RFID技術簡介課件

RFID技術簡介2014.10.111

RFID技術簡什么是RFID？

RFID=RadioFrequencyIdentification；中文稱為“無線射頻識別”技術；是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)；可工作于各種惡劣環(huán)境，可識別高速運動物體，并可同時識別多個標簽。2什么是RFID？RFID=RadioFrequency31941～1950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。1961～1970年。RFID技術的理論得到了發(fā)展，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。RFID技術的發(fā)展31941～1950年。雷達的改進和應用催生了RFID技術，41981～1990年。RFID技術及產(chǎn)品進入商業(yè)應用階段，各種規(guī)模應用開始出現(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，RFID產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。2001至今。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，規(guī)模應用行業(yè)擴大；RFID技術的理論得到豐富和完善；單芯片電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應高速移動物體的RFID成為現(xiàn)實。RFID技術的發(fā)展41981～1990年。RFID技術及產(chǎn)品進入商業(yè)應用階段，RFID標簽與條形碼比較

項目RFID標簽芯片卡條形碼媒介電磁波電光資料特性可固定可變動可變固定重置數(shù)據(jù)無需接觸接觸重做操作時瞄準不需要對準插槽必須最小尺寸0.4x0.4mm1x1cmlx3cm形狀各種尺寸與形式方形直接印制表面損毀不影響資料讀取有一定影響資料讀取環(huán)境耐久性可抗化學侵蝕可抗化學侵蝕不抗損毀讀取距離0~100米很近（接觸式）最多12米編寫距離0~100米很近（接觸式）不可重新編寫5RFID標簽與條形碼比較項目RFID標簽芯片卡條形碼媒介電信息處理速度比較

數(shù)據(jù)量一次10次100次1000次人工錄入10秒100秒100秒2小時47分條形碼掃描2秒20秒200秒33分射頻識別0.1秒1秒10秒1分40秒6信息處理速度比較數(shù)據(jù)量一次10次100次1000次人工錄入778899RFID應用系統(tǒng)組件電子標簽(Tag)：由IC芯片及一些耦合元件組成；讀寫器（Reader）：讀取電子標簽信息的設備；計算機：進行數(shù)據(jù)管理。10RFID應用系統(tǒng)組件電子標簽(Tag)：由IC芯片及一些耦合RFID讀取過程數(shù)據(jù)時序能量11RFID讀取過程數(shù)據(jù)時序能量11RFID工作原理12RFID工作原理12RFID工作原理13RFID工作原理13（1）無功近場區(qū)又稱為電抗近場區(qū)；是天線輻射場中緊鄰天線口徑的一個場區(qū)域。在該區(qū)域中電抗性貯能場占主導地位，其中的電場與磁場的轉換類似于變壓器中的電磁、磁電之間場的轉換；在該區(qū)域中束縛于天線的電磁場未曾做功（只是進行相互交換），因而稱為無功近場區(qū)。天線場區(qū)的概念14（1）無功近場區(qū)天線場區(qū)的概念14（2）輻射近場區(qū)越過電抗近場區(qū)為輻射場區(qū)；輻射場區(qū)的電磁場已脫離了天線的束縛并作為電磁波進入空間。在輻射近場區(qū)中，輻射場占優(yōu)勢，并且輻射場的角度分布與距天線口徑的（3）輻射遠場區(qū)天線場區(qū)的概念15（2）輻射近場區(qū)天線場區(qū)的概念15電磁偶合方式：閱讀器天線將閱讀器產(chǎn)生的讀寫射頻能量以電磁波的方式發(fā)送到定向的空間范圍內(nèi)，形成閱讀器的有效閱讀區(qū)域，射頻標簽從電磁場中提取工作能源，并通過標簽的內(nèi)部電路及標簽天線將內(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系統(tǒng)進行處理。差別：電磁耦合方式中閱讀器將射頻能量以電磁波的形式發(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，沒有向空間輻射電磁能量。電磁與電感耦合的差別

16電磁偶合方式：電磁與電感耦合的差別

16射頻識別系統(tǒng)中，RFID標簽與讀寫器之間的作用距離是射頻識別系統(tǒng)中的一個重要問題。

根據(jù)射頻識別系統(tǒng)作用距離的遠近情況，射頻識別系統(tǒng)可分為密耦合、遙耦合和遠距離三類。

按操作距離劃分17按操作距離劃分17作用距離1cm以下，工作頻率一般在30MHZ以下；密耦合系統(tǒng)利用射頻標簽與讀寫器之間的電感耦合構成無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作，也稱變壓器方式。閱讀器一方的天線相當于變壓器的初級線圈，射頻標簽一方的天線相當于變壓器的次級，耦合磁場在閱讀器線圈初級與射頻標簽線圈次級之間構成閉合回路。電感耦合方式是低頻近距離無接觸射頻識別系統(tǒng)的一般耦合方式。

18作用距離1cm以下，工作頻率一般在30MHZ以下；密耦合系統(tǒng)

密耦合系統(tǒng)中射頻標簽一般是無源標簽，

天線場區(qū)：為無功近場區(qū)，

能量傳輸：通過電感耦合方式來實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)傳輸：電容（電場）耦合的負載調制實現(xiàn)。密耦合系統(tǒng)

負載調制：射頻標簽天線上的負載電阻的接通和斷開，將影響讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化，從而實現(xiàn)遠距離射頻標簽對讀寫器天線上的電壓進行振幅調制。通過數(shù)據(jù)控制負載電壓的變化，數(shù)據(jù)就能從射頻標簽傳輸?shù)阶x寫器。19密耦合系統(tǒng)19采用電感耦合可分為近耦合（典型作用距離為15厘米）和疏耦合（典型作用距離為1M）兩類。國際標準可參考的有ISO14443（近耦合）和ISO15693（疏耦合）

遙耦合系統(tǒng)20采用電感耦合遙耦合系統(tǒng)20遙耦合標簽幾乎是無源標簽，通常是由單個芯片以及作為天線的大面積線圈所組成。遙耦合系統(tǒng)目前仍是低成本射頻識別系統(tǒng)的主流，其典型工作頻率為13.56MHZ。天線場區(qū)：為無功近場區(qū)，

能量傳輸：通過電感耦合方式來實現(xiàn)。

數(shù)據(jù)傳輸：通過電感（磁場）耦合的負載調制實現(xiàn)。遙耦合系統(tǒng)21遙耦合標簽幾乎是無源標簽，通常是由單個芯片以遠距離系統(tǒng)工作距離：幾米到幾十米；頻率：915MHZ、2.45GHZ

國際標準：ISO10374、ISO18000-4-5-6等。天線場區(qū)：輻射遠場區(qū)

數(shù)據(jù)傳輸：遠距離系統(tǒng)均是利用射頻標簽與讀寫器之間的電磁耦合（電磁波發(fā)射與反射）構成無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作。采用反射調制工作方式實現(xiàn)射頻標簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸。22遠距離系統(tǒng)工作距離：幾米到幾十米；國際標準：ISO10374

滿足以下特點的遠距離系統(tǒng)是理想的射頻識別系統(tǒng)。（1）射頻標簽無源。（2）射頻標簽可無線讀寫。（3）射頻標簽與讀寫器支持多標簽讀寫。（4）適合應用于高速移動物體的識別。（5）遠距離（讀寫極力大于5-10米）。（6）低成本（可滿足一次性使用要求）。23滿足以下特點的遠距離系統(tǒng)是理想的射頻識別

（1）讀寫器將無線載波信號經(jīng)發(fā)射天線向外發(fā)射。（2）射頻標簽進入讀寫器發(fā)射天線工作區(qū)時被激活，并將自身信息代碼經(jīng)天線發(fā)射出去。（3）系統(tǒng)的接收天線收到射頻標簽發(fā)出的載波信號，經(jīng)天線的調節(jié)器傳給讀寫器，讀寫器對信號進行解碼，送后臺電腦控制器。（4）電腦控制器針對不同的設定作出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構的動作。（5）執(zhí)行機構按電腦的指令動作。（6）通過計算機網(wǎng)絡根據(jù)不同的項目用不同的軟件來完成要達到的功能。遠距離射頻識別系統(tǒng)基本工作流程24遠距離射頻識別系統(tǒng)基本工作流程24

3、射頻識別系統(tǒng)空間傳輸通道中發(fā)生的過程可歸結為三種事件模型：（1）能量是基礎。（2）時序是數(shù)據(jù)交換的實現(xiàn)方式。（3）數(shù)據(jù)交換是目的。

4、能量。閱讀器向射頻標簽供給射頻能量。無源標簽：工作能量來自閱讀器射頻能量。半有源標簽：閱讀器的射頻能量起到喚醒標簽轉入工作狀態(tài)的作用。有源標簽：不需利用閱讀器的射頻能量。253、射頻識別系統(tǒng)空間傳輸通道中發(fā)生的過程可歸結為三種

5、時序（1）雙向系統(tǒng)（閱讀器向標簽發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，標簽向閱讀器返回所存儲的數(shù)據(jù)）閱讀器先講方式射頻標簽先講方式（2）多標簽識別系統(tǒng)一般情況下，采用閱讀器先講方式，閱讀器通過發(fā)出一系列的隔離指令，使得讀出范圍內(nèi)的多個射頻標簽逐一或逐批地被隔離（令其睡眠）出去，最后保留一個處于活動狀態(tài)的標簽與閱讀器建立無沖撞的通信。265、時序26

6、數(shù)據(jù)傳輸（1）從閱讀器向射頻標簽方向的數(shù)據(jù)交換從射頻標簽存儲信息的注入方式來分，可分為有線寫入方式和無線寫入方式兩種情況。從閱讀器向射頻標簽是否發(fā)送命令來分，可分為射頻標簽只能接受能量激勵和既接受能量激勵也接受閱讀器代碼命令。（2）從射頻標簽向閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換。其工作方式包括：射頻標簽收到閱讀器發(fā)送的射頻能量時被激活，并向閱讀器反射標簽存儲的信息（此方式屬單向通信）。射頻標簽收到閱讀器發(fā)送的射頻能量被激勵后，根據(jù)閱讀器發(fā)送的指令轉入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)或“休眠”狀態(tài)（此方式為半雙工雙向通信）。

276、數(shù)據(jù)傳輸27電子標簽電子標簽（Tag）是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，Tag具有智能讀寫和加密通訊的功能，它的基本構成是由IC芯片和一些外圍元件組成。28電子標簽電子標簽（Tag）是射頻識別系統(tǒng)真射頻識別標簽一般由天線、調制器、編碼發(fā)生器、時鐘及存儲器構成。天線調制器控制器（CPU）電源編碼發(fā)生器時鐘存儲器射頻識別標簽的構成29射頻識別標簽一般由天線、調制器、編碼發(fā)生器RFIDTag形式wristbandPcbcardKeytagMetaltagGlasstageSealBlockertagtag+temp.sensor30RFIDTag形式wristbandPcbcardKey以電源方式分類：主動式（Active）、被動式（Passive）；以操作方式分類：可讀、可讀寫、內(nèi)置處理器和傳感器；RFID按使用頻率分類：低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（GHF）和微波（Microwave）；目前市場聚焦在被動式超高頻，主要是因為美國國防部（DOD）和沃爾瑪（Wal-mart）要求供應商需在線板和紙箱使用RFID標簽，以提升物流能見度。因為不需要電源即可進行信息操作，所以較藍牙和zigbee技術應用更廣泛，更受業(yè)界重視。同樣RFID內(nèi)含唯一識別碼（UID）和信息存儲特性，在價格降低后將取代大部分條碼的應用場合。

31以電源方式分類：主動式（Active）、被動式（PassivRFID種類32RFID種類32種類特征主要應用領域成本可讀RFID只能讀取資料。主要是寫入ID編碼（約數(shù)十bit）。?流程管理?物流系統(tǒng)?防止偽造

?機場行李管理低低｜中可讀寫RFID內(nèi)建數(shù)十字至數(shù)萬字存儲量的存儲器，可寫入資料。內(nèi)建微處理器內(nèi)建微處理器，使用內(nèi)建ROM里的OS和程序，主要運用于非接觸式IC卡等需要提高安全性的應用中，也有直接加載硬件加密芯片的產(chǎn)品。?電子結賬

?出入管理?會員卡高帶傳感器器內(nèi)置溫濕度、壓力等傳感器，支持特殊的行業(yè)應用。?動物識別?輪胎的管理高RFID種類33種類特征主要應用領域成本可讀RFID只能讀取資料。主要不同頻段RFID的應用領域34不同頻段RFID的應用領域34工作頻段優(yōu)點缺點低頻技術簡單、無頻率限制受環(huán)境影響較小通信速率低、工作距離短（小于10cm）、天線尺寸大高頻與低頻相比有較高的通信速率和較長的工作距離距離不夠遠（最大75cm）天線尺寸大，受金屬材料影響較大超高頻工作距離長（大于1m）、天線尺寸小、可繞開障礙物，無須視線接觸，可定向識別各國都有不同的頻段管制，對人體有傷害，發(fā)射功率受限制，受某些材料影響較大微波除具有超高頻標簽的優(yōu)點外，還具有更高的帶寬和通信速率，更長的工作距離和更小的天線尺寸共享此頻段產(chǎn)品多，易受干擾，技術復雜，對人體有傷害，發(fā)射功率受限制，受某些材料影響較大不同頻段RFID系統(tǒng)的優(yōu)缺點35工作頻段優(yōu)點缺點低頻技術簡單、無頻率限制通信速率低、工作距離

2、射頻標簽工作頻率分類

（1）低頻（LF）標簽低頻標簽工作頻率范圍30—300KHZ，典型的工作頻率有：125KHZ，133KHZ，低頻標簽一般為無源標簽，工作能量通過電感耦合(近場）獲得，閱讀距離小于1米。典型應用有：動物識別、容器識別、工具識別、自動化生產(chǎn)線、精密儀器、電子閉鎖防盜等。國際標準有：ISO11784/11785（用于動物識別）、ISO18000-2（125-135KHZ）362、射頻標簽工作頻率分類36

低頻標簽的優(yōu)勢：具有省電、廉價的特點；工作頻率不受無線電頻率管制約束；可以穿透水、有機組織、木材等；非常適合近距離、低速度的、數(shù)據(jù)量要求較少的識別應用。低頻標簽的劣勢有：存儲數(shù)據(jù)量少，只能適合低速、近距離識別應用；與高頻標簽相比，天線匝數(shù)更多，成本更高一些。37低頻標簽的優(yōu)勢：具有省電、廉價的特點；工作頻

（2）高頻（HF）標簽高頻標簽工作頻率范圍3—30MHZ，典型工作頻率為13.56MHZ，中高頻標簽一般也采用無源設置，其工作能量和低頻標簽一樣，也是通過電感耦合（近場）獲得，其基本特點與低頻標簽相似，由于其工作頻率的提高，可以選用較高的傳輸速度，天線設計相對簡單，標簽一般制成卡片形狀。典型的應用包括：無線IC卡、電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜、自動化生產(chǎn)線等。相關的國際標準有ISO14443、ISO15693、ISO18000-3（13.56MHZ)等.38（2）高頻（HF）標簽38

（3）特高頻（UHF）與超高頻（SHF）標簽超高頻與微波頻段的射頻標簽，簡稱為微波射頻標簽。閱讀距離一般大于1米，典型情況為4—6米，最大可達10米以上。各工作頻率的用途及特點：

433MHZ左右：耦合方式為反向散射耦合（遠場），主要用于貨物管理及特定場合。該頻段電磁波繞射能力強，工作距離較遠，但天線尺寸較大，該頻段的無線電業(yè)務繁雜，容易引起干擾問題。相關的國際標準有ISO18000-7(433.92MHZ)39（3）特高頻（UHF）與超高頻（SHF）標簽39

800/900MHZ頻段：我國于近期規(guī)劃出840-845MHZ及920-925MHZ頻段用于RFID技術，空間耦合方式為反向散射耦合。主要用于商品貨物流通。該頻段電磁波繞射能力強，最大工作距離可達8米左右，背景電磁噪聲小，天線尺寸適中，射頻標簽易于實現(xiàn)，是全球范圍內(nèi)貨物流通領域大規(guī)模使用RFID技術的最合適頻段。相關的國際標準有ISO18000-6(860-930MHZ)40800/900MHZ頻段：我國于近期規(guī)劃出

2.45G/5.8GHZ頻段：空間偶合方式為反向散射耦合（遠場）。主要用途為車輛識別和貨物流通。該頻段電磁波為視距傳播，繞射能力差，且相對來講空間損耗大，因此工作范圍小。由于頻率高，相對而言制造成本大，同時該頻段為ISM頻段，電磁環(huán)境復雜，干擾問題在特定場合可能較為突出。相關的國際標準有ISO18000-4（2.45GHZ)、ISO18000-5(5.8GHZ)、412.45G/5.8GHZ頻段：空間偶合方式為反向4242RFIDTag的設計關鍵43RFIDTag的設計關鍵43RFIDTag參考價格(NT$)頻率產(chǎn)品規(guī)格單一片價格數(shù)量1000數(shù)量10000以上125K厚卡302722

薄卡353325

13.56MHz

ISO14443A薄卡453530ISO14443A貼紙402825ISO15693薄卡453530ISO15693貼紙402825

UHFTag厚卡35030025018000-6紙箱標籤1009070

玻璃標籤250230200

金屬標籤400360310Gen2紙箱標籤302724AstagCo.Ltd.,200544RFIDTag參考價格(NT$)頻率產(chǎn)品規(guī)格單一片價格數(shù)量天線與芯片的結合45天線與芯片的結合45震動篩選組裝46震動篩選組裝46RFID標簽的評價指標影響RFID標簽應用質量的主要因素：芯片、封裝和天線設計。47RFID標簽的評價指標影響RFID標簽應用質量的主要因素：芯RFID標簽的的評價指標48RFID標簽的的評價指標48RFID標簽的評價指標49RFID標簽的評價指標49RFID標簽的評價指標50RFID標簽的評價指標50RFID讀卡器51RFID讀卡器51讀卡器原理52讀卡器原理525353RFID技術的優(yōu)勢快速掃描（讀寫器可同時讀取多個標簽）體積小、形狀多樣化抗污染能力和耐久性（防水、防磁、耐高溫等）可重復使用穿透性和無屏障閱讀（讀取距離大）數(shù)據(jù)的記憶容量大、存儲信息可更改安全性（標簽上的數(shù)據(jù)可以加密）54RFID技術的優(yōu)勢快速掃描（讀寫器可同時讀取多個標簽）54RFID產(chǎn)品的缺點

1.成本稍高2.不適用于金屬或導電環(huán)境3.透射液體會影響信息讀取性能4.易受電磁波干擾5.識別的適當性6.隱私問題55RFID產(chǎn)品的缺點1.成本稍高55使用環(huán)境的挑戰(zhàn)物體類型RF影響紙類產(chǎn)品吸收液體吸收塑膠品波長微變金屬反射罐頭堆（金屬、玻璃）聚焦、反射、濾波動物或人體吸收、反射、波長微變56使用環(huán)境的挑戰(zhàn)物體類型RF影響紙類產(chǎn)品吸收液體吸收塑膠品波長

識讀率與誤碼率數(shù)據(jù)的加密與安全性讀寫器與應用系統(tǒng)之間的接口

通信協(xié)議時序系統(tǒng)通信握手數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)的完整性多標簽讀寫防沖突干擾與抗干擾5757

1、時序系統(tǒng)如果從讀寫器到射頻標簽的數(shù)據(jù)傳輸和能量傳輸與從射頻標簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸在時間上是交叉進行的，這就是時序系統(tǒng)，也稱為純粹的時序系統(tǒng)。

5858與時序系統(tǒng)概念關聯(lián)密切的通信系統(tǒng)概念：（1）全雙工（FullDuplex）系統(tǒng)：是指通信的雙方可以同時雙向工作，互相傳輸信息。（2）半雙工（HalfDuplex）系統(tǒng)：是指通信的雙方可以雙向工作傳輸信息，但在同一時間只能向一個方向傳輸信息。

（3）單工系統(tǒng)：是指通信的雙方只能從一方將信息傳到另一方，即一方始終為發(fā)送方，另一方始終為接收方。59與時序系統(tǒng)概念關聯(lián)密切的通信系統(tǒng)概念：59

2、通信握手通信握手所要解決的基本問題包括：（1）溝通通信雙方的工作狀態(tài)（是否準備好？誰收誰發(fā)？）。（2）協(xié)調通信雙方的位速率（數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐絾栴}）。（3）數(shù)據(jù)收發(fā)是否正確的確認。6060

3、數(shù)據(jù)楨數(shù)據(jù)楨的定義：適合于傳送與接收雙方的具有完整意義的連續(xù)數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)串的規(guī)格。數(shù)據(jù)楨是一個完整數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚挝?。這是一個抽象的概念，將其具體化后可表示為多種數(shù)據(jù)傳輸過程中的楨概念，如命令楨、地址楨、數(shù)據(jù)楨、信息楨、控制楨等

6161

4、多標簽讀寫防沖突由讀寫器到射頻標簽的通信，發(fā)送的數(shù)據(jù)流同時被所有的射頻標簽接收，這種通信形式被稱作“無線電廣播”。由射頻標簽到讀寫器的通信，多個射頻標簽的數(shù)據(jù)同時傳輸給讀寫器，這種通信形式稱作多路存取。反碰撞法：在射頻識別系統(tǒng)中，使多路存取無故障地進行存取記錄的技術方法被稱作反碰撞法。6262

（1）空分多路法（SDMA）：在分離的空間范圍內(nèi)重新使用確定的資源（通路容量）的技術。（2）頻分多路法（FDMA）：把若干個使用不同載波頻率的傳輸通路同時提供給通信用戶使用的技術。（3）時分多路法（TDMA）：把整個可供使用的通路容量按時間分配給多個用戶的技術。63（1）空分多路法（SDMA）：在分離的空間范圍內(nèi)重新

5、干擾與抗干擾空間傳輸信道的干擾帶來的直接影響是讀寫器與射頻標簽通信過程中數(shù)據(jù)接收出錯。

射頻標簽接收數(shù)據(jù)時出錯可能導致的結果：

（1）射頻標簽錯誤地響應讀寫器的命令。（2）造成射頻標簽工作狀態(tài)混亂。（3）造成寫入射頻標簽的數(shù)據(jù)出錯。（4）射頻標簽錯誤地進入休眠狀態(tài)。6464

讀寫器接收數(shù)據(jù)時出錯可能導致的結果：

（1）不能識別正常工作的射頻標簽，判斷射頻標簽故障。（2）將一個射頻標簽判斷為另一個射頻標簽，造成識別錯誤。

可能的抗干擾措施包括：

（1）通過射頻標簽與讀