RFID技術原理簡介及應用

1、 RFID技術近距離無線通信技術之一RFID技術簡介 RFID是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的排頭兵和中樞技術之一射頻識別技術RFID(Radio Frequency Identification) 通過無線射頻方式進行非接觸、雙向數(shù)據(jù)通信對目標加以識別?？梢钥焖僮x寫、長期跟蹤管理。 作為物聯(lián)網(wǎng)的核心基礎之一，RFID產(chǎn)業(yè)能否健康發(fā)展將直接關系到物聯(lián)網(wǎng)建設的成敗。 RFID標簽可謂是早期物聯(lián)網(wǎng)最為關鍵的技術與產(chǎn)品環(huán)節(jié)，現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)最大規(guī)模、最有前景的應用就是在零售和物流領域，利用RFID技術，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)共享。RFID技術簡介有源無源 射頻識別技術RFID(Radio Freq

2、uency Identification)是自動識別技術的一種，即通過無線射頻方式進行非接觸、雙向數(shù)據(jù)通信對目標加以識別。一個典型的RFID系統(tǒng)一般由RFID標簽、讀寫器以及計算機系統(tǒng)等部分組成。 RFID技術簡介 RFID技術的發(fā)展最早可以追溯至第二次世界大戰(zhàn)時期，那時它被用來在空中作戰(zhàn)行動中進行敵我識別。 RFID技術簡介時間時間 RFIDRFID技術發(fā)展技術發(fā)展 1941-1950年 雷達的改進和應用催生了RFID技術，1948年奠定了RFID技術的理論基礎。 1951-1960年 早期RFID技術的探索階段，主要處于實驗室實驗研究。 196l-1970年 RFID技術的理論得到了發(fā)展，

3、開始了一些應用嘗試。 1971-1980年 RFID技術與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期，各種RFID技術測試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的RFID應用。 1981-1990年 RFID技術及產(chǎn)品進入商業(yè)應用階段，各種封閉系統(tǒng)應用開始出現(xiàn)。 1991-2000年 RFID技術標準化問題日趨得到重視，RFID產(chǎn)品得到廣泛采用。 2001-今 標準化問題日趨為人們所重視，RFID產(chǎn)品種類更加豐富，有源電子標簽、無源電子標簽及半無源電子標簽均得到發(fā)展，電子標簽成本不斷降低。 RFIDRFID并不是一個嶄新的技術并不是一個嶄新的技術 RFID系統(tǒng)架構與工作原理RFID系統(tǒng)架構與工作原理中間件中間件及應用及應用

4、軟件軟件數(shù)據(jù)協(xié)議處理器數(shù)據(jù)協(xié)議處理器標簽驅動標簽驅動( (射頻單元射頻單元) )響應單元響應單元編碼編碼存儲器存儲器解碼解碼物理接口物理接口( (調制解調調制解調) )讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)命令命令查詢查詢寫入寫入讀取讀取芯片芯片天線天線封裝封裝數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)能量能量RFID系統(tǒng)架構與工作原理 根據(jù)閱讀器及電子標簽之間的能量感應方式，F(xiàn)DID有兩種耦合類型n電感耦合（感應耦合）電感耦合（感應耦合）：變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)為電磁感應定律，如下圖所示。RFID系統(tǒng)架構與工作原理n反向散射耦合：反向散射耦合：雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，依據(jù)

5、的是電磁波的空間傳播規(guī)律 RFID系統(tǒng)架構與工作原理電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。近距離射頻識別系統(tǒng)。反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統(tǒng)。工作的遠距離射頻識別系統(tǒng)。RFID系統(tǒng)架構與工作原理電感耦合與反向散射耦合的差別電感耦合與反向散射耦合的差別 在反向散射耦合方式中，閱讀器的天線將讀寫射在反向散射耦合方式中，閱讀器的天線將讀寫射頻能量以電磁波的方式發(fā)送到空間范圍內(nèi)，建立有頻能量以電磁波的方式發(fā)送到空間范圍內(nèi)，建立有效閱讀區(qū)域，位于該區(qū)域中的標簽從閱讀器天線發(fā)效閱讀區(qū)域，

6、位于該區(qū)域中的標簽從閱讀器天線發(fā)出的電磁場中提取工作能量，并將標簽內(nèi)存的數(shù)據(jù)出的電磁場中提取工作能量，并將標簽內(nèi)存的數(shù)據(jù)信息傳送到閱讀器，閱讀器對信號解碼后送計算機信息傳送到閱讀器，閱讀器對信號解碼后送計算機系統(tǒng)進行處理。反向散射耦合將射頻能量以電磁波系統(tǒng)進行處理。反向散射耦合將射頻能量以電磁波的形式發(fā)送出去。的形式發(fā)送出去。 在電感耦合方式中，閱讀器將射頻能量束縛在閱在電感耦合方式中，閱讀器將射頻能量束縛在閱讀器電感線圈周圍，通過交變閉合的線圈磁場，溝讀器電感線圈周圍，通過交變閉合的線圈磁場，溝通閱讀器線圈與射頻標簽之間的射頻通道，沒有向通閱讀器線圈與射頻標簽之間的射頻通道，沒有向空間輻射電

7、磁能量?？臻g輻射電磁能量。RFID系統(tǒng)架構與工作原理閱讀器（功能） 讀取器讀/寫裝置閱讀器（組成）控制模塊收發(fā)模塊接口單元耦合模塊應答器（組成）耦合元件（線圈、天線）微芯片RFID系統(tǒng)架構與工作原理RFID系統(tǒng)架構與工作原理RFID系統(tǒng)架構與工作原理 RFID技術的基本工作原理：標簽進入磁場后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標簽或被動標簽），或者由標簽主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。 參數(shù)參數(shù)低頻低頻(LF)(LF)高頻高頻

8、(HF)(HF)超高頻超高頻(UHF)(UHF)微波微波(uW)(uW)頻率頻率125125134 KHz134 KHz13.513.56 MHz6 MHz433MHz433MHz，860860960 MHz960 MHz2.45GHz2.45GHz，5.85.8 GHz GHz技術技術特點特點穿透及繞射能穿透及繞射能力強力強( (能穿透水能穿透水及繞射金屬物及繞射金屬物質質) )；但速度慢、；但速度慢、距離近距離近性價比適中，性價比適中，適用于絕大多適用于絕大多數(shù)環(huán)境；但抗數(shù)環(huán)境；但抗沖突能力差沖突能力差速度快、作用距速度快、作用距離遠；但穿透能離遠；但穿透能力弱力弱( (不能穿透水，不能穿

9、透水，被金屬物質全反被金屬物質全反射射) )，一 般 為 有一 般 為 有源 系 統(tǒng) ，源 系 統(tǒng) ，作 用 距 離作 用 距 離遠 ； 但 抗遠 ； 但 抗干擾力差干擾力差作用作用距離距離0.10.10.45m0.45m1 1 3m3m3 39m9m 1 0 m 1 0 m 或或100m(100m(有源有源) )主要主要應用應用門禁、防盜系門禁、防盜系統(tǒng)統(tǒng)畜牧、寵物管畜牧、寵物管理理智能卡智能卡電子票務電子票務圖書管理圖書管理商品防偽商品防偽倉儲管理倉儲管理物流跟蹤物流跟蹤航空包裹航空包裹自動控制自動控制道路收費道路收費RFID系統(tǒng)架構與工作原理只要通過RFID 閱讀器，不需接觸，直接讀取信

10、息至數(shù)據(jù)庫，一次處理多個標簽，并可以將物流處的狀態(tài)寫入標簽，供下一階段物流處理使用。RFID對水、油和藥品等物質有強力的抗污性。RFID在黑暗或臟污的環(huán)境中也可以讀取數(shù)據(jù)。形狀小型化和形狀小型化和多樣化多樣化RFID為電子數(shù)據(jù)，可以反復被覆寫，因此可以回收標簽重復使用。如被動式RFID，不需要電池就可以使用，沒有維護保養(yǎng)的需要。數(shù)據(jù)容量會隨著記憶規(guī)格的發(fā)展而擴大，未來物品所需攜帶的資料將越來越大，對卷標所能擴充的容量的需求也增加，RFID則不會受到此類限制數(shù)據(jù)記憶量大數(shù)據(jù)記憶量大數(shù)據(jù)的讀寫機能數(shù)據(jù)的讀寫機能耐環(huán)境性耐環(huán)境性可重復使用可重復使用RFID在讀取上尺寸不受大小與形狀限制，不需要為了讀

11、取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。因此，RFID電子標簽便可往小型化以及應用在不同產(chǎn)品。因此，可以更加靈活的控制產(chǎn)品的生產(chǎn)。RFID系統(tǒng)架構與工作原理RFID技術標準與關鍵技術ISO/IEC IOSIOS標準標準技術標準技術標準射頻識別技術標準IC卡標準數(shù)據(jù)內(nèi)容與數(shù)據(jù)內(nèi)容與編碼標準編碼標準編碼格式語法標準應用標準應用標準船運標簽標準產(chǎn)品包裝標準一致性與一致性與性能標準性能標準測試規(guī)范RFID技術標準與關鍵技術EPC GlobalnEPC系統(tǒng)是一種基于EAN/UCC編碼的系統(tǒng)，將產(chǎn)品與服務流通過程的信息進行代碼化表示。nEPC Global 于2004年4月公布了第一代RFID技術標準。n

12、EPC Global 提出的物聯(lián)網(wǎng)體系構架由EPC編碼、管理軟件、對象名解析系統(tǒng)服務器、物體標識語言服務器等部分構成。nEPC Global 鼓勵用戶采用EPC標準，發(fā)展EPC用戶，強調各地區(qū)均衡發(fā)展，加強對各國編碼組織的支持，在全球各個行業(yè)推廣應用EPC。RFID技術標準與關鍵技術EPC 標準中的RFID關鍵技術 物理層關鍵技術PIEPIE編碼編碼以脈沖間隔為編碼依據(jù)基帶基帶FM0FM0編碼編碼采用電平變化表示邏輯差錯控差錯控制編碼制編碼技術技術減少標簽閱讀器之間干擾副載波副載波調制調制13.56MHz系統(tǒng)電子標簽向閱讀器傳輸中使用信息數(shù)信息數(shù)據(jù)調制據(jù)調制基帶數(shù)字信號變換為頻帶數(shù)字信號數(shù)據(jù)信

13、數(shù)據(jù)信息加密息加密技術技術加密與解密算法概率概率/ /分槽防分槽防沖突算沖突算法法多目標識別情況下RFID技術標準與關鍵技術EPC 標準中的RFID關鍵技術 MAC層關鍵技術安全加安全加密技術密技術在MAC層三種操作中標簽訪問標簽訪問控制技術控制技術選擇清點訪問防碰撞防碰撞算法算法多標簽時，碰撞仲裁RFID技術應用與發(fā)展 在馬拉松比賽中，由于馬拉松比賽人員太多，有時在馬拉松比賽中，由于馬拉松比賽人員太多，有時第一個出發(fā)的同最后一個出發(fā)的人離開起跑線能相隔第一個出發(fā)的同最后一個出發(fā)的人離開起跑線能相隔 4040分鐘、如果沒有一個精確的計時裝置會造成不公平分鐘、如果沒有一個精確的計時裝置會造成不公

14、平的競爭。射頻卡應用于馬拉松比賽的精確計時。運動的競爭。射頻卡應用于馬拉松比賽的精確計時。運動員在自己的鞋帶上很方便地系上射頻卡，在比賽的起員在自己的鞋帶上很方便地系上射頻卡，在比賽的起跑線和終點線處放置帶有微型天線的小墊片，當運動跑線和終點線處放置帶有微型天線的小墊片，當運動員越過此墊片時，計時系統(tǒng)接收運動員所帶的射頻卡員越過此墊片時，計時系統(tǒng)接收運動員所帶的射頻卡發(fā)出的發(fā)出的IDID號，并記錄當時的時間。這樣每個運動員都號，并記錄當時的時間。這樣每個運動員都有自己的起始和結束時間，不帶有不公平的競爭可能有自己的起始和結束時間，不帶有不公平的競爭可能性了。在比賽路線的中如果每隔性了。在比賽路

15、線的中如果每隔5 5公里就設置這樣的墊公里就設置這樣的墊片，也可以很方便地記錄運動員的階段跑所用時間。片，也可以很方便地記錄運動員的階段跑所用時間。 運動計時RFID技術應用與發(fā)展動物識別與跟蹤 在牲畜出生飼養(yǎng)的時候，在牲畜的身上安裝在牲畜出生飼養(yǎng)的時候，在牲畜的身上安裝上上RFIDRFID標簽標簽( (如做成耳標或腳環(huán)如做成耳標或腳環(huán)) )，標簽在牲畜一，標簽在牲畜一出生時就打在耳上，此后飼養(yǎng)員用一個手持設備出生時就打在耳上，此后飼養(yǎng)員用一個手持設備，不斷地設定、采集或存儲它成長過程中的信息，不斷地設定、采集或存儲它成長過程中的信息，從源頭上對生產(chǎn)安全進行控制。同時記錄牲畜，從源頭上對生產(chǎn)安全進行控制。同時記錄牲畜在各個時期的防疫記錄、疾病信息及養(yǎng)殖過程關在各個時期的防疫記錄、疾病信息及養(yǎng)殖過程關鍵信息的記錄。在牲畜屠宰前，首先要通過手持鍵信息的記錄。在牲畜屠宰前，首先要通過手持機讀取機讀取RFIDRFID標簽，