解析無線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)

　　導(dǎo)讀--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100億美金的商機(jī)。



　　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、RFID的工作原理及組成



　　1、工作原理



　　RFID的工作原理是：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號(hào)，就能憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(即Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽)，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(即Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽)，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。



　　RFID技術(shù)由Auto-ID中心開發(fā)，其應(yīng)用形式為標(biāo)記(tag)、卡和標(biāo)簽(label)設(shè)備。 標(biāo)記設(shè)備由RFID芯片和天線組成，標(biāo)記類型分為三種：自動(dòng)式，半被動(dòng)式和被動(dòng)式。現(xiàn)在市場上開發(fā)的基本上是被動(dòng)式RFID標(biāo)記，因?yàn)檫@類設(shè)備造價(jià)較低，且易于配置。 被動(dòng)標(biāo)記設(shè)備運(yùn)用無線電波進(jìn)行操作和通信，信號(hào)必須在識(shí)別器允許的范圍內(nèi)，通常是10英尺(約3米)。這類標(biāo)記適合于短距離信息識(shí)別，如一次性剃須刀或可移動(dòng)刀片包裝盒這類小商品。 RFID芯片可以是只讀的，也可是讀/寫方式，依據(jù)應(yīng)用需求決定。被動(dòng)式標(biāo)記設(shè)備采用E2PROM(電擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器)，便于運(yùn)用特定電子處理設(shè)備往上面寫數(shù)據(jù)。一般標(biāo)記設(shè)備在出廠時(shí)都設(shè)定為只讀方式。Auto-ID規(guī)范中還包含有死鎖命令，以在適當(dāng)情形下阻止跟蹤進(jìn)程。




　　Auto-ID中心開發(fā)的電子產(chǎn)品代碼(EPC)規(guī)范能識(shí)別目標(biāo)，以及所有與目標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)。EPC系統(tǒng)運(yùn)用正確的數(shù)據(jù)庫鏈接到EPC碼，廠商和零售商能依據(jù)權(quán)限進(jìn)行查詢、管理和變更操作。 一旦標(biāo)記貼到產(chǎn)品或設(shè)備上，RFID識(shí)別器便能讀取存儲(chǔ)于標(biāo)記中的數(shù)據(jù)。Auto-ID計(jì)劃將EPC系統(tǒng)發(fā)展成為全球標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)主要包括：識(shí)別目標(biāo)的特定代碼(EPC)；定義數(shù)據(jù)的所有者(EPC管理器)；定義代碼及標(biāo)記的其余信息；定義貨物參數(shù)，如庫存單元號(hào)；將EPC代碼轉(zhuǎn)換為Internet地址(目標(biāo)命名服務(wù)ONS)；對(duì)目標(biāo)進(jìn)行描述(物理置標(biāo)語言PML)；聚集和處理RFID數(shù)據(jù)(專家軟件)；分配給每類目標(biāo)的特定號(hào)碼(串行號(hào))；用于互操作性的規(guī)范最小集(標(biāo)記及識(shí)別規(guī)范)，采用RFID技術(shù)最大的好處是可以對(duì)企業(yè)的供應(yīng)鏈進(jìn)行透明管理，有效地降低成本。




　　2、RFID系統(tǒng)的組成



　　射頻識(shí)別系統(tǒng)至少應(yīng)包括以下兩個(gè)部分，一是讀寫器，二是電子標(biāo)簽(或稱射頻卡、應(yīng)答器等，本文統(tǒng)稱為電子標(biāo)簽)。另外還應(yīng)包括天線，主機(jī)等。RFID系統(tǒng)在具體的應(yīng)用過程中，根據(jù)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境，系統(tǒng)的組成會(huì)有所不同，但從RFID系統(tǒng)的工作原理來看，系統(tǒng)一般都由信號(hào)發(fā)射機(jī)、信號(hào)接收機(jī)、發(fā)射接收天線幾部分組成。下面分別加以說明：




　　① 信號(hào)發(fā)射機(jī)



　　在RFID 系統(tǒng)中，信號(hào)發(fā)射機(jī)為了不同的應(yīng)用目的，會(huì)以不同的形式存在，典型的形式是標(biāo)簽(TAG)。標(biāo)簽相當(dāng)于條碼技術(shù)中的條碼符號(hào)，用來存儲(chǔ)需要識(shí)別傳輸?shù)男畔�，另外，與條碼不同的是，標(biāo)簽必須能夠自動(dòng)或在外力的作用下，把存儲(chǔ)的信息主動(dòng)發(fā)射出去。




　�、� 信號(hào)接收機(jī)



　　在RFID系統(tǒng)中，信號(hào)接收機(jī)一般叫做閱讀器。根據(jù)支持的標(biāo)簽類型不同與完成的功能不同，閱讀器的復(fù)雜程度是顯著不同的。閱讀器基本的功能就是提供與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩�。另外，閱讀器還提供相當(dāng)復(fù)雜的信號(hào)狀態(tài)控制、奇偶錯(cuò)誤校驗(yàn)與更正功能等。標(biāo)簽中除了存儲(chǔ)需要傳輸?shù)男畔⑼猓�還必須含有一定的附加信息，如錯(cuò)誤校驗(yàn)信息等。識(shí)別數(shù)據(jù)信息和附加信息按照一定的結(jié)構(gòu)編制在一起，并按照特定的順序向外發(fā)送。閱讀器通過接收到的附加信息來控制數(shù)據(jù)流的發(fā)送。一旦到達(dá)閱讀器的信息被正確的接收和譯解后，閱讀器通過特定的算法決定是否需要發(fā)射機(jī)對(duì)發(fā)送的信號(hào)重發(fā)一次，或者知道發(fā)射器停止發(fā)信號(hào)，這就是"命令響應(yīng)協(xié)議"。使用這種協(xié)議，即便在很短的時(shí)間、很小的空間閱讀多個(gè)標(biāo)簽，也可以有效地防止"欺騙問題"的產(chǎn)生。




　　③ 編程器



　　只有可讀可寫標(biāo)簽系統(tǒng)才需要編程器。編程器是向標(biāo)簽寫入數(shù)據(jù)的裝置。編程器寫入數(shù)據(jù)一般來說是離線(OFF-LINE)完成的，也就是預(yù)先在標(biāo)簽中寫入數(shù)據(jù)，等到開始應(yīng)用時(shí)直接把標(biāo)簽黏附在被標(biāo)識(shí)項(xiàng)目上。也有一些RFID應(yīng)用系統(tǒng)，寫數(shù)據(jù)是在線(ON-LINE)完成的，尤其是在生產(chǎn)環(huán)境中作為交互式便攜數(shù)據(jù)文件來處理時(shí)。




　�、� 天線



　　天線是標(biāo)簽與閱讀器之間傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射、接收裝置。在實(shí)際應(yīng)用中，除了系統(tǒng)功率，天線的形狀和相對(duì)位置也會(huì)影響數(shù)據(jù)的發(fā)射和接收，需要專業(yè)人員對(duì)系統(tǒng)的天線進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝。



　　四、RFID系統(tǒng)的分類



　　根據(jù)RFID系統(tǒng)完成的功能不同，可以粗略地把RFID系統(tǒng)分成四種類型：EAS系統(tǒng)、便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、定位系統(tǒng)。



　　1、EAS技術(shù)



　　ELECTRONIC ARTICLE SURVEILLANCE(EAS)是一種設(shè)置在需要控制物品出入的門口的RFID技術(shù)。這種技術(shù)的典型應(yīng)用場合是商店、圖書館、數(shù)據(jù)中心等地方，當(dāng)未被授權(quán)的人從這些地方非法取走物品時(shí)，EAS系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警告。在應(yīng)用EAS技術(shù)時(shí)，首先在物品上粘付EAS標(biāo)簽，當(dāng)物品被正常購買或者合法移出時(shí)，在結(jié)算處通過一定的裝置使EAS標(biāo)簽失活，物品就可以取走。物品經(jīng)過裝有EAS系統(tǒng)的門口時(shí)，EAS裝置能自動(dòng)檢測標(biāo)簽的活動(dòng)性，發(fā)現(xiàn)活動(dòng)性標(biāo)簽EAS系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警告。EAS技術(shù)的應(yīng)用可以有效防止物品的被盜，不管是大件的商品，還是很小的物品。應(yīng)用EAS技術(shù)，物品不用再鎖在玻璃櫥柜里，可以讓顧客自由地觀看、檢查商品，這在自選日益流行的今天有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。典型的EAS系統(tǒng)一般由三部分組成，1)附著在商品上的電子標(biāo)簽，電子傳感器；2)電子標(biāo)簽滅活裝置，以便授權(quán)商品能正常出入；3)監(jiān)視器，在出口造成一定區(qū)域的監(jiān)視空間。



　　EAS系統(tǒng)的工作原理是：在監(jiān)視區(qū)，發(fā)射器以一定的頻率向接收器發(fā)射信號(hào)。發(fā)射器與接受器一般安裝在零售店、圖書館的出入口，形成一定的監(jiān)視空間。當(dāng)具有特殊特征的標(biāo)簽進(jìn)入該區(qū)域時(shí)，會(huì)對(duì)發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)產(chǎn)生干擾，這種干擾信號(hào)也會(huì)被接收器接收，再經(jīng)過微處理器的分析判斷，就會(huì)控制警報(bào)器的鳴響。根據(jù)發(fā)射器所發(fā)出的信號(hào)不同以及標(biāo)簽對(duì)信號(hào)干擾原理不同，EAS可以分成許多種類型。關(guān)于EAS技術(shù)最新的研究方向是標(biāo)簽的制作，人們正在討論EAS標(biāo)簽?zāi)懿荒芟髼l碼一樣，在產(chǎn)品的制作或包裝過程中加進(jìn)產(chǎn)品，成為產(chǎn)品的一部分。



　　2、便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)



　　便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是使用帶有RFID閱讀器的手持式數(shù)據(jù)采集器采集RFID標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)。這種系統(tǒng)具有比較大的靈活性，適用于不宜安裝固定式RFID系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境。手持式閱讀器(數(shù)據(jù)輸入終端)可以在讀取數(shù)據(jù)的同時(shí)，通過無線電波數(shù)據(jù)傳輸方式(RFDC)實(shí)時(shí)地向主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，也可以暫時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在閱讀器中，在一批一批地向主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。



　　3、物流控制系統(tǒng)



　　在物流控制系統(tǒng)中，固定布置的RFID閱讀器分散布置在給定的區(qū)域，并且閱讀器直接與數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)相連，信號(hào)發(fā)射機(jī)是移動(dòng)的，一般安裝在移動(dòng)的物體、人上面。當(dāng)物體、人流經(jīng)閱讀器時(shí)，閱讀器會(huì)自動(dòng)掃描標(biāo)簽上的信息并把數(shù)據(jù)信息輸入數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)存儲(chǔ)、分析、處理，達(dá)到控制物流的目的。



　　4、定位系統(tǒng)



　　定位系統(tǒng)用于自動(dòng)化加工系統(tǒng)中的定位以及對(duì)車輛、輪船等進(jìn)行運(yùn)行定位支持。閱讀器放置在移動(dòng)的車輛、輪船上或者自動(dòng)化流水線中移動(dòng)的物料、半成品、成品上，信號(hào)發(fā)射機(jī)嵌入到操作環(huán)境的地表下面。信號(hào)發(fā)射機(jī)上存儲(chǔ)有位置識(shí)別信息，閱讀器一般通過無線的方式或者有線的方式連接到主信息管理系統(tǒng)。



　　總之，一套完整的RFID系統(tǒng)解決方案包括標(biāo)簽設(shè)計(jì)及制作工藝、天線設(shè)計(jì)、系統(tǒng)中間件研發(fā)、系統(tǒng)可靠性研究、讀卡器設(shè)計(jì)和示范應(yīng)用演示六部分�？梢詮V泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸控制管理和身份認(rèn)證等多個(gè)領(lǐng)域，而在倉儲(chǔ)物流管理、生產(chǎn)過程制造管理、智能交通、網(wǎng)絡(luò)家電控制等方面更是引起了眾多廠商的關(guān)注。






摘自　天極網(wǎng)