大連理工大學 RFID論文

1、大連理工大學RFID技術及應用（論文）作 者： 學 號： 系 部： 電子信息與電氣工程學部 專 業(yè)： 電子信息工程 評閱者： 2015 年 9 月 13日2 中文摘要物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業(yè)的第三次浪潮，物聯網上升為國家戰(zhàn)略，成為IT產業(yè)的新興熱點。RFID技術即射頻識別技術是實現物聯網的關鍵技術。 射頻識別技術，是一種利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術。20世紀90年代以來，RFID技術得到了快速的發(fā)展。經濟發(fā)達國家和地區(qū)已經將其應用于很多領域，并積極推動相關技術與應用標準的國際化。近年來，我國已經初步開展了RFID相關技術的研發(fā)及產業(yè)化工作，并在部分領域開始應用。作

2、為一種快速、實時、準確采集與處理信息的高新技術和信息標準化的基礎，RFID被列為21世紀十大重要技術之一。本文重點從RFID的基本原理出發(fā)，介紹RFID的主要類型，以及RFID在物流管理、智能交通、移動支付、資源追朔、安全管理、人員管理等各個領域的應用和實施方案、流程設計、成效分析及相關對策措施，以期讀者對RFID技術有深入的了解。關鍵詞 射頻識別技術】Title Radio Frequency Identification（RFID）and its applicationAbstractInternet of things is known as the third wave of the

3、worlds information industry after the computer and Internet, the Internet of things was raised to a national strategy to become a new hot spot in the IT industry. Radio frequency identification is the key technology to realize the Internet of things.Radio frequency identification is a non-contact au

4、tomatic identification technology which is realized by the use of radio frequency communication. Since 1990s, RFID technology has been rapid development. The developed countries and regions have applied it in many fields, and actively promote the internationalization of related technologies and appl

5、ications. In recent years, China has carried out the development and industrialization of RFID , and it has been applied in some areas. As a fast, real-time, accurate collection and processing of information technology and information standardization, RFID is listed as one of the ten important techn

6、ologies in twenty-first Century.This paper focuses on the basic principle of RFID, introducing the main types of RFID and its application in logistics management, intelligent transportation, mobile payment, resource tracking, security management, personnel management and implementation plan, process

7、 design, effectiveness analysis and related countermeasures, in order to make readers have a thorough understanding of RFID Technology.Keywords RFID English4RFID技術及應用（論文）目錄前 言5第一章RFID基本原理6 1.1 RFID的組成6 1.2RFID基本原理7 1.3RFID讀寫器防沖撞原理8第二章 RFID主要類型9第三章 RFID的主要應用11 3.1標簽識別11 3.2信息檢索與集成12 3.3目標定位與追蹤12 3.4N

8、FC技術13參考文獻145RFID技術及應用（論文） 前 言 射頻識別（RFID）是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或者光學接觸。 無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場，把數據從附著在物品上的標簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標簽在識別時從識別器發(fā)出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池；也有標簽本身擁有電源，并可以主動發(fā)出無線電波（調成無線電頻率的電磁場）。標簽包含了電子存儲的信息，數米之內都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標簽不需要處在識別器視線之內，也可以嵌入被追蹤物體之內。 許多行業(yè)都運用了射頻識別技術。

9、將標簽附著在一輛正在生產中的汽車，廠方便可以追蹤此車在生產線上的進度。倉庫可以追蹤藥品的所在。射頻標簽也可以附于牲畜與寵物上，方便對牲畜與寵物的積極識別（積極識別意思是防止數只牲畜使用同一個身份）。射頻識別的身份識別卡可以使員工得以進入鎖住的建筑部分，汽車上的射頻應答器也可以用來征收收費路段與停車場的費用。RFID技術有著巨大的應用前景。進入21世紀，RFID產業(yè)受到了政府部門和研究機構的重視，各項支持政策逐步出臺，支持力度逐步增大；同時政府也大力推動RFID在行業(yè)中的應用。未來，RFID技術將影響到我們生活的諸多方面。在自主創(chuàng)新的同時我們還需要廣泛開展國際交流與合作。通過在國際科研機構之間建

10、立全球范圍的共享和合作體制，最大限度地實現合理配置和優(yōu)化互補，必將推動人類生活達到一個新的高度4。第一章 RFID基本原理1.1 RFID組成RFID由電子標簽、閱讀器及天線等組成。(1)電子標簽電子標簽也稱為智能標簽，是射頻識別系統(tǒng)真正的數據載體。一般情況下，電子標簽是由無線天線和標簽專用芯片組成的，其中包含串行電可擦除可編程只讀存儲器、加密邏輯、射頻手法電路和微處理器。依據電子標簽供電方式的不同，可以將電子標簽分為有源電子標簽(Active tag)、半有源標簽和無源電子標簽(Passive tag)。有源電子標簽內裝有電池，無源射頻標簽沒有內裝電池。半有源標簽介于兩者之間，雖然帶有電池，

11、但是只用來激活系統(tǒng)，激活后進入無源標簽工作模式。根據調制方式的不同分為主動式、被動式和半被動式。一般來講無源系統(tǒng)為被動式，有源系統(tǒng)為主動式。有源電子標簽，需要電池為集成電路的操作和與閱讀器的通信提供能源，準確性也高，識讀范圍最遠，工作可靠性高，當然成本也高。電子標簽具有智能讀寫和加密通信的功能，通過無線電波與讀寫設備進行交換數據。系統(tǒng)工作發(fā)送無線信號時所使用的頻率被稱為RFID系統(tǒng)的工作頻率，基本上劃分為五個主要范圍:低頻(30300kHz、高頻(330MHz)和超高頻(300MHz3GHz)以及微波(2.45GHz以上)。高頻系統(tǒng)用于門禁控制和需要傳送大量數據的應用； 低頻系統(tǒng)用于短距離、低

12、成本的應用中，如多數的門禁控制、動物監(jiān)管、貨物跟蹤；超高頻系統(tǒng)應用于需要較長的讀寫距離和較高的讀寫速度的場合，如火車監(jiān)控、高速公路收費等系統(tǒng)。(2)閱讀器也稱讀寫器，用于產生發(fā)射無線電射頻信號并接受由標簽反射回的無線電射頻信號，經處理后獲取標簽數據信息。典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、閱讀器天線以及控制單元和接口電路，主要負責與電子標簽的雙向通信，同時接受來自主機系統(tǒng)的控制指令。閱讀器的頻率決定了RFID系統(tǒng)工作的頻段，其功率則決定了射頻識別的有效距離。閱讀器按照其外形分類可以分為工業(yè)閱讀器、固定式閱讀器、OEM模塊、手持機、發(fā)卡機。(3)天線天線是標簽與閱讀器之間傳輸數據的發(fā)射

13、、接收裝置，天線的設計和位置對系統(tǒng)的覆蓋范圍、操作通信的準確性和識讀距離起著重要作用。天線的工作頻率和頻帶寬度要能夠符合射頻識別系統(tǒng)的頻率范圍要求，如天線可以工作在860960MHz的頻率范圍內。一般天線都會和讀寫器整合在一起，天線具有多種不同的形式和結構，如陣列天線、八木天線、平板天線、螺旋天線等。在實際的應用中，除了系統(tǒng)功率，天線的形狀和相對位置也會影響數據的發(fā)射和接收，這就需要專業(yè)人員對系統(tǒng)天線進行專業(yè)的設計、安裝2。1.2 RFID的工作原理 電子標簽與讀寫器之間通過耦合組件實現射頻信號的空間耦合，在耦合通道內根據時序關系實現能量的傳遞和資料的交換。其基本模型如下圖1.1所示。 圖1.

14、1 RFID系統(tǒng)的基本模型發(fā)生在讀寫器和電子標簽之間的射頻信號的耦合類型有電感耦合和電磁反向散射兩種。（1） 電感耦合 變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現耦合，其依據是電磁感應定律，如圖1.2所示。 圖1.2電感耦合 （2）電磁反向散射耦合 雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標后反射，同時攜帶回目標的信息，其依據是電磁波的空間傳播規(guī)律，如圖1.3所示5。圖1.3 電磁反向散射耦合型的RFID讀寫器 1.3 RFID讀寫器防沖撞原理我們來簡單地說明防碰撞（防沖撞）功能的工作原理。即使是具有防碰撞（防沖撞）功能的RFID系統(tǒng)，實際上并非同時讀取所有標簽的內容。在同時查出有復數個標簽存在的情況下

15、，檢索信號并防止沖突的功能開始動作。為了進行檢索，首先要確定檢索條件。在這種搭載有防碰撞（防沖撞）功能的RFID系統(tǒng)中，為了只讀一個標簽，幾經調整次數批量反復讀取進行檢索。所以，一次性讀取具有一定數量的標簽的情況下，所有的標簽都被讀到為止其速度是不同的，一次性讀取的標簽數目越多，完成讀取所需時間要比單純計算所需的時間越長。 實現防止抗碰撞（防沖撞）的功能是RFID在物流領域中取代圖形碼所必不可少的條件。例如，在超市中，商品是裝在購物車里面進行計價的。為了實現這種計價方式，抗碰撞 （防沖撞）功能必須完備。另一方面，在電子貨幣和個人認證方面利用RFID系統(tǒng)時，同時識別幾個標簽是發(fā)生差錯的主要原因。

16、具有抗碰撞（防沖撞）功能的RFID系統(tǒng)的價格比不具有這種功能的系統(tǒng)的要昂貴。當個人用戶在制作RFID系統(tǒng)的時候，如果沒有必要進行復數個ID同時認識時就沒有必要選擇抗碰撞機能的讀寫2器。第二章 RFID主要類型1低頻 其實RFID技術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

17、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，但是能夠產生相對均勻的讀寫區(qū)域。 (6) 相對于其他頻段的RFID產品，該頻段數據傳輸速率比較慢。 (7) 感應器的價格相對與其他頻段來說要貴。2高頻 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

18、使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化，實現用遠距離感應器對天線電壓進行振幅調制。如果人們通過數據控制負載電壓的接通和斷開，那么這些數據就能夠從感應器傳輸到讀寫器。 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的材料，但是往往會降低讀取距離。標簽需要離開金屬4mm以上距離，其抗金屬效果在幾個頻段中較為優(yōu)良。 (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)

19、可以把某些數據信息寫入標簽中。 (8) 數據傳輸速率比低頻要快，價格不是很貴。 3 超高頻 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。 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) 該頻段功率輸出沒有統(tǒng)一的定義（美國定義為4W，歐洲定義為500mW，可能歐洲限制會上升到2W EIRP。 (3) 超高頻頻段的電波不能

20、通過許多材料，特別是金屬，液體，灰塵，霧等懸浮顆粒物質，可以說環(huán)境對超高頻段的影響是很大的。 (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) 有很高的數據傳輸速率，在很短的時間可以讀取大量的電子標簽。4 有源RFID有源RFID，又稱為主動式RFID（Active tag），依據電子標簽供電方式的不同進行劃分的電子標簽一種類型，通常支持遠距離識別。電子標簽可以分為有源電子標簽(Active tag)、無源電子標 簽(Passive tag)和半無源電子標簽(Semi-passive-

21、tag)。有源電子標簽內裝有電池，無源射頻標簽沒有內裝電池，半無源電子標簽(Semi-passive tag)部分依靠電池工作3。第三章 RFID的主要應用3.1 標簽識別 由于RFID技術可以支持“非接觸式自動快速識別”，這也是其最為關鍵的特性，因此，標簽識別也就成了所有RFID技術相關應用的最為基本的功能，以此拓展出去，與各行業(yè)內相關技術結合，從而產生了許多新的應用產品，被廣泛應用于物流管理、安全防偽、食品行業(yè)和交通運輸等領域。 為實現標簽識別功能，一個典型的RFID應用系統(tǒng)包括RFID標簽、閱讀器和交互系統(tǒng)三個主要組成部分，如圖3.1圖3.1 RFID系統(tǒng)工作原理 目前，在物流業(yè)和智能交

22、通中，RFID的標簽識別功能已經得到廣泛應用。 1.物流業(yè) 物聯網，首先在物流業(yè)中崛起。為了克服傳統(tǒng)物流的缺點，現在物流系統(tǒng)通過使用無線射頻識別設備、傳感器、GPS、等裝置與互聯網相結合構成一個大型網絡，用來實現智能的物流管理。 2.智能交通系統(tǒng) 智能交通系統(tǒng)通過使用通信技術、傳感技術有效地集成基礎設施和交通工具的信息，結合控制技術、計算機技術來提高交通系統(tǒng)實時性、準確性和高效性，降低能源消耗、減少環(huán)境污染。3.2 信息檢索與集成 標簽識別RFID應用提供了最為關鍵的信息提取的功能，然而即使RFID的可儲存的信息容量已經較其他識別技術有了很大的改進，但存儲信息相較于整個互聯網來看，還是極為有限

23、。因此，基于標簽有限的關鍵字信息，通過在互聯網端進行信息提取，使RFID標簽成為接入廣闊數字媒體世界的窗口，通過這種信息檢索與集成的方式，提供更多維度的感知體驗，實現快速高效的信息管理。3.3 目標定位與追蹤 RFID設備精確定位系統(tǒng)是通過遠距離、非接觸式采集電子標簽的信息，實現設備在移動狀態(tài)下的自動識別，從而實現目標的自動化管理。該系統(tǒng)產品集計算機軟硬件、信息采集處理、數據傳輸、網絡數據通訊、等技術綜合應用為一體的高性能識別技術，是實現信息化和自動化管理的基礎產品之一，是一種能有效對單位設備進行自動識別和聯網監(jiān)管的重要科技手段。 1.母嬰RFID識別管理及嬰兒防盜管理系統(tǒng) 嬰兒和母親佩戴腕帶，嬰兒腕帶內含有有源遠距離RFID標簽，母親腕帶內含有源短距離RFID標簽，并且保證嬰兒腕帶一旦被戴上，如果再取下，其有源標簽 就會經過系統(tǒng)發(fā)出報警信息。而且腕帶具有防水防潮處理。嬰兒的有源RFID用于系統(tǒng)識別其活動范圍，嬰兒及母親