RFID技术及其应用

RFID技术及其应用2目录一、RFID技术介绍二、RFID技术在各领域的应用三、RFID技术面临的挑战及应对策略3一、RFID技术介绍1.RFID的定义2.RFID技术发展历史及应用现状3.RFID技术在中国的发展4.RFID系统组成5.RFID技术的工作原理6.RFID系统的分类7.RFID技术与其他自动识别技术的比较8.RFID技术的优点4RFID的定义•RFID的英文全称是RadioFrequencyIdentification，射频识别，又称电子标签，无线射频识别。•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，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。它广泛应用于物流管理、交通运输、医疗卫生、商品防伪、安全防护、管理与数据统计等领域，被公认为二十一世纪十大重要技术之一。•从概念上来讲，RFID类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID单元，利用RF信号将信息由RFID单元传送至RFID读写器。5RFID技术发展历史及应用现状•RFID技术的起源归结为20世纪初期雷达技术的发展及应用。1948年HarryStockman发表的“Communicationbymeansofreflectedpower”一文奠定了无线射频识别技术的理论基础，也拉开了RFID技术全面研究的序幕。•20世纪50年代是RFID技术的初步探索阶段，以实验室内实验研究为主。•20世纪60年代，RFID技术的理论研究取得了进步，开始了一些应用尝试。•20世纪70年代，RFID技术与产品研发处于一个快速发展时期，很多科研院所和商业机构开始投入到RFID的研发中来。出现了一些最早的RFID商业应用。6•20世纪80年代，RFID技术更加成熟。各种封闭独立的RFID系统应用开始逐步出现。•20世纪90年代，RFID技术发展更全面。RFID产品在门禁系统、防盗系统、航空行李识别、电子付费及运动计时方面都得到广泛的应用。•随着RFID的广泛应用，为保证不同RFID设备及系统的相互兼容，RFID技术标准化问题越来越得到重视。这时，EPCglobal(全球电子产品码协会)应运而生，它是由UCC(北美统一码协会)和EAN(欧洲商品编码协会)共同发起组建，并专门负责制定RFID的标准。•进入21世纪，RFID技术理论得到进一步丰富和完善，RFID产品种类变得更加丰富，被动型、主动型电子标签都得到发展，电子标签的成本也不断下降。而全球最大的零售商沃尔玛公司的一项“要求其前100家供应商从2005年1月起，向其配送中心发送货盘和包装箱时使用RFID技术，2006年1月起在单件商品中使用该技术”的决议，再次把RFID技术推到了聚光灯下。7RFID技术兴起于二十世纪90年代，该技术在世界范围内广泛地应用于社会生活的各个领域，而在我国则起步较晚，与先进国家相比还存在较大的差距。目前，我国射频识别技术还处于研发阶段，存在技术水平不高，标准规范不完整等问题。同时，我国射频识别技术又拥有广阔的发展前景和巨大的市场潜力。为了跟上RFID技术的国际水平，2006年中国政府15个政府部门机构联合发布了中国RFID技术政策白皮书，确定了国内RFID技术发展的三个阶段。为适应我国社会经济发展对超高频RFID技术的应用需求，根据我国无线电频率划分和产业发展情况，并与国际相关标准衔接，2007年5月我国制定并公布了800/900MHz频段RFID技术应用试行规定。引导中国的“电子标签”发展进入标准化、规范化的轨道。RFID技术在中国的发展8RFID系统组成•一个简单的RFID系统有四部分组成:–电子标签（Tag）–阅读设备（Reader）–天线（Antenna）–应用系统9RFID系统组成•1.电子标签(Tag)：由芯片、天线及载体组成，芯片其内存用来保存ID等特定信息。天线是用来接受和发送信息和指令。载体是用来安装和保护芯片和天线。每个RFID标签具有唯一的电子编码，附在物体上标识目标对象。102.读写器也称阅读器、询问器(reader,interrogator)，是对RFID标签进行读/写操作的设备，读写器是RFID系统中最重要的基础设施，可设计为手持式或固定式。RFID系统组成11•3.天线（antenna）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，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。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。RFID系统组成12RFID系统组成•4.应用系统应用系统可运行应用软件，是对阅读器传输来的数据进行处理的装置。在射频识别系统中，阅读器和电子标签的所有动作都由应用软件来控制。13RFID技术的工作原理读写器通过天线把电磁波发射到空中，邻近的标签被电磁波激活；电磁波在标签上的天线中激励起高频电流，转换后推动标签的集成电路工作；被激活的标签会随即发射出载有标签资料的无线电波，这些微弱的无线电波最后再由读写器接收。读写器与电脑连接，对标签传回的资料进行处理或启动回应该资料的相关电脑程序。14RFID系统的分类按照不同的分类方法，RFID系统有不同的分类。1.根据系统工作的频率不同，RFID系统可以分为低频(LowFrequency，LF，30~300KHz)、高频(HighFrequency，HF，3~30MHz)、超高频(UltraHighFrequency，UHF，300~1000MHz)以及微波(MicroWave，MW，2.45GHz，5.8GHz)系统。如图所示为RFID系统工作频谱图。15参数低频(LF)高频(HF)超高频(UHF)微波(uW)频率125～134KHz13.56MHz433MHz，860～960MHz2.45GHz，5.8GHz技术特点穿透及绕射能力强(能穿透水及绕射金属物质)；但速度慢、距离近性价比适中，适用于绝大多数环境；但抗冲突能力差速度快、作用距离远；但穿透能力弱(不能穿透水，被金属物质全反射)，且全球标准不统一一般为有源系统，作用距离远；但抗干扰力差作用距离10cm1～20cm3～8m10m主要应用门禁、防盗系统畜牧、宠物管理智能卡电子票务图书管理商品防伪仓储管理物流跟踪航空包裹自动控制道路收费162.根据RFID系统工作机理不同，可以将RFID系统分为电磁耦合和电感耦合。电磁耦合与电感耦合的差别在于电磁耦合方式中阅读器将射频能量以电磁波的形式发送出去；在电感耦合方式中，阅读器将射频能量束缚在阅读器电感线圈的周围，通过交变闭合的线圈磁场，沟通阅读器线圈与射频标签线圈之间的射频通道，没有向空间辐射电磁能量。NS标签读写器读写器标签远距离电磁耦合近距离电感耦合173.根据RFID系统标签有无电源的不同，可以将RFID系统分为被动型、主动型。被动型标签内部没有电池，标签通过耦合读写器发射的电磁波的能量来工作。它的重量轻，体积小，成本低，使用寿命很长。但它的识别距离较小，而且需要比较大的发射功率的读写器。主动型系统的标签内部装有电池，标签通过电池供电主动发射信号，识别距离较长，但标签的成本较高，体积比较大，同时它的寿命限制于电池的寿命。标签类型电力/电波价格传送距离特征厂家被动型不带电源,不能独自发射电波低8元-80元目标0.4元数mm-数m可半永久性使用只能读数据标签中只有ID,数据管理在数据中心日立AlienTechnology主动型带有电源,可独自发射电波高80元数10m-数百米电源寿命(1-10年)数据可改写OMRONRFCCODE18RFID技术与其他自动识别技术的比较•目前广泛应用的自动识别技术主要包括摄像、条码、磁卡、IC、射频等，这些识别技术都有各自的优缺点及适于应用的场合。下表显示了几种识别技术的区别：19只要通过RFIDReader即可，不需接触，直接读取信息至数据库内，且可一次处理多个标签，并可以将物流处的状态写入标签，供下一阶段物流处理使用。纸张受到脏污就会看不到，但RFID对水、油和药品等物质却有强力的抗污性。RFID在黑暗或脏污的环境中也可以读取数据。形状小型化和多样化RFID为电子数据，可以反复被覆写，因此可以回收标签重复使用。如被动RFID，不需要电池就可以使用，没有维护保养的需要。数据容量会随着记忆规格的发展而扩大，未来物品所需携带的资料将越来越大，对卷标所能扩充的容量的需求也增加，RFID则不会受到此类限制数据记忆量大数据的读写机能耐环境性可重复使用RFID在读取上尺寸不受大小与形状限制，不需要为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。因此，RFID电子标签便可往小型化与应用在不同产品。因此，可以更加灵活的控制产品的生产。RFID技术的优点二、RFID技术在各领域的应用1.交通领域2.医疗领域3.防伪技术领域4.物流领域5.安全防护领域6.管理与数据统计领域1、在交通领域的应用•路桥电子收费管理系统•海关车辆自动核放系统•智能停车场管理系统•火车车厢与货运集装箱识别路桥电子收费管理系统当车辆通过路桥车道并进入车道天线的通讯区域时，安装在车辆内的电子标签立即将车辆信息、行车记录信息等信息向车道天线发送，车道天线接收到信息后通过交易控制器把信息传送给车道控制机，信息经车道控制机处理后，再将当前行车记录等信息逆向传给车道天线，最后写入该车的电子标签。这样，每个收费站都可以通过获取车辆的行车记录来计算出应收通行费，然后通过收费网络在该车车主开设的银行帐号进行扣帐，实现自动收费。当车辆或集装箱车进入通道，被入口感应圈检测到时，将激活读写器，读写器在7-10米的距离和0.5秒内读取汽车挡风玻璃上的电子标签，对车辆的合法身份进行有效性检验。车外读写设备一般与车辆信息管理系统连网工作，可通过车辆信息管理系统实时地交换信息。必要时可发出指令，禁止该车通行。车外读写设备也可以不联网脱机工作，读取车辆电子标签信息，并利用存在机内的黑名单进行对比，采取必要的措施。当离开监测区，出口感应圈检测到车辆时，清除电子车辆显示器（选件）上的内容，关闭自动栏杆（选件），将出入车辆数据提交到信息管理系统。海关车辆自动核放系统智能停车场管理系统当该车辆驶入/出门禁天线通信区时，天线以微波通讯的方式与电子识别卡进行双向数据交换，从电子车卡上读取车辆的相关信息，在司机卡上读取司机的相关信息，自动识别电子车卡和司机卡并判断车卡是否有效和司机卡的合法性，车道控制电脑显示与该电子车卡和司机卡一一对应的车牌号码及驾驶员等资料信息；车道控制电脑自动将通过时间、车辆和驾驶员的有关信息存入数据库中，车道控制电脑根据读到的数据进行判断如下：◇正常卡：当读到的车牌号和司机卡都是合法的，活动门自动打开，车辆离开后，活动门自动关闭；◇未授权卡：当读到的车卡或司机卡是未授权的，系统报警并抓拍保存图片，活动门闸不开启；◇无卡车：当车辆触发线圈2时，系统没有读到车卡和司机卡时，系统判定为无卡车，系统报警并抓拍保存图片，活动门不开启；◇非法卡：非本单位卡片，虽被读卡器读出数据，但不是本单位，系统报警并抓拍保存图片，活动门不开启。火车车厢识别在火车运营中使用RFID系统有个很大的优势在于火车是按既定路线运行。所以肯定要通过设定的读写器的地点。通过读到的数据，能够得到火车的身份、监控火车的完整性，以防止遗漏在铁轨上的车厢发生撞车事故，同时在车站能将车厢重新编组。射频卡一般安在车厢顶边，读写器安在铁路沿线，就可得到火车的实时信息及车厢内装的物品信息。将记录有集装箱号、箱型、货物种类、数量等数据的标签安装在集装箱上，在经过安装有识别设备的公路、铁路的出入口、码头的检查门时，RFID标签自动感应后将相应的数据返回阅读器，从而将标签上保存的信息