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1、RFID 基础知识 时间 2006 08 01 作者 浏览次数 2678 本文关键字 RFID 文章工具 推荐给朋友 打印文章 什么是 RFID 射频识别技术 RFID Radio Frequency Identification Technology 是一种非接触式的自 动识别技术 它通过射频信号自动识别目标并获取相关数据 RFID 历史演进 RFID 在历史上的首次应用可以追溯到第二次世界大战期间 约 1940 年代 其当时的功能 是用于分辨出敌方飞机与我方飞机 我方的飞机上装载有高耗电量的主动式卷标 Active Tag 当 雷达发出询问的讯号 这些卷标就会发出适当的响应 藉以识别出自己
2、是友军或是敌军 此系统 称为 IFF Identify Friend or Foe 目前世界上的飞安管制系统仍是以此为概念 到了 1970 年代末期 美国政府透过 Los Alamos 科学实验室将 RFID 技术转移到民间 RFID 技术最先在商业上的应用是在牲畜身上 到了 1980 年代 美国与欧洲的几家公司开始着手生产 RFID 卷标 今日来讲 RFID 技术已经被广泛应用于各个领域 从门禁管制 牲畜管理 到物流 管理 皆可以见到其踪迹 射频技术和条形码的区别 射频技术与条形码是两种不同的技术 有不同的适用范围 有时会有重叠 两者之间最大的 区别是条形码是 可视技术 射频标签只要在接受器
3、的作用范围内就可以被读取 从概念上来说 两者很相似 目的都是快速准确地确认追踪目标物体 主要的区别如下 有 无写入信息或更新内存的能力 条形码的内存不能更改 射频标签不像条形码 它特有的辨识器 不能被复制 标签的作用不仅仅局限于视野之内 因为信息是由无线电波传输 而条形码必须在 视野之内 由于条形码成本较低 有完善的标准体系 已在全球散播 所以已经被普遍接受 在 成本方面 条形码的成本就是条形码纸张和油墨成本 而有内存芯片的主动射频标签价格在 2 美 元以上 被动射频标签的成本也在 1 美元以上 但是没有内置芯片的标签价格只有几美分 它可 以用于对数据信息要求不那么高的情况 同时又具有条形码不
4、具备的防伪功能 信息载体信息 量 读 写 性 读取方式保密 性 智能 化 抗干扰能 力 寿 命 成 本 条 码纸 塑料薄膜 金属 表面 小只读CCD 或激光束 扫描 差无差较 短 最 低 RFID 卡 EEPROM 大读 写无线通信最好有很好最 长 较 高 零售商为何如此推崇 RFID 据 Sanford C Bernstein 公司的零售业分析师估计 通过采用 RFID 沃尔玛每年可以节省 83 5 亿美元 其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳 动力成本 尽管另外一些 分析师认为 80 亿美元这个数字过于乐观 但毫无疑问 RFID 有助于解决零售业两个最大的难题 商品断货和损耗
5、 因盗窃和供应链被 搅乱而损失的产品 而现在单是盗窃一项 沃尔玛一年的 损失就差不多有 20 亿美元 如果一家合法企业的营业额能达到这个数字 就可以在美国 1000 家 最大 企业的排行榜中名列第 694 位 研究机构估计 这种 RFID 技术能够帮助把失窃和存货水平 降低 25 最基本的 RFID 系统组成 1 阅读器 Reader 读取 或写入 标签信息的设备 可设计为手持式或固定式 如图表 1 图表 1 RFID 阅读器 2 天线 Antenna 在标签和阅读器间传递射频信号 图表 2 天线 3 标签 Tag 由耦合元件及芯片组成 每个标签具有唯一的电子编码 附着在物体上标识目 标对象
6、每个标签都有一个全球唯一的 ID 号码 UID UID 是在制作芯片时放在 ROM 中的 无法修改 用户数据区 DATA 是供用户存放数据的 可以进行读写 覆盖 增加的操作 阅读器 对标签的操作有三类 1 识别 Identify 读取 UID 2 读取 Read 读取用户数据 3 写入 Write 写入用户数据 标签样式如下图所示 图表 3 RFID 电子标签 RFID 系统的工作原理 RFID 系统在实际应用中 电子标签附着在待识别物体的表面 电子标签中保存有约定格式的 电子数据 阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据 从而达到自动识别物体 的目的 阅读器通过天线发送出一定频率
7、的射频信号 当标签进入磁场时产生感应电流从而获得 能量 发送出自身编码等信息 被读取器读取并解码后送至电脑主机进行相关处理 如下图所示 图表 4 RFID 系统工作原理 注 通过使用防冲撞技术 RFID 系统可以同时处理多个标签 例如 TI 的 13 56MHz 系统每 秒钟能处理大约 50 张标签 RFID 系统的工作频率 对一个 RFID 系统来说 它的频段概念是指读写器通过天线发送 接收并识读的标签信号频率 范围 从应用概念来说 射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率 直接决定系统应 用的各方面特性 在 RFID 系统中 系统工作就像我们平时收听调频广播一样 射频标签和读写器 也
8、要调制到相同的频率才能工作 通常阅读器发送时所使用的频率被称为 RFID 系统的工作频率 基本上划分为 低频 LF 30 300KHz 高频 HF 3 30MHZ 超高频 UHF 300 968MHZ 和微波 UWF 2 45 5 8GHZ 低频系统一般指其工作频率在 100 500kHz 典型的工作频率有 125KHz 134 2KHz 高 频系统一般指其工作频率在 10 15MHZ 典型的工作频率 13 56MHZ 超高频工作频率在 860 960MHZ 常见的工作频率有 869 5MHZ 915 3MHZ 其他一些微波射频识别系统工作在 2 45GHZ 的微波段 低频 RFID 技术一直
9、用于近距离的门禁管理 由于其信噪比较低 其识读距离受到很大限制 低频系统防冲撞性能差 多标签同时读慢 性能也容易受其他电磁环境影响 13 56MHZ 高频 RFID 产品可以部分地解决这些问题 13 56MHZ 高频 RFID 速度快 可以实现多标签同时识读 形式多样 价格合理 但是 13 56MHZ 高频 RFID 产品对可导媒介 如液体 高湿和碳介质等 穿透性很差 由于其频率特性 识读距离短 860 960MHZ 的 RFID 产品常常被推荐应用在供应链 管理上 超高频产品识读距离长 能够实现高速识读和多标签同时识读 但超高频对于如金属等 可导媒介完全不能穿透 为了解决 RFID 系统工作
10、频率所造成的对特定物品 高湿 识别效果的局 限性 可以将低频和高频两个频率集成到一枚芯片上 RFID 标签类型 RFID 标签分为被动标签 Passive tags 和主动标签 Active tags 两种 主动标签自身带有电 池供电 读 写距离较远 体积较大 与被动标签相比成本更高 也称为有源标签 一般具有较 远的阅读距离 不足之处是电池不能长久使用 能量耗尽后需更换电池 无源电子标签在接收到阅读器 读出装置 发出的微波信号后 将部分微波能量转化为直流 电供自己工作 一般可做到免维护 成本很低并具有很长的使用寿命 比主动标签更小也更轻 读写距离则较近 也称为无源标签 相比有源系统 无源系统在
11、阅读距离及适应物体运动速度方 面略有限制 按照存储的信息是否被改写 标签也被分为只读式标签 read only 和可读写标签 read and write 只读式标签内的信息在集成电路生产时即将信息写入 以后不能修改 只能被专门 设备读取 可读写标签将保存的信息写入其内部的存贮区 需要改写时也可以采用专门的编程或 写入设备擦写 一般将信息写入电子标签所花费的时间远大于读取电子标签信息所花费的时间 写入所花费的时间为秒级 阅读花费的时间为毫秒级 RFID 技术特点及优势 RFID 是一项易于操控 简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性的应用技术 识别工作 无须人工干预 它既可支持只读工作模式也
12、可支持读写工作模式 且无需接触或瞄准 可自由工 作在各种恶劣环境下 短距离射频产品不怕油渍 灰尘污染等恶劣的环境 可以替代条码 例如 用在工厂的流水线上跟踪物体 长距射频产品多用于交通上 识别距离可达几十米 如自动收费 或识别车辆身份等 其所具备的独特优越性是其它识别技术无法比拟的 主要有以下几个方面 1 读取方便快捷 数据的读取无需光源 甚至可以透过外包装来进行 有效识别距离更长 采 用自带电池的主动标签时 有效识别距离可达到 30 米以上 2 识别速度快 标签一进入磁场 阅读器就可以即时读取其中的信息 而且能够同时处理多个 标签 实现批量识别 3 数据容量大 数据容量最大的二维条形码 PD
13、F417 最多也只能存储 2725 个数字 若包含 字母 存储量则会更少 RFID 标签则可以根据用户的需要扩充到数十 K 4 使用寿命长 应用范围广 其无线电通信方式 使其可以应用于粉尘 油污等高污染环境和 放射性环境 而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码 5 标签数据可动态更改 利用编程器可以向电子标签里写入数据 从而赋予 RFID 标签交互式 便携数据文件的功能 而且写入时间比打印条形码更短 6 更好的安全性 RFID 电子标签不仅可以嵌入或附着在不同形状 类型的产品上 而且可以 为标签数据的读写设置密码保护 从而具有更高的安全性 7 动态实时通信 标签以每秒 50 100 次
14、的频率与阅读器进行通信 所以只要 RFID 标签所附 着的物体出现在解读器的有效识别范围内 就可以对其位置进行动态的追踪和监控 RFID 技术标准现状 目前 RFID 还未形成统一的全球化标准 市场为多种标准并存的局面 但随着全球物流行业 RFID 大规模应用的开始 RFID 标准的统一已经得到业界的广泛认同 RFID 系统主要由数据采集 和后台数据库网络应用系统两大部分组成 目前已经发布或者是正在制定中的标准主要是与数据 采集相关的 其中包括电子标签与读写器之间的空气接口 读写器与计算机之间的数据交换协议 RFID 标签与读写器的性能和一致性测试规范 以及 RFID 标签的数据内容编码标准等
15、 后台数据 库网络应用系统目前并没有形成正式的国际标准 只有少数产业联盟制定了一些规范 现阶段还 在不断演变中 RFID 标准争夺的核心主要在 RFID 标签的数据内容编码标准这一领域 目前 形成了五大标 准组织 分别代表了国际上不同团体或者国家的利益 EPC Global 是由北美 UCC 产品统一编码 组织和欧洲 EAN 产品标准组织联合成立 在全球拥有上百家成员 得到了零售巨头沃尔玛 制造 业巨头强生 宝洁等跨国公司的支持 而 AIM ISO UID 则代表了欧美国家和日本 IP X 的成 员则以非洲 大洋洲 亚洲等国家为主 比较而言 EPC Global 由于综合了美国和欧洲厂商 实
16、力相对占上风 EPC Global EPC Global 是由 UCC 和 EAN 联合发起的非盈利性机构 全球最大的零售商沃尔玛连锁集团 英国 Tesco 等 100 多家美国和欧洲的流通企业都是 EPC 的成员 同时由美国 BEA 公司 IBM 公 司 微软 Auto ID Lab 等进行技术研究支持 此组织除发布工业标准外 还负责 EPCgobal 号 码注册管理 EPC Global 系统是一种基于 EAN UCC 编码的系统 作为产品与服务流通过程信息 的代码化表示 EAN UCC 编码具有一整套涵盖了贸易流通过程各种有形或无形的产品所需的全球 唯一的标识代码 包括贸易项目 物流单元 位置 资产 服务关系等标识代码 EAN UCC 标识 代码随着产品或服务的产生在流通源头建立 并伴随着该产品或服务的流动贯穿全过程 EAN UCC 标识代码是固定结构 无含义 全球唯一的全数字型代码 在 EPC 标签信息规范 1 1 中采用 64 96 位的电子产品编码 在 EPC 标签 2 0 规范中采用 96 256 位的电子产品编码 RFID 的编码 EPC 码 EPC Electroni
