【正文】 返回 第 33 頁(yè) 共 114 頁(yè) SAW 射頻識(shí)別無(wú)源電子標(biāo)簽技術(shù)及應(yīng)用 射頻識(shí)別系統(tǒng) 射頻識(shí)別 (RFID)技術(shù)是一種無(wú)接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理 是利用射頻信號(hào)及其空間耦合、傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜止的或移動(dòng)中 的待識(shí)別物品 的自動(dòng)機(jī)器識(shí)別。電子 標(biāo)簽與閱讀器之間通過(guò)耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間 (無(wú)接觸 )耦合， 在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。 (2)電磁反向散射耦合：雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰 到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī) 律。 典型的工作頻率有： 125kHz、 225kHz 和 。電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。識(shí)別作用 距離大于 1m，典型作用距離為 3m～ l0m。一般情況下，電 第 34 頁(yè) 共 114 頁(yè) 子標(biāo)簽由 標(biāo)簽天線和標(biāo)簽專用芯片組成。 閱讀器又稱為讀出裝置，閱讀器可以是讀 /寫(xiě)或只讀裝置，用于 當(dāng)附著有電子標(biāo)簽的待識(shí)別物品通過(guò)其讀出范圍內(nèi)時(shí)，自動(dòng)以無(wú)接觸 的方式將電子標(biāo)簽中的約定識(shí)別信息取出，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別物品或 自動(dòng)收集物品標(biāo)識(shí)信息的功能。 SAW 器件是在壓電基片上采用微電子工藝技術(shù)制作叉指形電聲換能器和反射器耦合器等，利用基片材料的壓電效應(yīng)，通過(guò)輸入叉指換能器 (IDT)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲 信號(hào)，并局限在基片表面?zhèn)鞑?，輸?IDT 將聲信號(hào)恢復(fù)成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電 聲 電的變換過(guò)程，完成電信號(hào)處理過(guò)程，獲得各種用途的電子器件。隨著加工工藝的飛速發(fā)展，SAW 器件的工作頻率已覆蓋 10MHz～ ，是現(xiàn)代信息化產(chǎn)業(yè)不可或缺的關(guān)鍵元器件。 SAW 標(biāo)簽是由叉指換能器和若干反射器組成，換能器的兩條總線與電子標(biāo)簽的天線相連接。反射器組對(duì)入射表面波部分反射，并返回到叉指換能器，叉指換能器 又將反射聲脈沖串轉(zhuǎn)變成高頻電脈沖串。通過(guò)解調(diào)與處理，達(dá)到自動(dòng)識(shí)別的目的。 SAW 無(wú)源電子標(biāo)簽應(yīng)用 利用聲表面波技術(shù)的電子標(biāo)簽始于上世紀(jì) 80 年代末，近年來(lái)聲表面波標(biāo)簽的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。 由于 SAW 器件本身工作在射頻波段，無(wú)源且抗電磁干擾能力強(qiáng)， 因此 SAW 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電子標(biāo)簽具有一定獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是對(duì)集成電路技術(shù)的補(bǔ)充。 電子標(biāo)簽技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括物流管理、路橋收費(fèi)、公 共交通、門(mén)禁控制、防偽、農(nóng)場(chǎng)的健康與安全監(jiān)控識(shí)別、超市防盜和 收費(fèi)、航空行李分揀、郵包跟蹤、工廠裝配流水線控制和跟蹤、設(shè)備 和資產(chǎn)管理、體育競(jìng)賽等。 德國(guó)的 Baumer Ident GmbH 公司生產(chǎn)的 OISW 聲表面 波標(biāo)簽、 Siemens 公司的 SOFIS 聲表面波系統(tǒng)已成功用于挪威奧 斯陸汽車(chē)過(guò)橋自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)以及德國(guó)慕尼黑火車(chē)進(jìn)站定位系統(tǒng)。 SAW 研發(fā)情況 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所 (下簡(jiǎn)稱五十五所 )是國(guó) 家重點(diǎn)軍工研究所，已有數(shù)十年的高頻微波器件部件的成熟經(jīng)驗(yàn)。 ND 系列高頻聲表面波器件批量生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)范與國(guó)外同類產(chǎn)品的相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行態(tài)勢(shì)良好，年增長(zhǎng)率大于 30%。因此我們從 2020 年初開(kāi)始了本項(xiàng)目有關(guān)產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)和樣品樣機(jī)的試制，現(xiàn)已試制開(kāi) 發(fā)了數(shù)種應(yīng)用器件樣品和樣機(jī)，達(dá)到預(yù)期效果。 SAW RFID 的突破 SAW（表面聲波） RFID 已出現(xiàn)了一段時(shí)間，應(yīng)用在移動(dòng)電話、尋呼機(jī)中的數(shù)以億計(jì)的非 RFID SAW 方案具有可靠性高，成本低的特點(diǎn)， SAW RFID 技術(shù)也從這些優(yōu)點(diǎn)中受益良多。并且在加利福尼亞它們被貼到汽車(chē)擋風(fēng)玻璃上的硅芯片 RFID 標(biāo)簽代替了。實(shí)第 38 頁(yè) 共 114 頁(yè) 際上直到今天，沒(méi)人知道如何制造主動(dòng)式的或可讀寫(xiě)的 SAW RFID標(biāo)簽，盡管 Dallas 公司的 RFSAW 已作了一些很好的工作來(lái)顯示它不需額外的傳感器就可感應(yīng)張力或溫度的變化。今天，溫度檢測(cè) RFID 標(biāo)簽在家畜和食品方面都有應(yīng)用案例，但是數(shù)量非常少。 RFSAW 已向許多行業(yè)銷售了 SAW RFID 設(shè)備，另外在創(chuàng)建一個(gè)包括這種設(shè)備的 ISO 18000 的子標(biāo)準(zhǔn)方面，它也是主要的推動(dòng)者。 ◆ 克服了讀取信號(hào)可能被液體和金屬阻斷的情況。 在許多應(yīng)用場(chǎng)合中， SAW 的讀取距離是足夠大的，因此被動(dòng)式標(biāo)簽可以代替用電池驅(qū)動(dòng)的高成本主動(dòng)式標(biāo)簽。另外， SAW 標(biāo)簽可第 39 頁(yè) 共 114 頁(yè) 以經(jīng)受一些與安全相關(guān)的過(guò)程，如一些食品或醫(yī)藥的生產(chǎn)過(guò)程會(huì)升高操作溫度、通過(guò)高能量的 X 射線或用伽馬射線滅菌等。另外，通過(guò)加入關(guān)鍵信號(hào)處理功能（如多標(biāo)簽讀取功能），整個(gè)系統(tǒng)的成本被進(jìn)一步優(yōu)化了。與 UHF 不同的是，目前它在全世界都可以合法的操作，不需要等待歐洲、中國(guó)和其他國(guó)家的無(wú)線管制規(guī)定的審查。 其他開(kāi)發(fā) SAW RFID 的公司 澳大利亞的 Carinthian Tech Research (CTR)公司最近開(kāi)發(fā)了一種新型被動(dòng)式 RFID 標(biāo)簽。 返回 第 40 頁(yè) 共 114 頁(yè) 成本高標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一 電子標(biāo)簽中國(guó)推行遇困 南方網(wǎng)訊 當(dāng)沃爾瑪提著籃子來(lái)中國(guó)上億元上億元地采購(gòu)時(shí)，中國(guó)的供應(yīng)商們?cè)趺匆膊粫?huì)想到，有一天要在商品上加貼一個(gè)叫“電子標(biāo)簽”的東西?！? 電話那頭，廈門(mén)“進(jìn)雄”企業(yè)有限公司鄭總對(duì) RFID 毫不陌生。鄭提及的通知是指，沃爾瑪要求其前 100 位供應(yīng)商在 2020 年 1 月底之前必須在每個(gè)貨箱托盤(pán)上加貼電子標(biāo)簽。 廈門(mén)“進(jìn)雄”是美資公司 ，主要生產(chǎn)戶外用品，早年已進(jìn)入沃爾瑪供應(yīng) 體系。不過(guò)，鄭表示，沃爾瑪肯定會(huì)要求所有供貨商朝著這個(gè)方向發(fā)展，所以他們也在做著各種準(zhǔn)備。只要消費(fèi)者從貨架上拿起一件商品，電腦系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將商品資料報(bào)告整個(gè)供應(yīng)鏈系統(tǒng)，客戶結(jié)賬時(shí)只需要將購(gòu)物車(chē)通過(guò)讀取機(jī)，就能一次結(jié)清購(gòu)物車(chē)內(nèi)的所有物品的價(jià)格，而后端倉(cāng)庫(kù)也能立即了解需要補(bǔ)貨的項(xiàng)目。 然而，即便業(yè)界已經(jīng)認(rèn)為電子標(biāo)簽可以有效降低成本，但是短期內(nèi)，沃爾瑪?shù)墓?yīng)商們對(duì)于此技術(shù)的投資仍持保留態(tài)度?！睒I(yè)內(nèi)知情人士向記者明確表示。 在日前舉行的“全球 RFID 中國(guó)峰會(huì)”上，記者看到，德州儀器展示的電子標(biāo)簽芯片最便宜的也要 25 美分（約合人民幣 2 元）。 沃爾瑪一供應(yīng)商笑言，一臺(tái) 1000 元的電腦和一個(gè) 2 毛錢(qián)的西瓜同樣在沃爾瑪銷售，如果都貼電子標(biāo)簽的話，賣(mài)西瓜的還賺錢(qián)嗎？ “進(jìn)雄”鄭總告訴記者，電子標(biāo)簽如果成本不下降，推行會(huì)很困難，特別是對(duì)中國(guó)的中小供貨商而言，本身商品價(jià)值低，如果加貼電子標(biāo)簽，肯定吃不消。如果全部由供應(yīng)商承擔(dān)，將是一筆巨額費(fèi)用。上海復(fù)旦微電子股份公司副總經(jīng)理俞軍認(rèn)為，降低 成本的主要手段是技術(shù)進(jìn)步和批量生產(chǎn)。 2 年以后，一枚電子標(biāo)簽有望降至人民幣 2 元以內(nèi)。 “目前，全球范圍內(nèi)各種電子標(biāo)簽的應(yīng)用還不存在統(tǒng)一的代碼、頻率或者標(biāo)準(zhǔn)，”中國(guó)物流與采購(gòu)聯(lián)合會(huì)副會(huì)長(zhǎng)戴定一表示，“電子標(biāo)簽關(guān)鍵是走到哪里都能用，因此標(biāo)準(zhǔn)一定要統(tǒng)一。在全球 RFID 峰會(huì)上，信產(chǎn)部官員表示，我國(guó) 將充分考慮和引用其他全球組織目前已經(jīng)制定的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)情制定出符合中國(guó)市場(chǎng)的電子標(biāo)簽行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本月 11 日，實(shí)華開(kāi)電子商務(wù)公司與 IBM 簽訂協(xié)議，共同開(kāi)發(fā) RFID 技術(shù)，而香港機(jī)場(chǎng)正在進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的試驗(yàn)中也有中國(guó)系統(tǒng)集成商的身影。到目前為止，美國(guó)已有 100 多家企業(yè)承諾支持 RFID 技術(shù)應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)企業(yè)，投資使用電子標(biāo)簽的還寥寥無(wú)幾。只有找到好的應(yīng)用案例，電子標(biāo)簽才具有推廣動(dòng)力。日前，北京物美集團(tuán)和實(shí)華開(kāi)電子商務(wù)公司簽署協(xié)議，物美集團(tuán)將在未來(lái)建立中國(guó)第一家電子第 43 頁(yè) 共 114 頁(yè) 標(biāo)簽零售示范店，推行電子標(biāo)簽技術(shù)。物美集團(tuán)董事長(zhǎng)張文中接受記者專訪時(shí)表示，零售終端處于供應(yīng)鏈的核心地位，對(duì)生產(chǎn)者有著直接的制約作用，只有抓住終端，才可能推動(dòng)整個(gè)電子標(biāo)簽產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。方向性天線具有更少的輻射模式和返回?fù)p耗的干擾。 引 言 在 RF 裝置中，工作頻率增加到微波區(qū)域的時(shí)候，天線與標(biāo)簽芯片之間的匹配問(wèn)題變得更加嚴(yán)峻。這需要仔細(xì)的設(shè)計(jì)天線 和自由空間以及其相連的標(biāo)簽芯片的匹配。 天線必須： 足夠的小以至于能夠貼到需要的物品上； 有全向或半球覆蓋的方向性； 提供最大可能的信號(hào)給標(biāo)簽的芯片； 無(wú)論物品什么方向，天線的極化都能與讀卡機(jī)的詢問(wèn)信號(hào)相匹配； 具有魯棒性； 非常便宜。 可能的選擇 這里有兩種使用方式：一）貼標(biāo)簽的物品被放在倉(cāng)庫(kù)中，有一個(gè)便攜裝置，可能是手持式，詢問(wèn)所有的物品，并且需要它們給予信息反饋信息；二）在倉(cāng)庫(kù)的門(mén)口安裝讀卡設(shè)配，詢問(wèn)并記錄進(jìn)出物品。 可選的天線 在 435 MHz, GHz 和 GHz 頻率是用的 RFID 系統(tǒng)中，可選的 天線有幾種，見(jiàn)下表，它們重點(diǎn)考慮了天線的尺寸。增益大小影響天線的作用距離。由于 RFID 標(biāo)簽的方向性是不可控的，所以讀卡機(jī)必須是圓極化的。 阻抗問(wèn)題 為了最大功率傳輸，天線后的芯片 的輸入阻抗必須和天線的輸出阻抗匹配。例如，一個(gè)縫隙天線可以設(shè)計(jì)具有幾百歐姆的阻抗。印刷貼片天線的引出點(diǎn)能夠提供一個(gè)很寬范圍的第 46 頁(yè) 共 114 頁(yè) 阻抗 (通常是 40 到 100 歐姆 )。另一個(gè)問(wèn)題是其他的與天線接近的物體可以降低天線的返回?fù)p耗。改變雙偶極子天線和一聽(tīng)番茄醬的 間距做了一些實(shí)際測(cè)量，顯示了一些變化，見(jiàn)圖 4 和圖 5。此外是物體的介電常數(shù)，而不是金屬，改變了諧振頻率。當(dāng)物體與天線的距離小于 的時(shí)候，返回?fù)p耗將導(dǎo)致一個(gè) dB 的插入損耗，而天線的自由空間插入損耗才 。對(duì)于全向天線是不可行的，所以設(shè)計(jì)方向性強(qiáng)的天線，它們不受這個(gè)問(wèn)題的影響。圓柱金屬聽(tīng)引起的性能下降是最嚴(yán)重的，在它與天線距離 50mm 的時(shí)候，反回的信號(hào)下降大于 20dB (見(jiàn)圖 6)。在與天線距離 100mm 的時(shí)候，測(cè)量了幾瓶水（塑料和玻璃），見(jiàn)圖 7，反回信號(hào)降低大于 10dB。 局部結(jié)構(gòu)的影響 在使用手持的儀器的時(shí)候，大量的其他臨近物體的使讀卡機(jī)天線第 47 頁(yè) 共 114 頁(yè) 和標(biāo)簽天線的輻射模式嚴(yán)重失真。圖 11 和圖 12 是在一個(gè)天線前的一個(gè)橫截平面的接收信號(hào)等高線圖，顯示了嚴(yán)重的失真。便攜系統(tǒng)的使用有幾個(gè)天線的問(wèn)題。 距 離 RFID 天線的增益和是否使用有源的標(biāo)簽芯片將影響系統(tǒng)的使用距離。如果使用 WHO 限制 [4]則更適合于全球范圍的使用， 但是作用距離下降了一半。作用距離隨著頻率升高而下降。 總 結(jié) 全向天線應(yīng)該避免在標(biāo)簽中使用，然而是可以使用方向性天線，它具有更少的輻射模式和返回?fù)p耗的干擾。在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)中使用天線好像是不可第 48 頁(yè) 共 114 頁(yè) 行的，除非使用有源標(biāo)簽，但是在任何情況下，倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的天線輻射模式將嚴(yán)重失真。當(dāng)然門(mén)禁系統(tǒng)比手持的儀器昂貴，但是手持儀器工作人員需要使用它到倉(cāng)庫(kù)搜尋物品，人員費(fèi)用同樣昂貴。 返回 第 49 頁(yè) 共 114 頁(yè) 基于 TI S6700 系列芯片的 RFID 閱讀器 [摘要 ]閱讀器的基本功能就是提供與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌凇? 在 RFID 系統(tǒng)中，信號(hào)接收設(shè)備一 般叫做閱讀器（或讀卡器）。 本 文 討 論 了 一 種 采 用 TI 公 司 的 射 頻 標(biāo) 簽 多 協(xié) 議 芯 片RIR6C001A 組成的射頻標(biāo)簽閱讀器方案，使用微芯公司的單片機(jī)PIC16F874 作為控制器，給出了閱讀器的完整電路實(shí)現(xiàn)與時(shí)序設(shè)計(jì)， 并提出了一種基于 SPI 串行總線實(shí)現(xiàn) S6700 系列芯片通信協(xié)議的方案，實(shí)現(xiàn)了射頻標(biāo)簽與控制器之間數(shù)據(jù)傳遞與控制功能。目前， IC 卡已經(jīng)深入到社會(huì)生活的各個(gè)角落， 各種各樣的卡大大方便了人們的生活，如銀行使用的信用卡、公交車(chē)使用的交通卡、食堂使用的就餐卡、出入管理使用的考勤卡、打電話使用的電話卡、手機(jī)中使用的 SIM 卡等?？ㄆ瑑?nèi)封裝有集成電路，用以存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)。非接觸式卡又稱射頻卡（應(yīng)答器），使用無(wú)線電調(diào)制方式和閱讀器進(jìn)行信息交換。 RFID（ Radio Frequency Identification）系統(tǒng)中射頻卡（應(yīng)答器）與閱讀器之間無(wú)需物理接觸即可完成識(shí)別，可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別，應(yīng)用范圍更加廣泛。 硬件設(shè)計(jì) 考慮到閱讀器在系統(tǒng)中要完成的工作主要是從射頻卡讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)經(jīng)相應(yīng)的處理后送給主機(jī)。閱讀器分為射頻卡數(shù)據(jù)讀取部分(射頻部分 )、控制電路部分、主機(jī)接口