RFID——射频识别

无线射频识别（RFID）技术无线射频识别（RFID）技术•RFID概述•组成与分类•工作原理•应用领域概述•RFID的英文全称是RadioFrequencyIdentification，射频识别，又称电子标签，无线射频识别，感应式电子晶片，近接卡、感应卡、非接触卡、电子条码。•RFID射频识别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对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。适于实现自动化且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡，操作快捷方便。二、RFID组成与分类1.基本组成部分：狭义的RFID系统•电子标签（tag，transponder）•读写器（reader）•天线（antenna）完整的RFID系统•数据采集端：标签、阅读器、天线•中间件或者接口•应用系统如MIS/ERP等RFID系统组成结构图中间件（1）RFID标签•俗称电子标签，也称应答器，根据工作方式可分为主动式（有源）和被动式（无源）两大类。RFID标签芯片的内部结构主要包括射频模块、存储器、控制模块及天线四部分。•射频模块及天线—由于读写器和标签之间采用无线通信方式，因此它们都有无线收发模块。•存储器存储器存储器—内存容量在几个比特到几十干字节之间，可储存永久性数据和非永久性数据。•控制模块—完成接收、译码及执行读写器命令，控制读写数据，负责数据安全等功能。（2）读写器•也称阅读器、询问器，是对RFID标签进行读/写操作的设备，主要包括射频模块和读写模块两部分。•射频模块－用于发送和接收数据•读写模块－接收射频模块传输的信号，译码后获得标签内信息，或将要写入标签的信息译码后传给射频模块，完成写标签操作。（3）天线•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。（4）中间件•存在于RFID数据采集端和后台的计算机系统之间的数据流上的一个中间结构体。作用：数据过滤、数据分发、数据集成（如多个阅读器数据的汇总），是阅读器和MIS之间的数据处理部分。(5)应用系统•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。RFID系统的参数•参数很多，表现在：识读率•基本参数包括：•系统频率：125KHz～5.8MHz•阅读距离：几毫米～几百米•可读写容量（内存）：0～几十Kbytes•多标签识别数量（抗冲撞性）：0～1000个•阅读器抗冲撞性：很重要•识别速度：～几百公里/小时•物理性能：温度、适度、大小等等2.分类(1)按应用频率•1、低频段射频标签典型工作频率：125K，134K；•低频标签的典型应用有：动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）等。与低频标签相关的国际标准有：ISO11784/11785（用于动物识别）、ISO18000-2（125-135kHz）。低频标签有多种外观形式，应用于动物识别的低频标签。读卡距离在10厘米之内，最远不超过一米。•主要优势：采用CMOS工艺，省电、廉价的特点；工作频率不受无线电频率管制约束；可以穿透水、有机组织、木材等；适合近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应用（例如：动物识别）等。劣势主要体现在：标签存贮数据量较少；只能适合低速、近距离识别应用；容易复制，安全性较差。•2、高频率电子标签•典型工作频率为：13.56MHz，可方便地做成卡状。•典型应用包括：电子车票、电子身份证。•国际标准有：ISO14443、ISO15693、ISO18000-3（13.56MHz）等。工作频率的提高，可以选用较高的数据传输速率。射频标签天线设计相对简单，标签一般制成标准卡片形状。读卡距离一般情况小于10CM。•3、超高频与微波标签•典型工作频率为：433.92MHz，862(902)~928MHz，2.45GHz，5.8GHz。•无源标签，射频识别距离一般大于1m，典型情况为4~6m，最大可达10m以上。•有源标签一般阅读标签距离工作在80米以内，最远可达四五百米。•典型应用包括：移动车辆识别、电子身份证、仓储、物流应用等。•相关的国际标准有：ISO10374，ISO18000-4（2.45GHz）、-5（5.8GHz）、-6（860-930MHz）、-7（433.92MHz），•无源标签系统，首先根据上层软件需求，应用软件系统向阅读器发送相应指令，阅读器响应指令并通过天线向外辐射电磁波。处在该阅读器识读范围内的标签接受电磁波激励，将其一部分能量整流为直流电源供标签内部电路工作，而另一部分电磁波被标签内部保存的数据按照约定的调制方式进行信息调制(反射调制或反向散射调制)后发回阅读器。阅读器接收调制信号并解调得到预期数据并传给应用软件执行相应操作。（2）RFID按照能源的供给方式•有源标签由电池供电，它会间歇性(频度可以设置)地向外主动发送包含自身ID信息或其他数据信息的电磁波，处于侦听状态的阅读器接收到该电磁波信号即可按照约定规则解调得到可被利用的数据。•半有源标签虽有电池供电，但其自身并不主动发送电磁波，而是等待有阅读器电磁波信号激励的时候，半有源标签才在电池辅助的状态下进行电磁波调制并发回阅读器。（3）按标签内部使用存储器类型•只读卡(RO)：只读标签内部只有只读存储器(ReadOnlyMemory，ROM)和随机存储器(RandomAccessMemory，RAM)•可读写卡(RW)：标签内部的存储器除了ROM、RAM和缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。•一次写入多次读出卡(WORM)（4）按标签中存储器数据存储能力•标识标签：存储的只是标识号码，用于对特定的标识项目，如人、物、地点进行标识，关于被标识项目的详细的特定信息，只能在与系统相连接的数据库中进行查找。•便携式数据文件：标签中存储的数据非常大，可以看作是一个数据文件。这种标签一般都是用户可编程的，如包装说明、工艺过程说明等。标签的成本•对于RFID系统来讲，标签是消耗品。系统的其他投资是一次性的，而标签的投资则是经常性的，即使是可以回收利用的系统，也需要经常补充损坏或者遗失的标签。目前，标签的成本都比较高，因此，RFID系统的选择必须根据被识别物品本身的价值以及所能创造的附加值等来综合考虑。目前RFID标签的成本低频一般在3块钱以下，高频一般在15元以下，而超高频标签一般在30元以上。而对于有源系统来讲，标签成本更加昂贵，大多在100元以上。•读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被启动（PassiveTag，无源标签或被动标签），或者标签主动发送某一频率的信号（ActiveTag，有源标签或主动标签）。•标签将自身编码等信息透过标签内天线发送出去。•读写器接收天线接收到从标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和译码然后送到后台软件系统处理。•后台软件系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行相应的动作。三、RFID工作原理RFID系统工作示意图RFID系统工作流程图1.标签标签与阅读器之间的耦合方式（主要有两种）：（1）电磁感应•即所谓的变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。电磁感应方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。•电磁感应系统识别距离一般较近，典型工作频率125kHz,225kHz,13.56MHz，典型作用距离为10～20cm。（2）电磁反向散射耦合•即所谓的雷达原理模型，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。电磁反向散射耦合方式一般适合于超高频、微波工作的远距离射频识别系统。•电磁传播系统识别距离较远，典型工作频率为433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz，典型工作距离为3～10m。2.读写器主要功能：•与应答器的通信功能：读写器的基本功能•与应用系统之间的通信功能：让应用系统能够对读写器进行控制并处理应答器的数据信息•在读写区内实现多应答器识别，完成防冲突功能•校验读写过程中的错误射频模块包含发送器和接收器，其功能包括：•产生发射功率以启动应答器并提供能量；•对发射信号进行调制，用于将数据传送给应答器；•接收并解调来自应答器的射频信号。控制模块也称为读写模块，其功能包括：•与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发来的动作指令；控制与应答器的通信过程；•信号的编码与解码；防冲突算法的执行；•对物理读写器与应答器之间传送的数据进行加密和解密；•进行物理读写器与应答器之间的身份认证3.读写器与应用系统之间的接口-中间件:由读写器适配器、事件管理器和应用程序接口3个组件组成事件处理数据服务接口RFID读写器1RFID读写器n网络接口网络接口RFID读写器RFID中间件企业应用设备管理系统RFID读写器2…………JMS客户SOAP客户.NET客户中间件主要目的：•①隔离应用层与设备接口；•②处理读写器与传感器捕获的原始数据；•③提供应用层接口用于管理读写器、查询RFID观测数据。中间件是介于前端读写器硬件模块与后端数据库、应用软件之间的一类软件,是RFID应用部署运作的中枢。RFID系统工作原理图中间件及应用软件数据协议处理器标签驱动(射频单元)读写器电子标签响应单元编码存储器解码物理接口(调制解调)读数据写数据命令查询写入读取应用程序接口(API)空中接口(AirInterface)芯片天线封装数据能量•非接触识别，使用寿命长•数据可读写•非可视读取数据（非光识别），需要专业设备读取•远距离读取、高速度•具有一定的数据存储能力•多标签抗冲撞，多目标同时识别•环境适应性强，不怕灰尘、油污等•智能传感器（压力、温度传感器）•很高的识别精度•全球唯一ID号码，克隆困难RFID系统特性（优点）RFID系统特性（缺点）•各种RFID性能差异较大•对发射电磁波或者吸收电磁波的识别对象，系统失效•对环境电磁噪声较为敏感•同时识别的对象的多少可以影响识读效果•RFID硬件现场安装情况会影响识读效果•阅读器的发射功率会影响识读效果•RFID技术本身还在不断地发展中•成本问题、标准问题、隐私权、监管问题四、RFID应用分类1．EAS系统EAS(ElectronicArticleSurveillance)是一种设置在需要控制物品出入门口的RFID技术。这种技术的典型应用场合是商店、图书馆和数据中心等地方，当未被授权的人从这些地方非法取走物品时，EAS系统会发出警告。典型的EAS系统一般由三部分组成：①附着在商品上的电子标签，电子传感器。②电子标签灭活装置，以便授权商品能正常出入。③监视器，在出口形成一定区域的监视空间。2．便携式数据采集系统便携式数据采集系统是使用带有RFID阅读器的手持式数据采集器采集RFID标签上的数据。•这种系统具有比较大的灵活性，适用于不宜安装固定式RFID系统的应用环境。•手持式阅读器(数据输入终端)可以在读取数据的同时，通过无线电波数据传输方式实时地向主计算机系统传输数据，也可以暂时将数据存储在阅读器中，成批地向主计算机系统传输数据。3．物流控制系统–在物流控制系统中，RFID阅读器分散布置在给定的区域，并且阅读器直接与数据管理信息系统相连，信号发射机是移动的，一般安装在移动的物体、人上面。–当物体、人流经阅读器时，阅读器会自动扫描标签上的信息并把数据信息输入数据管理信息系统进行存储、分析和处理，以达到控制物流的目的。4．定位系统定位系统用于自动化加工系统中的定位，以及对车辆、轮船等进行运行定位支持。–阅读器放置在移动的车辆、轮船或者自动化流水线中移动的物料、半成品和成品上，信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。–信号发射机上存储有位置识别信息，阅读器一般通过无线的方式(有的采用有线的方式)连接到主信息管理系统。RFID行业应用1.物流物流是RFID最有