射頻識別技術(shù)(REID)

1、射頻識別技術(shù)射頻識別技術(shù)RFID Technology什么是RFID？ 射頻識別技術(shù)(RFID，Radio Frequency Identification)是一種非接觸式自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號的傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。 附在被識別物體表面或內(nèi)部的電子標簽存儲著物體的信息，當電子標簽進入閱讀器的適度區(qū)域時，閱讀器以無接觸的方式將電子標簽內(nèi)的信息按照一定的規(guī)則傳輸給后臺計算機處理系統(tǒng)或電控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)自動識別物品或自動收集物品標識信息的功能。一、RFID的技術(shù)的發(fā)展歷程 射頻識別技術(shù)是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過空

2、間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。 從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞)，在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型(雷達發(fā)射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機)。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別射頻識別技術(shù)的理論基礎。 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，

3、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。 至今，射頻識別技術(shù)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

4、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技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)正在展現(xiàn)出一個美好的未來。2006年6月9日和2009年11月3日，由中國多個部委聯(lián)合發(fā)布的中國射頻識別技術(shù)政策白皮書和中國射頻識別技術(shù)發(fā)展與應用報告，不僅為中國RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了方向，也全面帶動了全國范圍內(nèi)RFID應用的發(fā)展。特別是2009年8月溫家寶總理提出建立“感知中國”中心，推進物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，實現(xiàn)流通現(xiàn)代化的目標后，RFID應用的全面推進更是指日可待。二、RFID系統(tǒng)組成及工作原理 作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，RFID技術(shù)的應用領域非常廣泛。由于不同領域的應用需求不同，造成了目

5、前多種標準和協(xié)議的RFID設備共存的局面，這就使得應用系統(tǒng)架構(gòu)的復雜程度大為提高。但是就基本的RFID系統(tǒng)來說，其組成相對簡單而清晰，主要包括電子標簽、讀寫器、天線、中間件和應用軟件等五部分。2.1RFID2.1RFID系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 典型的典型的RFIDRFID系統(tǒng)主要由閱讀器、電子標簽、中間件和系統(tǒng)主要由閱讀器、電子標簽、中間件和應用系統(tǒng)軟件組成。應用系統(tǒng)軟件組成。圖2.1RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1.1 電子標簽 電子標簽 (Electronic Tag) 也稱為智能標簽 (Smart Tag) ，是由IC芯片和無線通信天線組成的超微型的小標簽，其內(nèi)置的射頻天線用于和閱讀器進行通信。電子標簽

6、是RFID系統(tǒng)中真正的數(shù)據(jù)載體。系統(tǒng)工作時，閱讀器發(fā)出查詢（能量）信號，標簽（無源）在收到查詢（能量）信號后將其一部分整流為直流電源供電子標簽內(nèi)的電路工作，一部分能量信號被電子標簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)信息調(diào)制后反射回閱讀器。電子標簽內(nèi)部各模塊的功能：電子標簽內(nèi)部各模塊的功能：（1）天線：用來接收由閱讀器送來的信號，并把要求的數(shù)據(jù)傳送回給閱讀器。（2）電壓調(diào)節(jié)器：把由閱讀器送來的射頻信號轉(zhuǎn)換為直流電源，并經(jīng)大電容存儲能量，再通過穩(wěn)壓電路以提供穩(wěn)定的電源。（3）調(diào)制器：邏輯控制電路送出的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制電路調(diào)制后加載到天線返給閱讀器。（4）解調(diào)器：去除載波，取出調(diào)制信號。（5）邏輯控制單元：譯碼閱讀器送來的信號

7、，并依據(jù)要求返回數(shù)據(jù)給閱讀器。（6）存儲單元：包括ERPROM和ROM，作為系統(tǒng)運行及存放識別數(shù)據(jù)。圖2.2電子標簽2.1.2 RFID讀寫器 RFID系統(tǒng)至少包含電子標簽和讀寫器兩部分。RFID讀寫器（閱讀器）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。 讀寫器主要包括射頻模塊和數(shù)字信號處理單元兩部分。一方面，RFID標簽返回的微弱電磁信號通過天線進入讀寫器的射頻模塊中并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)過讀寫器的數(shù)字信號處理單元對其進行必要的加工整形，最后從中解調(diào)出返回的信息，完成對RFID

8、標簽的識別或讀/寫操作；另一方面，上層中間件及應用軟件與讀寫器進行交互，實現(xiàn)操作指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)匯總上傳。 一款一款RFID閱讀器實現(xiàn)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖閱讀器實現(xiàn)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.1.3 RFID天線 天線是一種以電磁波形式把前端射頻信號功率接收或輻射出去的設備，是電路與空間的界面器件，用來實現(xiàn)導行波與自由空間波能量的轉(zhuǎn)化。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標簽天線和讀寫器天線兩大類，分別承擔接收能量和發(fā)射能量的作用。 在確定的工作頻率和帶寬條件下，天線發(fā)射射頻載波，并接收從標簽發(fā)射或反射回來的射頻載波。目前，RFID系統(tǒng)主要集中在LF（135 kHz）、HF（13.56 MHz）、UHF（86096

9、0 MHz）和微波頻段（2.45 GHz），不同工作頻段的RFID系統(tǒng)天線的原理和設計有著根本上的不同。RFID讀寫器天線的增益和阻抗特性會對RFID系統(tǒng)的作用距離等產(chǎn)生影響，RFID系統(tǒng)的工作頻段反過來對天線尺寸以及輻射損耗有一定要求。所以RFID天線設計的好壞關(guān)系到整個RFID系統(tǒng)的成功與否。2.1.4 RFID中間件 中間件是一種面向消息的、可以接收應用軟件端發(fā)出的請求、對指定的一個或者多個讀寫器發(fā)起操作并接收、處理后向應用軟件返回結(jié)果數(shù)據(jù)的特殊化軟件。中間件在RFID應用中除了可以屏蔽底層硬件帶來的多種業(yè)務場景、硬件接口、適用標準造成的可靠性和穩(wěn)定性問題，還可以為上層應用軟件提供多層、

10、分布式、異構(gòu)的信息環(huán)境下業(yè)務信息和管理信息的協(xié)同。圖2.3中間件中間件的主要任務和功能：中間件的主要任務和功能：（1）閱讀器協(xié)調(diào)控制 終端用戶可以通過RFID中間件接口直接配置、監(jiān)控以及發(fā)送指令給閱讀器。一些RFID中間件開發(fā)商還提供了支持閱讀器即插即用的功能，使終端用戶新添加不同類型的閱讀器時不需要增加額外的程序代碼。（2）數(shù)據(jù)過濾與處理 當標簽信息傳輸發(fā)生錯誤或有冗余數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，RFID中間件可以通過一定的算法糾正錯誤并過濾掉冗余數(shù)據(jù)。RFID中間件可以避免不同的閱讀器讀取同一電子標簽的碰撞，確保了閱讀準確性。（3）數(shù)據(jù)路由與集成 RFID中間件能夠決定采集到的數(shù)據(jù)傳遞給哪一個應用。RFI

11、D中間件可以與企業(yè)現(xiàn)有的企業(yè)資源計劃（ERP）、客戶關(guān)系管理（CRM）、倉儲管理系統(tǒng)（WMS）等軟件集成在一起，為它們提供數(shù)據(jù)的路由和集成，同時中間件可以保存數(shù)據(jù)，分批的給各個應用提交數(shù)據(jù)。（4）進程管理 RFID中間件根據(jù)客戶定制的任務負責數(shù)據(jù)的監(jiān)控與事件的觸發(fā)。如在倉儲管理中，設置中間件來監(jiān)控貨品庫存的數(shù)量，當庫存低于設置的標準時，RFID中間件會觸發(fā)事件，通知相應的應用軟件。2. 2RFID系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理基本工作原理：由閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號，當電子標簽進入有效工作區(qū)域時產(chǎn)生感應電流，從而獲得能量、電子標簽被激活，使得電子標簽將自身編碼信息通過內(nèi)置射頻天線發(fā)送出去；閱

12、讀器的接收天線接收到從標簽發(fā)送來的調(diào)制信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器信號處理模塊，經(jīng)解調(diào)和解碼后將有效信息送至后臺主機系統(tǒng)進行相關(guān)的處理；主機系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算識別該標簽的身份，針對不同的設定作出相應的處理和控制，最終發(fā)出指令信號控制閱讀器完成相應的讀寫操作。圖2-3 RFID工作原理圖例圖3.1RFID工作原理圖例三、RFID的工作頻率對一個RFID系統(tǒng)來說，它的頻段概念是指讀寫器通過天線發(fā)送、接收并識讀的標簽信號頻率范圍，也就是所傳輸數(shù)據(jù)的載波頻率范圍。從應用角度來說，射頻標簽的工作頻率也就是射頻識別系統(tǒng)的工作頻段，它直接決定系統(tǒng)應用的各方面特性，如系統(tǒng)工作原理(電感耦合還是電磁耦合)、識別

13、距離、射頻標簽及讀寫器實現(xiàn)的難易程度和設備成本等方面特性。在RFID系統(tǒng)中，系統(tǒng)工作就像我們平時收聽調(diào)頻廣播一樣，射頻標簽和讀寫器也要調(diào)制到相同的頻率才能工作。 RFID系統(tǒng)主要工作在以下四個頻段： （1）低頻段(30kHz300kHz) 低頻率的RFID系統(tǒng)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(電子標簽)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，可作供電電壓使用場區(qū)域能夠很好的被定義，但是場強下降得太快。 （2）高頻(13.56MHz) 在該頻率的感應器不再需要線圈進行繞制，可以通過腐蝕活著印刷的方式制作天線。感應器一般通過負載

14、調(diào)制的方式 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。 （3）甚高頻(UHF,433MHz、860MHz960MHz) 甚高頻系統(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)。 （4）微波(工作頻率為2.45Hz或5.8Hz之間) 這個頻段的優(yōu)勢在于其受各種強電磁場（如電動機、焊接系統(tǒng)等）的干擾較小，識別距離介于高頻和甚高頻系統(tǒng)之間，而且標簽可以設計得很小，但是成本較高。 四、RFID應用領域概述射頻識別技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，逐漸地被廣泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運輸控制管理等領域。隨著大規(guī)