RFID、产品电子编码、MEMS技术

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1、主要内容v1.RFID技术的概念与特点；v2.RFID技术的原理和分类；v3.RFID关键技术；v4.RFID在中国的发展和应用；RFID技术vRFID是本世纪重要的技术，这是人类在科技发 展上之重大进展，改变人类消费方式与习惯的 新兴科技，其所具备的优越特性，已渐渐地受 到各国重视与应用，它的发展状况成为各界瞩 目的焦点。v提供非接触式读取，有数据可更新、储存数据 的容量大、可重复使用、同时间可读取多个辨 识卷标、数据安全性佳等优点，为人类生活带 来另一番新的感受。1.RFID技术的概念与特点v1. RFID的概念n射频识别技术，常称为感应式电子芯片、接近卡、感应卡、 非接触卡、电子卷标、电

2、子条形码。nRFID是一种通信技术，可通过无线电信号来识别特定目标并 进行相关数据的读写，而无需识别系统与特定目标之间建立 机械或光学接触，利用无线电波来传送识别数据的系统。1.RFID技术的概念与特点n它是一种先进的无线识别技术，利用无线电扫瞄器监视每一 个芯片的状态，以无线通讯方式传输数据，透过商品上的微 芯片“标签“，每个标签都会发射出独特的ID码，透过无线传输，不须实体接触即可进行数据交换，且数据交换时亦无方 向性之要求，提供充足的产品信息，将信息连至计算机网络 里，用以识别、追踪、排序和与确认，管理各式各样的对象 状态，甚至人与动物亦可被加以识别。1.RFID技术的概念与特点v2.

3、特点v（1）快速扫描v条形码一次只能有一个条形码受到扫描；RFID识读器可同 时识别读取数个RFID标签。v（2）体积小型化、形状多样化vRFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取 精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标 签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。1.RFID技术的概念与特点v（3）抗污染能力和耐久性v传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污 染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有 很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料 袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损 ；RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以 免受污损。1.RFID技术的概念与特点

4、v（4）可重复使用v现今的条形码印刷上去之后就无法更改， RFID标签则可以重复地新增、修改、删除 RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。1.RFID技术的概念与特点v（5）穿透性和无屏障阅读v在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑 料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通 信。v而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的 情况下，才可以识读条形码。1.RFID技术的概念与特点v（6）数据的记忆容量大v一维条形码的容量是50B，RFID最大的容量 则有数MB。v随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩 大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越 来越大，对卷标所能扩充容量的需求也

5、相应 增加。1.RFID技术的概念与特点v（7）安全性v由于RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由 密码保护，使其内容不易被伪造及变造。v近年来，RFID因其所具备的远距离读取、高储存量 等特性而备受瞩目。它不仅可以帮助一个企业大幅 提高货物、信息管理的效率，还可以让销售企业和 制造企业互联，从而更加准确地接收反馈信息，控 制需求信息，优化整个供应链。2.RFID技术的原理和分类v1. RFID应用系统原理RFID系统一般由电子标签（Tag） 、天线（Antenna）、阅读器（Reader） 和计算机系统（Computer）四部分组成， 见图3.9。2.RFID技术的原理和分类2.RFI

6、D技术的原理和分类n工作原理：标签进入磁场后，阅读器发出的 射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送 出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被 动标签），或者主动发送某一频率的信号（ 有源标签或主动标签）；阅读器读取信息并 解码后，送至计算机数据库系统进行有关数 据处理。2.RFID技术的原理和分类2. RFID应用系统构成（1）电子标签RFID标签中存储一个唯一编码，通常 为64b、96b甚至更高，其地址空间大大高于 条码所能提供的空间，因此可以实现单品级 的物品编码。2.RFID技术的原理和分类n当RFID标签进入读写器的作用区域，就可以根据电感耦合原 理（近场作用范围内）或电磁反向散射耦合原

7、理（远场作用 范围内）在标签天线两端产生感应电势差，并在标签芯片通 路中形成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阈值，就将 激活RFID标签芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进 行读/写操作，微控制器还可以进一步加入诸如密码或防碰 撞算法等复杂功能。2.RFID技术的原理和分类v电磁反向散射耦合原理：v雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目 标后反射，同时携带回目标信息，依据的是 电磁波的空间传播规律。 2.RFID技术的原理和分类vRFID标签芯片的内部结构主要包括射频前端 、模拟前端、数字基带处理单元和EEPROM存 储单元四部分。2.RFID技术的原理和分类2.RFID技术的原理和分类

8、（2）天线天线是RFID标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通讯连接的设备。RFID系统中包括两类天线，一类是RFID标签上的天线。另一类是读写器天线，既可以内置于读写器中，也可以通过电缆与读写器的射频输出端口相连。2.RFID技术的原理和分类n目前的天线产品多采用收发分离技术来实现发射和接收功能的集成。n天线设计参数是影响RFID系统识别范围的主要因素。高性能的天线不仅要求具有良好的阻抗匹配特性，还需要根据应用环境的特点对方向特性、极化特性和频率特性等进行专门设计。2.RFID技术的原理和分类（3）读写设备n读写器是对RFID标签进行读/写操作的设备，主要包括射频模块和数字信号处理

9、单元两部分；nRFID标签返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块中转换为数字信号，再经过读写器的数字信号处理单元对其进行必要的加工整形，最后从中解调出返回的信息，完成对RFID标签的识别或读/写操作；2.RFID技术的原理和分类n上层中间件及应用软件与读写器进行交互，实现操作指令的执行和数据汇总上传。在上传数据时，读写器会对RFID标签事件进行去重过滤或简单的条件过滤，将其加工为读写器事件后再上传，以减少与中间件及应用软件之间数据交换的流量，因此在很多读写器中还集成了微处理器和嵌入式系统，实现一部分中间件的功能，如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等。2.RFID技术的原理和分类（4）

10、计算机系统计算机系统除计算机硬件外，主要由应用软件和中间件组成。应用软件应用软件是直接面向RFID应用最终用户的 人机交互界面，协助使用者完成对读写器的指 令操作以及对中间件的逻辑设置，逐级将RFID 原子事件转化为使用者可以理解的业务事件， 并使用可视化界面进行展示。2.RFID技术的原理和分类中间件RFID中间件是实现RFID硬件设备与应用系统之 间数据传输、过滤、数据格式转换的一种中间程序 ，将RFID读写器读取的各种数据信息，经过中间件 提取、解密、过滤、格式转换、导入企业的管理信 息系统，并通过应用系统反应在程序界面上，供操 作者浏览、选择、修改、查询。2.RFID技术的原理和分类3

11、. RFID分类（1）按应用频率分类l电子标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决定着电子标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。工作在不同频段或频点上的电子标签具有不同的特点。射频识别应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分，即位于ISM波段之中。典型的工作频率有：125kHz，133kHz，13.56MHz，27.12MHz，433MHz，902928MHz，2.45GHz，5.8GHz等。2.RFID技术的原理和分类v RFID按应用频率的不同分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波（MW），相对应的代表性频率分别为：低频135K

12、Hz以下、高频13.56MHz、超高频860M960MHz、微波2.4G和微波5.8G。2.RFID技术的原理和分类（2）按能源的供给方式分类RFID按照能源的供给方式分为无源 RFID、有源RFID、以及半有源RFID。2.RFID技术的原理和分类n无源电子标签没有内装电池，在阅读器的读出范围之外时， 电子标签处于无源状态，在阅读器的读出范围之内时，电子 标签从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电源。无 源电子标签一般均采用反射调制方式完成电子标签信息向阅 读器的传送。n无源RFID读写距离近，价格低，比有源电子标签更小也更轻 。2.RFID技术的原理和分类n 半无源射频标签内的电池供电

13、仅对本身耗电很少的标签电 路供电。标签未进入工作状态前，一直处于休眠状态，相当 于无源标签，标签内部电池能量消耗很少，因而电池可维持 几年，甚至长达10年有效；当标签进入阅读器的读出区域时 ，受到阅读器发出的射频信号激励，进入工作状态时，标签 与阅读器之间信息交换的能量支持以阅读器供应的射频能量 为主(反射调制方式)，标签内部电池的作用主要在于弥补标 签所处位置的射频场强不足，标签内部电池的能量并不转换 为射频能量。2.RFID技术的原理和分类n 有源电子标签的工作电源完全由内部电池供给，同时标签 电池的能量供应也部分地转换为电子标签与阅读器通讯所需 的射频能量。n有源RFID可以提供更远的读

14、写距离，但是需要电池供电，成 本要更高一些，适用于远距离读写的应用场合。有源电子标 签自身带有电池供电，读/写距离较远（约在100米1500米 ），体积较大，与无源电子标签相比成本更高。2.RFID技术的原理和分类（3）依据内存读写功能分类n只读式：标签芯片内的信息出厂时已固定，使用者仅能读取卷标芯片内的信息而无法进行写入或修改的程序。成本较低，一般应用于门禁管理、车辆管理、物流管理、动物管理。2.RFID技术的原理和分类n一次写入多次读取式：使用者仅可写入或修改标签芯片内数据一次，但可进行多次读取。成本较高，应用于资产管理、生物管理、药品管理、危险品管理、军品管理。2.RFID技术的原理和分

15、类n 可重复读写式：使用者可以通过读取器对标签内芯片信息多次读取和写入。成本最高，应用于航空货运及行李管理、客运及捷运票证、信用卡服务。3.RFID关键技术vRFID关键技术主要包括产业化关键技术和应用关键技术 两方面。1. 产业化关键技术其中RFID产业化关键技术主要包括：标签芯片设计与制造：例如低成本、低功耗的RFID芯 片设计与制造技术，适合标签芯片实现的新型存储技术 ，防冲突算法及电路实现技术，芯片安全技术，以及标 签芯片与传感器的集成技术等。3.RFID关键技术n 天线设计与制造：例如标签天线匹配技术， 针对不同应用对象的RFID标签天线结构优化 技术，多标签天线优化分布技术，片上天

16、线 技术，读写器智能波束扫描天线阵技术，以 及RFID标签天线设计仿真软件等。3.RFID关键技术n RFID标签封装技术与装备：例如基于低温热压的封装工艺 ，精密机构设计优化，多物理量检测与控制，装备故障自诊 断与修复，以及在线检测技术等。nRFID标签集成：例如芯片与天线及所附着的特殊材料介质三 者之间的匹配技术，标签加工过程中的一致性技术等。n读写器设计：例如密集读写器技术，抗干扰技术，低成本小 型化读写器集成技术，以及读写器安全认证技术等。3.RFID关键技术2. 应用关键技术RFID应用关键技术主要包括：RFID应用体系架构：例如RFID应用系统中各种软硬件和数据的接口技术及服务技术等。RFID系统集成与数据管理：例如RFID与无线通信、传感网络、信息安全、工业控制等的集成技术，RFID应用系统中间件技术，海量RFID信息资源的组织、存储、管理、交换、分发、数据处理和跨平台计算技术等。3.RFID关键技术n RFID公共服务体系：提供支持RFID社会性应用的基础服务体系的认证、注册、编码管理、多编码体系映射、编码解析、检索与跟踪等技术与服务。nRFID检测技术与规范