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博客

RFID技术简介

已有 260 次阅读2016-1-28 16:34 |个人分类:RFID咨询| 关键词: RFID技术, RFID读写器, RFID系统, 阅读器, 天线

众所周知,奥运会是目前世界上规模最宏大的综合性体育赛事,集体育比赛、休闲、交流、游玩、购物及其它商业活动于一体,因此承载这个赛事的奥运场馆必将接纳庞大的观众、运动员、管理人员、服务人员等,且人群身份极其复杂并处于不停的移动之中。

如何验证人员所持的票卡和证件是否有效?如何及时跟踪和查询人员是否进入到指定区域?当人员误入或非法闯入禁入区域时又如何警示和引导其迅速离开?如何实时查询某区域人员拥挤程度?采用RFID电子门票管理系统,将能够达到高效优质管理的目的。

RFID电子门票是一种将智能芯片嵌入纸质门票等介质中,用于快捷检票/验票并能实现对持票人进行实时精准定位跟踪和查询管理的新型门票。2008年北京奥运会将使用基于RFID芯片技术的电子门票,生动体现"科技奥运"和"人文奥运"的深刻内涵。

笔者整理了RFID相关资料,供各位印刷人参考。

1.什么是RFID

RFID是Radio Frequency Identification的缩写,即射频识别。常称为感应式电子芯片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子卷标、电子条形码等等。一套完整的 RFID系统由 Reader 与 Transponder 两部份组成 ,其动作原理为由 Reader 发射一特定频率之无线电波能量给Transponder,用以驱动Transponder电路将内部之ID Code送出,此时Reader便接收此ID Code。 Transponder的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡故不怕脏污,且芯片密码为世界唯一无法复制,安全性高、长寿命。

RFID有时被称做电子卷标、射频卷标。通过这种非接触式的自动识别技术,作为条形码的无线版本,应用非常广泛,如动物芯片、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理等。标签根据商家种类的不同能储存从512字节到4兆不等的数据。卷标中储存的数据是由系统的应用和相应的标准决定的。例如,卷标能够提供产品生产、运输、存储情况,也可以辨别机器、动物和个体的身份。卷标还可以连接到数据库,存储产品库存编号、当前位置、状态、售价、批号的信息。相应的,射频卷标在读取数据时不用参照数据库可以直接确定代码的含义。

下图所示为电子卷标内部结构:芯片+天线

最基本的RFID系统由三部分组成。

标签(Tag):由耦合组件及芯片组成,每个卷标具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象;

阅读器(Reader):读取(有时还可以写入)卷标信息的设备,可设计为掌上型或固定式;

天线(Antenna):在卷标和读取器间传递射频信号。

下图为RFID系统组成示意图

RFID系统至少包含电子卷标和阅读器两部分。电子卷标是射频识别系统的数据载体,电子卷标由卷标天线和卷标专用芯片组成。依据电子卷标供电方式的不同,电子卷标可以分为有源电子卷标(Active tag)、无源电子卷标(Passive tag)和半无源电子卷标(Semi—passive tag)。有源电子卷标内装有电池,无源射频标签没有内装电池,半无源电子卷标(Semi—passive tag)部分依靠电池工作。

电子卷标依据频率的不同可分为低频电子卷标、高频电子卷标、超高频电子卷标和微波电子卷标。依据封装形式的不同可分为信用卡卷标、线形卷标、纸状卷标、玻璃管卷标、圆形卷标及特殊用途的异形标签等。 RFID阅读器(读写器)通过天线与RFID电子卷标进行无线通信,可以实现对卷标识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。

2.RFID发展历程

RFID直接继承了雷达的概念,1948年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别RFID的理论基础。

1941~1950年 雷达的改进和应用催生了RFID技术,1948年奠定了RFID技术的理论基础。

1951—1970年 RFID技术的理论得到了发展,开始了一些应用尝试。

1971—1980年 RFID技术与产品研发处于一个大发展时期,各种RFID技术测试得到加速,出现了一些最早的RFID应用。

1981~1990年 RFID技术及产品进入商业应用阶段,各种规模应用出现。

1991~2000年 RFID技术标准化问题日趋得到重视,RFID产品得到广泛采用,RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分。

2001—今 标准化问题日趋为人们所重视,RFID产品种类更加丰富,有源电子卷标、 无源电子卷标及半无源电子卷标均得到发展,电子卷标成本不断降低,规模应用行业扩大。

RFID技术和应用在我国也发展迅速。2006年6月,由国家科技部、信息产业部等十多个部委共同编写的《中国射频识别(RFID)技术政策白皮书》公布。这份白皮书,给出了中国标准制定的大致时间表:在培育期(2006~2008),按照国家RFID标准体系框架,制定相应的技术标准与应用标准;在成长期(2007~2012),基本形成中国RFID标准体系。

3.RFID的工作原理

RFID系统的基本模型如下图所示。

电子卷标与阅读器之间通过耦合组件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递、资料的交换。

发生在阅读器和电子卷标之间的射频信号的耦合类型有两种。

(1)电感耦合。变压器模型,通过空间高频交变磁场实现耦合,依据的是电磁感应定律,如下图所示。

(2) 电磁反向散射耦合: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。

电磁反向散射耦合型的RFID读写器(上图)

和收音机原理一样,射频卷标和阅读器也要调制到相同的频率才能工作。LF, HF, UHF就对应着不同频率的射频。LF代表低频射频,在125KHz左右,HF代表高频射频,在13.54MHz左右,UHF代表超高频射频,在850至910MHz范围之内,还有2.4G的微波读写器。

电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。

不同的国家所使用的RFID频率也不尽相同。欧洲的超高频是868MHz,美国的则是915MHz,日本目前不允许将超高频用到射频技术中。各国政府也通过调整阅读器的功率来限制它对其他设备的影响,有些组织例如全球商务促进委员会正鼓励政府取消限制,卷标和阅读器生产厂商也正在开发能使用不同频率系统避免这些问题。

4.RFID读写器防冲撞原理

RFID技术的一个难点是同时读取复数个标签。为了实现这个功能在通信上所采取的技术是“防冲撞”.同时读取复数个标签是常被人们谈及的RFID比条形码远为优越的地方,但是如果没有“防冲撞”的功能时,RFID系统只能读写一个标签。在这种情况下如果有两个以上的标签同时处于可读取的范围内就会导致读取的错误。

即使是具有“防冲撞”功能的RFID系统,实际上并非同时读取所有标签的内容。在同时查出有复数个标签存在的情况下,检索信号并防止冲突的功能开始动作。为了进行检索,首先要确定检索条件。例如,13.56MHz频带的RFID系统里应用的ALOHA方式的防碰撞功能的工作步骤如下。

1)首先,阅读器指定电子卷标内存的特定位数(1~4位左右)为次数批量。

2)电子卷标根据次数批量,将响应的时机离散化。例如在两位数的次数批量“00、01、10、11”时,读写器将以不同的时机对这四种可能性逐一进行响应。

3)若在各个时机里同时响应的电子卷标只有一个的场合下才能得到这个电子卷标的正常数据。信息读取之后阅读器对于这个电子卷标发送在一定的时间内不再响应的睡眠的指令(Sleep/Mute)使之在休眠,避免再次向应。

4)若在各个时机内同时由几个电子卷标响应,判别为“冲突”。在这种情况下,内存内的另外两位数所记录的次数批量,重复以上从2)开始的处理。

5)所有的电子卷标都完成响应之后,阅读器向他们发送唤醒的指令(Wake Up),从而完成对所有电子卷标的信息读取。

在这种搭载有“防冲撞”功能的RFID系统中,为了只读一个标签,几经调整次数批量反复读取进行检索。所以,一次性读取具有一定数量的标签的情况下,所有的标签都被读到为止其速度是不同的,一次性读取的标签数目越多,完成读取所需时间要比单纯计算所需的时间越长。

实现“防冲撞”功能是RFID在物流领域中取代条形码所必不可少的条件。例如,在超市中,商品是装在购物车里面进行计价的。为了实现这种计价方式,“防冲撞”功能必须完备。具有“防冲撞”功能的RFID系统的价格比不具有这种功能的系统的要昂贵。当个人用户在制作RFID系统的时候,如果没有必要进行复数个ID同时认识时就没有必要选择抗碰撞机能的读写器。


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