無線射頻識(shí)別RFID技術(shù)詳解

1、無線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)詳解本文介紹了無線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)的工作原理、系統(tǒng)組成、發(fā)展史，給出了 RFID自動(dòng)識(shí) 別術(shù)語解釋以及RFID技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域所對(duì)應(yīng)的頻段及產(chǎn)品特點(diǎn)。一、概述RFID是射頻識(shí)別技術(shù)的英文(Radio Frequency Identification)的縮寫，射頻識(shí)別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)已經(jīng)成為一個(gè)很熱門的話題。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，RFID技術(shù)市場將在未來五年內(nèi)在新的產(chǎn)品與服務(wù)上帶來30至

2、100億美金的商機(jī)，隨之而來的還有服務(wù)器、資料儲(chǔ)存系統(tǒng)、資料庫程序、商業(yè)管理軟件、顧問服務(wù)，以及其他電腦基礎(chǔ)建設(shè)的龐大 需求。 或許這些預(yù)測過于樂觀，但RFID將會(huì)成為未來的一個(gè)巨大市場是毫無疑問的。許多高科技公司正在加緊開發(fā)RFID專用的軟件和硬件，這些公司包括英特爾、微軟、甲骨文、SAP和SUN，而最近全球最大的零售商沃爾瑪?shù)囊豁?xiàng)要求其前100家供應(yīng)商在2005年1月之前向其配送中心發(fā)送貨盤和包裝箱時(shí)使用RFID技術(shù)，2006年1月前在單件商品中使用這項(xiàng)技術(shù)”的決議，把 RFID再次推到了聚光燈下。因此可以說無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)正在成為全球熱門新科技。二、射頻識(shí)別技術(shù)發(fā)展歷史從信息

3、傳遞的基本原理來說，射頻識(shí)別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型（初級(jí)與次級(jí)之間的能量傳遞及信號(hào)傳遞 ），在高頻段基于雷達(dá)探測目標(biāo)的空間耦合模型 （雷達(dá)發(fā)射電磁波 信號(hào)碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī) ）。1948年哈里斯托克曼發(fā)表的”利用反射功 率的通信奠定了射頻識(shí)別射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展可按十年期劃分如下：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

4、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 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。至今，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

5、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。三、系統(tǒng)組成最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：1.標(biāo)簽（Tag，即射頻卡）：由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信。2閱讀器：讀?。ㄔ谧x寫卡中還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備。3.天線：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。有些系統(tǒng)還通過閱讀器的RS232或RS485接口與外部計(jì)算機(jī)（上位機(jī)主系統(tǒng)）連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。四、工作原理當(dāng)射頻卡進(jìn)入系統(tǒng)的基本工作流程是：閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活； 射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡

6、發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。在耦合方式（電感-電磁）、通信流程（FDX、HDX、SEQ）、從射頻卡到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸 方法（負(fù)載調(diào)制、反向散射、高次諧波 ）以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本 的區(qū)別，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設(shè)計(jì)構(gòu)造上都很相似，所有閱讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個(gè)基本模塊。高頻接口包含發(fā)送器和接收器， 其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動(dòng)射頻卡并提供能量；對(duì)發(fā)射信號(hào)

7、進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡；接收并解調(diào)來自射頻卡的高頻信號(hào)。不同射頻識(shí)別系統(tǒng)的高頻接口設(shè)計(jì)具有一些差異， 電感耦合系統(tǒng)的高頻接口原理圖如圖1所示。Xiaikfl-Hl （燈笳出犁 MAK衣煜霸匸總為8（ 整圏遽丘閱讀器的控制單元的功能包括： 與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信， 并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的 命令；控制與射頻卡的通信過程（主-從原則）；信號(hào)的編解碼。對(duì)一些特殊的系統(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法，對(duì)射頻卡與閱讀器間要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，以及進(jìn)行射頻卡和閱讀器間的身份驗(yàn)證等附加功能。射頻識(shí)別系統(tǒng)的讀寫距離是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)。目前，長距離射頻識(shí)別系統(tǒng)的價(jià)格還很貴，因此尋找提高其讀寫距離的方法很重要

8、。影響射頻卡讀寫距離的因素包括天線工作頻率、Q值、天大多閱讀器的RF輸出功率、閱讀器的接收靈敏度、射頻卡的功耗、天線及諧振電路的線方向、閱讀器和射頻卡的耦合度，以及射頻卡本身獲得的能量及發(fā)送信息的能量等。數(shù)系統(tǒng)的讀取距離和寫入距離是不同的，寫入距離大約是讀取距離的40%80%五、RFID自動(dòng)識(shí)別術(shù)語解釋微波：波長為0.1 100厘米或頻率在1 100GHZ的電磁波。射頻：一般指微波。電子標(biāo)簽：以電子數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)物體代碼的標(biāo)簽，也叫射頻卡。-被動(dòng)式電子標(biāo)簽：內(nèi)部無電源、靠接收微波能量工作的電子標(biāo)簽。主動(dòng)式電子標(biāo)簽：靠內(nèi)部電池供電工作的電子標(biāo)簽。微波天線：用于發(fā)射和接受微波信號(hào)。讀出裝置：用于

9、讀取電子標(biāo)簽內(nèi)電子數(shù)據(jù)。閱 讀器：用于讀取電子標(biāo)簽內(nèi)電子數(shù)據(jù)。編 程器：用于將電子數(shù)據(jù)寫入電子標(biāo)簽或查閱電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。波束范圍：指天線發(fā)射微波的照射功率范圍。標(biāo)簽容量：電子標(biāo)簽編程時(shí)所能寫入的字節(jié)數(shù)或邏輯位數(shù)。a-Biz 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用案例框架a-Biz是一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別工程，它的終極目標(biāo)是將自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用案例結(jié)合，以此實(shí)現(xiàn)”商業(yè)自動(dòng)化”，或者說是a-Biz。ASN 高級(jí)貨運(yùn)通知也可稱之為DA，此電子文檔先于貨物被發(fā)送出去，以通知對(duì)方貨物在運(yùn)送途中。BIS 商業(yè)信息系統(tǒng)商業(yè)信息系統(tǒng)，即 BIS，是用來處理商業(yè)交易信息的系統(tǒng)。DA 發(fā)貨通知此電子文檔先于貨物被發(fā)送出去，以通

10、知對(duì)方貨物在運(yùn)送途中。EAN 歐洲物品編碼組該組織創(chuàng)建于1974年，是由歐洲12個(gè)國家的生產(chǎn)商和分銷商建立了一個(gè)ad-hoc委員會(huì)。它的任務(wù)是調(diào)查在歐洲制訂統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化的編碼體系的可能性，類似于美國使用的UPC體系。最終創(chuàng)立了與UPC兼容的歐洲物品編碼。可訪問獲取更多消息。EPCTM 產(chǎn)品電子碼產(chǎn)品電子碼，即EPC,是自動(dòng)識(shí)別體系中用來唯一標(biāo)識(shí)對(duì)象的編碼。它的目的類似于 GTIN及UPC 等。ONS 對(duì)象名解析服務(wù)對(duì)象名稱解析服務(wù)，即ONS，是自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的一個(gè)組件。類似于In ternet中的域名解析服務(wù)DNS，跟DNS類似，ONS也執(zhí)行名稱解析功能

11、。PML 實(shí)體標(biāo)記語言自動(dòng)識(shí)別設(shè)備使用實(shí)體標(biāo)記語言傳遞實(shí)體信息。Sava ntTM 是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)框架的一部分。它是一個(gè)在全球范圍內(nèi)分布的服務(wù)器，提供數(shù)據(jù)路由服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)捕獲、數(shù)據(jù)監(jiān)視及數(shù)據(jù)傳送功能。UCC 統(tǒng)一編碼委員會(huì)統(tǒng)一編碼委員會(huì)的任務(wù)是在全球范圍內(nèi)，其目標(biāo)是建立與推動(dòng)物品識(shí)別及相關(guān)電子通訊技術(shù)的多元化工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。提高供應(yīng)鏈內(nèi)的管理水平，為使用者帶來附加價(jià)值?？稍L問 獲取更多消息。UML 統(tǒng)一建模語言統(tǒng)一建模語言，即 UML，是一種使用案例和活動(dòng)圖等工具，為商業(yè)需求和商業(yè)流程建模的 描述性語言。六、應(yīng)用領(lǐng)域與頻段本篇文章給出了 RFID技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域所對(duì)應(yīng)的頻段及產(chǎn)品特點(diǎn)。頻段應(yīng)用頻域?yàn)l段索列典型額段應(yīng)用顋域產(chǎn)品特點(diǎn)M! : LOOEOOKHz產(chǎn)品豐富，廣泛屈于功物識(shí)亂、JH出控 制、物品追蹤警管理.李頻段的懂用花 大參數(shù) 醪一療不受揑制.中短距識(shí)別、閔讀 理度惶、產(chǎn)品價(jià)構(gòu) 低置.1.95良乳也耗列電子物品監(jiān)視多用于委售業(yè)或物品防 逐麵域.13MH= 列中頻:1015 HHe可用于彳軀物業(yè)管理、大圍礫系凍 電子物卿視忑工跚1工業(yè)、科里和匿 療行業(yè)】等.中短距識(shí)別、中速 間讀、產(chǎn)品價(jià)格較 廉。應(yīng)用于工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療行業(yè)-4凱船