【文章內(nèi)容簡介】 射頻識別技術(shù)的主要核心部件。通過相距幾米到幾百米距離內(nèi)閱讀器發(fā)射的無線電波，可以讀取識別標(biāo)簽內(nèi)儲存的信息，識別電子標(biāo)簽代表人、物品或者器具的身份。由于RFID標(biāo)簽的存儲容量是2的96次方以上，因此它可以彌補條形碼的存儲容量不足等種種限制，甚至可以為世界上的每一種物品配備一個獨一無二的電子識別標(biāo)簽。當(dāng)某個商品貼上一個電子識別標(biāo)簽后，從它在工廠的流水線上開始，到被擺上商場的貨架，再到消費者購買后結(jié)賬，甚至到標(biāo)簽最后被回收的整個生產(chǎn)、運輸和銷售過程都能夠被追蹤管理。射頻識別技術(shù)具有很多突出的優(yōu)點:不需要直接接觸、不需要人工干預(yù)、不需要光學(xué)可視即可完成信息輸入和處理，可在各種特殊環(huán)境下工作。射頻閱讀器可以同時識別多個標(biāo)簽甚至可識別高速運動物體，操作快捷方便，實現(xiàn)了無源和免接觸操作，應(yīng)用便利，無機械磨損，壽命長。在數(shù)據(jù)安全方面，除標(biāo)簽的密碼保護外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實現(xiàn)安全管理，識別標(biāo)簽和射頻閱讀器之間也可相互認(rèn)證，實現(xiàn)安全通信和存儲。另外，射頻識別技術(shù)總體成本一直處于下降之中，可以預(yù)計在未來的幾年之內(nèi)射頻識別技術(shù)將取代條形碼掃描技術(shù)以及IC卡識別技術(shù)。由于射頻識別技術(shù)的獨特優(yōu)勢，逐漸地被廣泛應(yīng)用于物流、交通、生產(chǎn)、運輸、防偽、醫(yī)療、設(shè)備跟蹤、設(shè)備和資產(chǎn)管理等需要采集、處理數(shù)據(jù)和行蹤管理等應(yīng)用領(lǐng)域。隨著迅速發(fā)展的大規(guī)模集成電路技術(shù)和不斷擴大的生產(chǎn)規(guī)模，射頻識別設(shè)備的成本將不斷降低，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V泛。射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展非常迅速，其產(chǎn)品種類繁多。在歐洲、北美、大洋洲、非洲南部及亞太地區(qū)，射頻識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于很多行業(yè)，如汽車、火車等交通監(jiān)控系統(tǒng)，高速公路自動收費系統(tǒng)，停車場管理系統(tǒng)，流水線生產(chǎn)自動化系統(tǒng)，物品追蹤識別管理，人員及行李安全出入境檢查，倉儲管理，車輛防盜，動物管理等。目前，射頻識別技術(shù)在中國主要應(yīng)用于校園、公共交通、地鐵、社會保障等方面，大部分城市己廣泛采用了射頻公交卡來代替自動投幣。其中，我國的第二代公民身份證是射頻識別技術(shù)應(yīng)用最大的一個項目?？傊?，在未來的發(fā)展中，射頻技術(shù)將廣泛結(jié)合其它高新技術(shù)1171，如GPS、生物識別技術(shù)等，由單一識別向多功能識別方向發(fā)展。同時，與現(xiàn)代通信及計算機技術(shù)相結(jié)合，可以實現(xiàn)跨行業(yè)、跨地區(qū)的應(yīng)用。盡管RFID技術(shù)在很多領(lǐng)域都具有良好的應(yīng)用前景，并且已經(jīng)逐漸在一些領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用，但是還是有許多因素在制約著RFID技術(shù)的快速發(fā)展。當(dāng)前，RFID系統(tǒng)在各項應(yīng)用中的研究熱點主要集中在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)簽成本、技術(shù)研究和應(yīng)用等幾方面。 RFID的物理原理要理解射頻識別(RF工D)系統(tǒng)的工作原理，弄清閱讀器與標(biāo)簽之間的能量和數(shù)據(jù)傳輸實質(zhì)，深入研究磁現(xiàn)象的物理本質(zhì)和波在遠(yuǎn)距離磁場中的傳播原理是非常必要的。電子標(biāo)簽和閱讀器通過各自的天線構(gòu)建起二者之間非接觸的信息傳輸通道，這種空間傳輸通道的性能完全由天線的周圍場區(qū)特性所決定。根據(jù)觀測點到天線距離的不同，天線周圍的場呈現(xiàn)出的性質(zhì)也不同。通?？梢愿鶕?jù)觀測點到天線的距離將天線周圍的場劃分為三個區(qū)域。一無功近場區(qū)無功近場區(qū)又稱為電抗近場區(qū)，它是天線輻射場中緊鄰天線口徑的一個近場區(qū)域。在該區(qū)域中電抗性儲能場占支配地位，通常，該區(qū)域的界限取為距天線口徑表面兄/2處。從物理概念上講，無功近場區(qū)是一個儲能場，其中的電場與磁場的轉(zhuǎn)換類似于變壓器中的電場、磁場的交換。如果在其附近還有其他金屬物體，這些物體會以類似電容、電感藕合的方式影響儲能場，因而也可以將這些金屬物看作組合天線(原天線與這些金屬物組成的新的天線)的一部分。在該區(qū)域中束縛于天線的電磁場未曾做功(只是進行相互轉(zhuǎn)換)，因而將該區(qū)域稱為無功近場區(qū)。輻射場區(qū)的電磁場已經(jīng)脫離了天線的束縛，并作為電磁場進入空間。在輻射近場區(qū)中，輻射場占優(yōu)勢，并且輻射場的角度分布與距天線口徑的距離有關(guān)，天線各單元對觀察點輻射場的貢獻，其相對相位和相對幅度是與天線距離的函數(shù)。對于通常的天線，此區(qū)域也稱為菲涅爾區(qū)。輻射遠(yuǎn)場區(qū)即人們常說的遠(yuǎn)場區(qū)，又稱為夫朗荷費區(qū)。在該區(qū)域中，輻射場的角度分布與距離無關(guān)。嚴(yán)格地講，只有離天線無窮遠(yuǎn)處才達到天線的遠(yuǎn)場區(qū)，但在某個距離上，輻射場的角度分布與無窮遠(yuǎn)時的角度分布誤差在允許的范圍以內(nèi)時，即把該點至無窮遠(yuǎn)的區(qū)域稱為天線遠(yuǎn)場區(qū)。射頻識別系統(tǒng)中的標(biāo)簽與閱讀器之間的作用距離是射頻識別系統(tǒng)的一個重要指標(biāo)。通常情況下，這種作用距離定義為標(biāo)簽與閱讀器之間能夠可靠交換數(shù)據(jù)的距離。根據(jù)射頻識別系統(tǒng)作用距離，標(biāo)簽天線與閱讀器天線之間的藕合可以分為三類:密藕合系統(tǒng)、遙禍合系統(tǒng)和遠(yuǎn)距離系統(tǒng)。:密禍合系統(tǒng)的典型作用距離范圍從0c曠ICm。在實際應(yīng)用中，通常需要將標(biāo)簽插入到閱讀器中或者將其放置到閱讀器天線的表面。密禍合系統(tǒng)利用的是射頻標(biāo)簽與閱讀器天線的無功近場區(qū)之間的電感藕合(閉合磁路)構(gòu)成的無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作的。密藕合系統(tǒng)的工作頻率一般局限在30MHz以下。由于密禍合系統(tǒng)方式的電磁泄漏很小，禍合獲得的能量較大，因而適合要求安全性較高，但不要求作用距離的應(yīng)用系統(tǒng)，例如電子門鎖。:遙禍合系統(tǒng)的典型作用距離可以達到lm。遙禍合系統(tǒng)又可細(xì)分為近藕合系統(tǒng)(典型作用距離為15cln)與疏禍合系統(tǒng)(典型作用距離為lm)兩類。和密藕合系統(tǒng)一樣，遙禍合系統(tǒng)利用的也是射頻標(biāo)簽與閱讀器天線的無功近場區(qū)之間的電感禍合(閉合磁路)構(gòu)成的無接觸的空間信息傳輸射頻通道，但相對于密藕合系統(tǒng)來說，遙藕合系統(tǒng)由于識別距離的增大，導(dǎo)致電磁泄漏量增大，禍合獲得的能量就比較小。，也有一些其它頻率，如 。:遠(yuǎn)距離系統(tǒng)的典型作用距離為11Om，個別系統(tǒng)具有更遠(yuǎn)的作用距離。所有的遠(yuǎn)距離系統(tǒng)均是利用標(biāo)簽與閱讀器天線輻射遠(yuǎn)場區(qū)之間的電磁藕合(電磁波的發(fā)射與反射)所構(gòu)成的無接觸空間信息傳輸通道工作的。 RFID系統(tǒng)的組成一般的RFID系統(tǒng)由以下幾個主要部分組成。如圖32所示圖32 RFID系統(tǒng)的組成射頻識別系統(tǒng)是由射頻卡和閱讀器兩部分組成。閱讀器一般由天線、通信模塊、控制模塊和接口電路組成。射頻卡由天線、功能模塊和存儲器等組成。不同的射頻卡能量來源不同，有源標(biāo)簽自帶有電源模塊，而無源標(biāo)簽則靠閱讀器天線發(fā)射的能量信號獲得能量驅(qū)動后端電路工作。在RFID的實際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在被識別的物體上(表面或內(nèi)部)，當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的被識別物品通過其可識讀范圍時，閱讀器自動以無接觸的方式將電子標(biāo)簽中的預(yù)定識別信息取出來，從而實現(xiàn)自動識別物品或自動收集物品信息的功能。在射頻識別系統(tǒng)中，除了具有兩個基本的構(gòu)成部分外，為了能更好地完成無線射頻識別技術(shù)的識讀功能，還需要用到中間件、外部計算機(上位機主系統(tǒng))等附屬設(shè)備。3．4 閱讀器閱讀器是RFID系統(tǒng)的主要部分之一。我們通過計算機應(yīng)用軟件來對射頻標(biāo)簽寫入或讀取其所攜帶的數(shù)據(jù)信息。由于標(biāo)簽的非接觸性質(zhì)，因此，我們必須借助于位于應(yīng)用系統(tǒng)與標(biāo)簽之間的閱讀器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫功能。一般閱讀器主要有以下功能，標(biāo)簽與閱讀器之間可以進行通信。，具有防沖突能力。，能夠標(biāo)識電池相關(guān)信息，如電量等。閱讀器的基本構(gòu)成分為兩個部分硬件部分和軟件部分。一 軟件部分這些軟件都是生產(chǎn)廠家在出廠時固化在模塊中的軟件，負(fù)責(zé)對閱讀器接收到的指令進行響應(yīng)和對標(biāo)簽發(fā)出相應(yīng)的動作指令。主要包括以下軟件，控制天線發(fā)射的開、關(guān)，控制閱讀器的工作模式，完成與主機之間的數(shù)據(jù)傳輸和命令交換等功能。，然后執(zhí)行導(dǎo)入的程序。，進而控制發(fā)送的信息，或者將接收到的模擬信號解碼成數(shù)字信號，進行數(shù)據(jù)解碼、防碰撞等。RFID系統(tǒng)的閱讀器均可以簡化為兩個基本的功能塊控制系統(tǒng)和由發(fā)送器及接收器組成的高頻接口。閱讀器的高頻接口主要完成如下任務(wù)產(chǎn)生高頻的發(fā)射功率，以啟動標(biāo)簽并為其提供能量。對發(fā)射信號進行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給標(biāo)簽。接收并調(diào)制來自標(biāo)簽的高頻信號。閱讀器的控制單元擔(dān)負(fù)如下任務(wù)與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的命令。控制與標(biāo)簽的通信過程。信號的編碼與解碼。對于復(fù)雜系統(tǒng)，控制單元還可能具有以下功能執(zhí)行防沖突算法。對標(biāo)簽與閱讀器之間要傳送的數(shù)據(jù)進行加密和解密。進行標(biāo)簽與閱讀器之間的身份驗證等。 電子標(biāo)簽無線電子標(biāo)簽技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。電子標(biāo)簽是由IC芯片和無線通信天線組成的小標(biāo)簽。標(biāo)簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實際應(yīng)用中，無線標(biāo)簽附著在待識別物體的表面。射頻標(biāo)簽根據(jù)商家種類的不同能儲存從512字節(jié)到4兆不等的數(shù)據(jù)。標(biāo)簽中儲存的數(shù)據(jù)是由系統(tǒng)應(yīng)用和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)決定的。例如，標(biāo)簽?zāi)軌蛱峁┊a(chǎn)品生產(chǎn)，運輸，存儲情況，也可以辨別機器，動物和個體身份。類似于條形碼中存儲的信息，標(biāo)簽還可以連接到數(shù)據(jù)庫，存儲產(chǎn)品庫存編號，當(dāng)前位置，狀態(tài)，售價，批號的信息。相應(yīng)的，射頻標(biāo)簽在讀取數(shù)據(jù)時不用參照數(shù)據(jù)庫可以直接確定代碼的含義。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國際上制定RFID標(biāo)準(zhǔn)的組織比較著名的有三個ISO， EPcglobal以及日本的 UbiquitousIDCenter，這三個組織對RFID技術(shù)應(yīng)用規(guī)范都有各自的目標(biāo)與發(fā)展規(guī)劃。也有人說是EPC和UID兩大系列。這些標(biāo)準(zhǔn)各自具有不同的特點。目前，EPC標(biāo)準(zhǔn)在案例方面和企業(yè)支持力度方面具有一定的領(lǐng)先優(yōu)勢，已經(jīng)成功地實現(xiàn)了從GENI到GENZ的演進，許多符合GENZ的產(chǎn)品已經(jīng)面世。ISO標(biāo)準(zhǔn)則秉持標(biāo)準(zhǔn)的基本理念，少了一些商業(yè)利益，更側(cè)重標(biāo)準(zhǔn)的中立性，因此對于加速RFID產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說，似乎更具有彈性和發(fā)展前景。目前常用的RFID國際標(biāo)準(zhǔn)主要有 ISO/IEC18000標(biāo)準(zhǔn)，ISO18000只規(guī)定了空氣接口協(xié)議，對數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無限制，因此可用于EPC。標(biāo)簽成本標(biāo)簽價格一直是制約RFID推廣應(yīng)用的一個瓶頸。與廉價的條形碼相比，RFID標(biāo)簽昂貴的價格，讓眾多廠商望而卻步。因此，制造低成本的標(biāo)簽，是解決問題的關(guān)鍵所在，許多大公司投入大量人力物力，進行低成本標(biāo)簽的研究。由于集成電路的飛速發(fā)展，工藝水平地不斷提高，制造低成本標(biāo)簽己經(jīng)指日可待。目前一般電子標(biāo)簽的價格約為50美分，隨著應(yīng)用市場的進一步擴大，價格將逐步降為25美分甚至5美分。Smartcode公司宣布他們擁有一項專利的生產(chǎn)過程可以降低射頻標(biāo)簽的生產(chǎn)成本。該公司宣稱，這一過程可以生產(chǎn)出成本在510美分的標(biāo)簽，此時生產(chǎn)規(guī)模必須達到至少10億個標(biāo)簽。這一標(biāo)簽會支持電子產(chǎn)品碼標(biāo)準(zhǔn)。迄今為止，該射頻標(biāo)簽是成本最低的硅芯片標(biāo)簽。具體見圖33所示。圖 33 Smartcode公司推出的世界最小的標(biāo)簽芯片電子標(biāo)簽內(nèi)加裝電池稱為有源卡，不加裝電池稱為無源卡。有源卡通過電池來提供電源，無源卡是通過無線頻射來獲得工作電源的電子標(biāo)簽，它將接收到的無線射頻能量轉(zhuǎn)換成為標(biāo)簽工作電流。如何實現(xiàn)對移動中人員的有效管理是各個煤礦迫切需要解決的問題，目前國內(nèi)用于煤礦井下人員定位的產(chǎn)品只有少數(shù)取得了煤安合格證，主要采用的技術(shù)有：遠(yuǎn)距離無源卡、半有源卡和基于 433M ISM 波段的無線通訊有源卡。這些產(chǎn)品都有其固有缺陷而難以在煤礦普及使用，其缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個方面：遠(yuǎn)距離無源卡、半有源卡的缺點：需要大功率輻射的讀卡設(shè)備，不可能達到煤安要求，且高場強的讀取電波輻射也是難以滿足煤安要求的，且可能對人體造成傷害；其次無源卡對人體感應(yīng)、卡與讀取天線的相對方向、金屬物接近等十分敏感，造成讀卡不可靠，不可能做到盲讀，所以沒有真正在井下成功應(yīng)用的案例?；?33MISM 波段的無線通訊有源卡的主要缺點有：無線通訊數(shù)據(jù)率很低（）,從而引起讀卡速度慢，實際同時讀卡數(shù)量少（4 卡），讀卡模塊和卡的功耗很高。通常將卡集成在礦燈里，這對礦燈的使用是有疑問的，由于讀卡能力太弱，不能實現(xiàn)可靠的盲讀，市場反應(yīng)并不太好，只有少數(shù)的礦在試用。因此，考慮利用有源RFID 電子標(biāo)簽有以下優(yōu)點，來有效解決有源射頻識別中的幾個主要難題：盲讀、超低功耗和多卡沖突。1）有效工作距離長：有效增加識別距離，在一次通過閱讀器的視場時實現(xiàn)多次閱讀，保證盲讀的可靠性。2）防沖突：先進的防碰撞算法技術(shù)，在 5800 個標(biāo)識。3）高速度：每次讀卡僅需 120uS, 每 秒掃描全部視場內(nèi)的卡，在 50米的讀卡距離內(nèi)可以有效閱讀 50km/小時移動目標(biāo) 3 次以上。4）可定義的方向性：可實現(xiàn)有方向性和無方向性的識別。5）超低功耗：更健康、更安全和更長的電池壽命。6）高抗干擾性: 采用擴頻技術(shù)，對現(xiàn)場各種干擾源無特殊要求。在進行上述的調(diào)研和分析后，本系統(tǒng)使用的是對數(shù)據(jù)通信范圍較廣的有源電子標(biāo)簽。工作頻率的選擇既要適應(yīng)各種不同應(yīng)用的需求，還需要考慮各國對無線電頻段使用和發(fā)射功率的規(guī)定。當(dāng)前RFID工作頻率跨越多個頻段，不同頻段具有各自優(yōu)缺點，它既影響標(biāo)簽的性能和尺寸，還影響標(biāo)簽與閱讀器的價格。RFID系統(tǒng)工作頻率可分為低頻 (125KHZ)、高頻()、超高頻(868一954MHz)以及微波()4種頻率。低頻電子標(biāo)簽主要有 。 低頻頻段能量相對較低，數(shù)據(jù)傳輸率較小，無線覆蓋范圍受限，但是，低頻段標(biāo)簽的成本相對較低，信號穿透力強。主要應(yīng)用于距離較短和成本較低的系統(tǒng)中，比如門禁控制、校園卡、貨物跟蹤等。，用于門禁控制以及需要傳輸大量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中。高頻頻段能量相對較高，數(shù)據(jù)傳輸率大，且通訊質(zhì)量較好，適于長距離應(yīng)用。其缺點是容易被障礙物阻擋，易受反射和人體擾動等因素影響，不易實現(xiàn)無線作用范圍的全區(qū)覆蓋。主要應(yīng)用于需要較長的讀寫距離以及高讀寫速度的系統(tǒng)。因此，我們應(yīng)該根據(jù)實際應(yīng)用的場合，合理地選擇標(biāo)簽工作頻率，以達到最佳工作效率。具體參數(shù)見如下表31所示。表31 RFID技術(shù)主要參數(shù)參數(shù)低頻率高頻率UHF微波頻率125134KHzMHzMHzPJMMHz ()868915MHzGHz讀取距離米達4米（）達15米（）速度不快小于5秒（5kb為5秒）中（）非?？欤?米/秒）快非?？熳?()相位抖動。()在美國。()帶電池的有源收發(fā)器井下無線頻帶資源豐富，沒有頻帶利用的限制，Tag和Reader的可供選擇的資源豐富。但是礦井巷道內(nèi)情況