無線射頻（Radio Frequency Identification）簡稱RFID，是20世紀90年代興起的一種非接觸式的自動識別技術(shù)，其利用無線射頻信號通過空間耦合（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自動識別目的。
一套完整的無線射頻系統(tǒng)，是由閱讀器（Reader）與電子標簽（TAG）及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個部分所組成，其工作原理是Reader發(fā)射一特定頻率的無線電能量給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(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。
無線射頻可以實現(xiàn)對運動目標、多目標的識別，識別過程無須物理接觸，無須光學(xué)可視，無須人工管理即可完成信息的錄入和處理。相對于傳統(tǒng)的磁卡及IC卡技術(shù)具有非接觸、閱讀速度快、無磨損、不受環(huán)境影響、壽命長、便于使用的特點，同時還具有防沖突功能，能同時處理多張卡片。在生產(chǎn)、物流、交通、運輸、醫(yī)療、防偽等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和巨大的發(fā)展前景。
基本介紹
目前生產(chǎn)射頻技術(shù)RFID產(chǎn)品的很多公司都采用自己的標準，國際上還沒有統(tǒng)一的標準。目前，可供非接觸式IC卡使用的幾種射頻技術(shù)標準有ISO10536、ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15693和ISO18OOO。應(yīng)用最多的是ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693，這兩個標準都由物理特性、射頻功率和信號接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。
工作流程
閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(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)接收天線接收到從非接觸式IC卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構(gòu)動作。
工作原理
RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)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(yīng)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(guān)數(shù)據(jù)處理。
一套完整的RFID系統(tǒng), 是由閱讀器(Reader)與電子標簽(TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及應(yīng)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(yīng)用程序做相應(yīng)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(yīng)方式來看大致上可以分成, 感應(yīng)偶合(Inductive 耦合) 及后向散射偶合(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。
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、電腦板和接口單元組成。閱讀器和應(yīng)答器之間一般采用半雙工通信方式進行信息交換，同時閱讀器通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時序。在實際應(yīng)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(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。
發(fā)展歷程
RFID直接繼承了雷達的概念，并由此發(fā)展出一種生機勃勃的AIDC新技術(shù)——RFID技術(shù)。1948年亨利·盧斯.斯托克曼發(fā)表的“利用反射功率的通訊”奠定了射頻識別RFID的理論基礎(chǔ)。
1)RFID技術(shù)發(fā)展的歷程表。在20世紀中，無線電技術(shù)的理論與應(yīng)用研究是科學(xué)技術(shù)發(fā)展最重要的成就之一。RFID技術(shù)的發(fā)展可按10年期劃分如下：
1941～1950年。雷達的改進和應(yīng)用催生了RFID技術(shù)，1948年奠定了RFID技術(shù)的理論基礎(chǔ)。
1951—1960年。早期RFID技術(shù)的探索階段，主要處于實驗室實驗研究。
1961—1970年。RFID技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開始了一些應(yīng)用嘗試。
1971—1980年。RFID技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期，各種RFID技術(shù)測試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的RFID應(yīng)用。
1981～1990年。RFID技術(shù)及產(chǎn)品進入商業(yè)應(yīng)用階段，各種規(guī)模應(yīng)用開始出現(xiàn)。
1991～2000年。RFID技術(shù)標準化問題日趨得到重視，RFID產(chǎn)品得到廣泛采用，RFID產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。
2001—今。標準化體系逐步完善，RFID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(yīng)用行業(yè)擴大。
RFID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(yīng)高速移動物體的RFID正在成為現(xiàn)實。
射頻卡分類
1. 按供電方式分為有源卡和無源卡。有源是指卡內(nèi)有電池提供電源，其作用距離較遠，但壽命有限、體積較大、成本高，且不適合在惡劣環(huán)境下工作；無源卡內(nèi)無電池，它利用波束供電技術(shù)將接收到的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源為卡內(nèi)電路供電，其作用距離相對有源卡短，但壽命長且對工作環(huán)境要求不高。
2. 按載波頻率分為低頻射頻卡、中頻射頻卡和高頻射頻卡。低頻射頻卡主要有125kHz和134.2kHz兩種，中頻射頻卡頻率主要為13.56MHz，高頻射頻卡主要為433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低頻系統(tǒng)主要用于短距離、低成本的應(yīng)用中，如多數(shù)的門禁控制、校園卡、動物監(jiān)管、貨物跟蹤等。中頻系統(tǒng)用于門禁控制和需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)；高頻系統(tǒng)應(yīng)用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合，其天線波束方向較窄且價格較高，在火車監(jiān)控、高速公路收費等系統(tǒng)中應(yīng)用。
3. 按調(diào)制方式的不同可分為主動式和被動式。主動式射頻卡用自身的射頻能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器；被動式射頻卡使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)，它必須利用讀寫器的載波來調(diào)制自己的信號，該類技術(shù)適合用在門禁或交通應(yīng)用中，因為讀寫器可以確保只激活一定范圍之內(nèi)的射頻卡。在有障礙物的情況下，用調(diào)制散射方式，讀寫器的能量必須來去穿過障礙物兩次。而主動方式的射頻卡發(fā)射的信號僅穿過障礙物一次，因此主動方式工作的射頻卡主要用于有障礙物的應(yīng)用中，距離更遠(可達30米)。
4. 按作用距離可分為密耦合卡(作用距離小于1厘米)、近耦合卡(作用距離小于15厘米)、疏耦合卡(作用距離約1米)和遠距離卡(作用距離從1米到10米，甚至更遠)。
5. 按芯片分為只讀卡、讀寫卡和CPU卡。
技術(shù)應(yīng)用
1、產(chǎn)品性能：因大部分產(chǎn)品頻率覆蓋868MHz到915MHz，對系統(tǒng)中對應(yīng)的讀寫設(shè)備要求可以降低，對頻率偏差的敏感度降低。
2、產(chǎn)品符合：EPC CLASS 1 GEN 2 及 ISO18000-6C。
3、專業(yè)服務(wù)：針對性地利用世界先進的產(chǎn)品經(jīng)驗，具體化的對常用產(chǎn)品做專門的考慮。
4、適應(yīng)領(lǐng)域：物流和供應(yīng)管理、生產(chǎn)制造和裝配、航空行李處理、郵件、快運包裹處理、文檔追蹤、圖書館管理動物身份標識、運動計時、門禁控制、電子門票、道路自動收費。從大型遠距離UHF標簽到細小的UHF標簽。可以為客戶做定制化生產(chǎn)，滿足各種要求。
優(yōu)勢分析
和傳統(tǒng)條形碼識別技術(shù)相比，RFID有以下優(yōu)勢：
1.快速掃描
條形碼一次只能有一個條形碼受到掃描； RFID辨識器可同時辨識讀取數(shù)個 RFID標簽。
2.體積小型化、形狀多樣化
RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。此外， RFID標簽更可往小型化與多樣形態(tài)發(fā)展，以應(yīng)用于不同產(chǎn)品。
3.抗污染能力和耐久性
傳統(tǒng)條形碼的載體是紙張，因此容易受到污染，但 RFID對水、油和化學(xué)藥品等物質(zhì)具有很強抵抗性。此外，由于條形碼是附于塑料袋或外包裝紙箱上，所以特別容易受到折損； RFID卷標是將數(shù)據(jù)存在芯片中，因此可以免受污損。
4.可重復(fù)使用
現(xiàn)今的條形碼印刷上去之后就無法更改， RFID標簽則可以重復(fù)地新增、修改、刪除RFID卷標內(nèi)儲存的數(shù)據(jù)，方便信息的更新。
5.穿透性和無屏障閱讀
在被覆蓋的情況下， RFID能夠穿透紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)，并能夠進行穿透性通信。而條形碼掃描機必須在近距離而且沒有物體阻擋的情況下，才可以辨讀條形碼。
6.數(shù)據(jù)的記憶容量大
一維條形碼的容量是 50Bytes，二維條形碼最大的容量可儲存 2至 3000字符， RFID最大的容量則有數(shù) MegaBytes。隨著記憶載體的發(fā)展，數(shù)據(jù)容量也有不斷擴大的趨勢。未來物品所需攜帶的資料量會越來越大，對卷標所能擴充容量的需求也相應(yīng)增加。
7.安全性
由于 RFID承載的是電子式信息，其數(shù)據(jù)內(nèi)容可經(jīng)由密碼保護，使其內(nèi)容不易被偽造及變造。
近年來，RFID因其所具備的遠距離讀取、高儲存量等特性而備受矚目。它不僅可以幫助一個企業(yè)大幅提高貨物、信息管理的效率，還可以讓銷售企業(yè)和制造企業(yè)互聯(lián)，從而更加準確地接收反饋信息，控制需求信息，優(yōu)化整個供應(yīng)鏈。
產(chǎn)業(yè)鏈分析
在RFID系統(tǒng)中，會涉及到眾多的行業(yè)和部門，如右圖所示。圖中給出了比較典型的行業(yè)結(jié)構(gòu)。對于RFID電子標簽，里面的電路和天線設(shè)計是核心技術(shù)，也是利潤最大的產(chǎn)業(yè)。由于我國起步比較晚，因此在電子標簽方面比較薄弱，主要還是被國外所壟斷，例如TI和飛利浦等公司。但是我國經(jīng)過這些年的技術(shù)積累和攻關(guān)，已經(jīng)成功研發(fā)出了HF電子標簽，而且也占據(jù)的市場也越來越大。
電子標簽的封裝是制作電子標簽的一個必須環(huán)節(jié)，因為提供電子標簽的廠家，例如PHILIPS等公司，只是提供裸芯片，因此封裝電子標簽，并且根據(jù)不用的應(yīng)用場合，封裝成不同的形狀，就形成了一個規(guī)模較大的電子封裝行業(yè)。RFID讀寫器在RFID系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。因為讀寫器的好壞與優(yōu)劣，直接影響到了系統(tǒng)性能的好壞和優(yōu)劣。RFID讀寫器的設(shè)計與制造，是需要相關(guān)電子芯片和電路設(shè)計加工等行業(yè)支持的。例如基于飛利浦的MFRC500讀寫芯片設(shè)計的HF讀寫器。
隨著RFID應(yīng)用場合的不斷擴大與延伸，以及軟件技術(shù)的發(fā)展，RFID應(yīng)用系統(tǒng)也越來越多樣化，功能也越來越強大。通過軟硬件的技術(shù)支持，RFID應(yīng)用系統(tǒng)集成商可以根據(jù)用戶的要求以及不同的應(yīng)用場合，提出最適合的解決方案，從而合理地共享資源，協(xié)同合作，共同推動RFID產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
值得一提的是RFID中間件的發(fā)展，越來越引人注目。對于各RFID讀寫器生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，一般都彼此不兼容，各有各的一套技術(shù)規(guī)范，因此也限制了RFID的大規(guī)模應(yīng)用。
RFID中間件扮演RFID標簽和應(yīng)用程序之間的中介角色，可以獨立于各廠家的RFID讀寫器，RFID中間件又稱RFID管理軟件，它可以使RFID項目的開發(fā)速度加快，系統(tǒng)投入使用的時間縮短。中間件可以消除不同來源RFID標簽的差別，把它們的數(shù)據(jù)進行整合，對建立靈活的、配置可變的RFID系統(tǒng)十分有利。中間件也包括用于監(jiān)視和維護RFID系統(tǒng)的工具。RFID中間件的另一個重要功能是及早過濾無效的RFID數(shù)據(jù)。正確使用中間件架構(gòu)可以有效保護RFID網(wǎng)絡(luò)的投資。
RFID應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)深入到了很多的行業(yè)，隨著國家對RFID系統(tǒng)的重視，同時也為了保證RFID產(chǎn)業(yè)在我國能健康的發(fā)展，目前已在考慮建立RFID測試中心以及認證機構(gòu)。對于目前相關(guān)的行業(yè)標準，目前仍然以國際通用的標準執(zhí)行，例如ISO系列標準等。
右圖給出了RFID標準體系的基本結(jié)構(gòu)。隨著應(yīng)用的深入，以及我國自主技術(shù)不斷的發(fā)展，我國也會相繼推出適合我們自己國家的標準。
參考資料 >
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科學(xué)家采用“微型智能設(shè)備”轉(zhuǎn)化WiFi信號為小型電子設(shè)備無線充電.百家號.2024-03-16
基于MF RC500的RFID讀寫器方案.AET電子技術(shù)應(yīng)用.2024-03-16