shù)首先在低頻得到廣泛的應用和推廣。該頻率主要是通過電感耦合的方式進行工作, 也就是在讀寫器線圈和感應器線圈間存在著變壓器耦合作用。通過讀寫器交變場的作用在感應器天線中感應的電壓被整流,可作供電電壓使用。磁場區(qū)域能夠很好的被定義,但是場強下降的太快。
        特性:
        1. 工作在低頻的感應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格太貴,但是有10年以上的使用壽命。
        5.雖然該頻率的磁場區(qū)域下降很快,但是能夠產(chǎn)生相對均勻的讀寫區(qū)域。
        6.相對于其他頻段的RFID產(chǎn)品,該頻段數(shù)據(jù)傳輸速率比較慢。
        7.感應器的價格相對與其他頻段來說要貴。
        符合的國際標準:
        a) ISO 11784 RFID畜牧業(yè)的應用-編碼結(jié)構(gòu)。
        b) ISO 11785 RFID畜牧業(yè)的應用-技術(shù)理論。
        c) ISO 14223-1 RFID畜牧業(yè)的應用-空氣接口。
        d) ISO 14223-2 RFID畜牧業(yè)的應用-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主要是歐洲對垃圾管理應用定義的標準。
        高頻(工作頻率為13.56MHz):
        在該頻率的感應器不再需要線圈進行繞制,可以通過腐蝕或者印刷的方式制作天線。感應器一般通過負載調(diào)制的方式進行工作。也就是通過感應器上的負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,實現(xiàn)用遠距離感應器對天線電壓進行振幅調(diào)制。如果人們通過數(shù)據(jù)控制負載電壓的接通和斷開,那么這些數(shù)據(jù)就能夠從感應器傳輸?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,但是往往會降低讀取距離。感應器需要離開金屬一段距離。
        3. 該頻段在全球都得到認可并沒有特殊的限制。
        4. 感應器一般以電子標簽的形式。
        5. 雖然該頻率的磁場區(qū)域下降很快,但是能夠產(chǎn)生相對均勻的讀寫區(qū)域。
        6. 該系統(tǒng)具有防沖撞特性,可以同時讀取多個電子標簽。
        7. 可以把某些數(shù)據(jù)信息寫入標簽中。
        8. 數(shù)據(jù)傳輸速率比低頻要快,價格不是很貴。
        符合的國際標準:
        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 該標準定義了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)通過電場來傳輸能量。電場的能量下降的不是很快,但是讀取的區(qū)域不是很好進行定義。該頻段讀取距離比較遠,無源可達10m左右。主要是通過電容耦合的方式進行實現(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)??赡軞W洲限制會上升到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。相對于高頻的電子標簽來說,該頻段的電子標簽不需要和金屬分開來。
        4. 電子標簽的天線一般是長條和標簽狀。天線有線性和圓極化兩種設計,滿足不同應用的需求。
        5. 該頻段有好的讀取距離,但是對讀取區(qū)域很難進行定義。
        6. 有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率,在很短的時間可以讀取大量的電子標簽。
        符合的國際標準:
        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)品會得到大量的應用。例如WalMart,Tesco,美國國防部和麥德龍超市都會在它們的供應鏈上應用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,與無源RFID相比,在技術(shù)上的優(yōu)勢非常明顯。被廣泛地應用到公路收費、港口貨運管理等應用中。
        射頻識別作為一種新興的自動識別技術(shù),在中國擁有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?br />        射頻識別技術(shù)(RFID,Radio Frequency Identification)實際上是自動識別技術(shù)(AEI,Automatic Equipment Identification)在無線電技術(shù)方面的具體應用與發(fā)展。該項技術(shù)的基本思想是,通過采用一些先進的技術(shù)手段,實現(xiàn)人們對各類物體或設備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動、靜止或惡劣環(huán)境)下的自動識別和管理。

RFID技術(shù)的發(fā)展歷程

        1940-1950年:雷達的改進和應用催生了射頻識別技術(shù),1948年奠定了射頻識別技術(shù)的理論基礎。
        1950-1960年:早期射頻識別技術(shù)的探索階段,主要處于實驗室實驗研究。
        1960-1970年:射頻識別技術(shù)的理論得到了發(fā)展,開始了一些應用嘗試。
        1970-1980年:射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期,各種射頻識別技術(shù)測試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的射頻識別應用。
        1980-1990年:射頻識別技術(shù)及產(chǎn)品進入商業(yè)應用階段,各種規(guī)模應用開始出現(xiàn)。
        1990-2000年:射頻識別技術(shù)標準化問題日趨得到重視,射頻識別產(chǎn)品得到廣泛采用,射頻識別產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。
        2000年后:標準化問題日趨為人們所重視,射頻識別產(chǎn)品種類更加豐富,有源電子標簽、無源電子標簽及半無源電子標簽均得到發(fā)展,電子標簽成本不斷降低,規(guī)模應用行業(yè)擴大。
        現(xiàn)在的射頻識別技術(shù):射頻識別技術(shù)的理論得到豐富和完善。單芯片電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應高速移動物體的射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實并走向應用。

RFID標簽的類別

        RFID標簽分為被動,半被動(也稱作半主動),主動三類。
        被動式:
        被動式標簽沒有內(nèi)部供電電源。其內(nèi)部集成電路通過接收到的電磁波進行驅(qū)動,這些電磁波是由RFID讀取器發(fā)出的。當標簽接收到足夠強度的訊號時,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(全球唯一標示ID),還可以包括預先存在于標簽內(nèi)EEPROM中的數(shù)據(jù)。
        由于被動式標簽具有價格低廉,體積小巧,無需電源的優(yōu)點。目前市場的RFID標簽主要是被動式的。
        半被動式:一般而言,被動式標簽的天線有兩個任務,第一:接收讀取器所發(fā)出的電磁波,藉以驅(qū)動標簽IC;第二:標簽回傳信號時,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,天線阻抗必須設計在“開路與短路”,這樣又會使信號完全反射,無法被標簽IC接收,半主動式標簽就是為了解決這樣的問題。半主動式類似于被動式,不過它多了一個小型電池,電力恰好可以驅(qū)動標簽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,充分作為回傳信號之用。比起被動式,半主動式有更快的反應速度,更好的效率。
        主動式:
        與被動式和半被動式不同的是,主動式標簽本身具有內(nèi)部電源供應器,用以供應內(nèi)部IC所需電源以產(chǎn)生對外的訊號。一般來說,主動式標簽擁有較長的讀取距離和較大的記憶體容量可以用來儲存讀取器所傳送來的一些附加訊息。
        射頻識別技術(shù)包括了一整套信息技術(shù)基礎設施,包括:
        射頻識別標簽,又稱射頻標簽、電子標簽,主要由存有識別代碼的大規(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,使用時的電能取自天線接收到的無線電波能量;射頻識別讀寫設備以及 與相應的信息服務系統(tǒng),如進存銷系統(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,如:
        可容納較多容量。 通訊距離長。難以復制。對環(huán)境變化有較高的忍受能力??赏瑫r讀取多個標簽。
        相對地有缺點,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的應用范圍

        1、物流:物流過程中的貨物追蹤,信息自動采集,倉儲應用,港口應用,郵政,快遞。
        2、零售:商品的銷售數(shù)據(jù)實時統(tǒng)計,補貨,防盜。
        3、制造業(yè):生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控,質(zhì)量追蹤,自動化生產(chǎn)。
        4、服裝業(yè):自動化生產(chǎn),倉儲管理,品牌管理,單品管理,渠道管理。
        5、醫(yī)療:醫(yī)療器械管理,病人身份識別,嬰兒防盜。
        6、身份識別: 電子護照,身份證,學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,鐵路機車識別等。
        10、食品:水果,蔬菜,生鮮,食品等保鮮度管理。
        11、動物識別: 訓養(yǎng)動物,畜牧牲口,寵物等識別管理。
        12、圖書館:書店,圖書館,出版社等應用。
        13、汽車: 制造,防盜,定位,車鑰匙。
        14、航空:制造,旅客機票,行李包裹追蹤。
        15、軍事:彈藥,槍支,物資,人員,卡車等識別與追蹤。
        16、其它:其它相關RFID應用。

RFID與物聯(lián)網(wǎng)的關系

RFID基礎知識專題        物聯(lián)網(wǎng)關鍵領域有以下四方面: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備,如射頻識別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巨大網(wǎng)絡,方便識別和管理。由此可見,RFID電子標簽物聯(lián)網(wǎng)的關鍵核心技術(shù)之一。

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