射頻識(shí)別系統(tǒng)系列講座[第1、2講]——什么是RFID(射頻識(shí)別系統(tǒng))?
載碼體分為標(biāo)識(shí)頭、標(biāo)簽、PCB三種形式,通常附著于產(chǎn)品載體乃至是產(chǎn)品本身,這樣就提供了一個(gè)隨產(chǎn)品移動(dòng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)。
RFID系統(tǒng)包括三個(gè)基本組成部分:
1) 載碼體
2) 天線
3) 控制器

◆載碼體
載碼體包含線圈、已編程的芯片,以及電池(在有源讀寫(xiě)系統(tǒng)中)。
標(biāo)識(shí)頭(Tags)
標(biāo)識(shí)頭有各種不同的尺寸、存儲(chǔ)容量、工作溫度和讀寫(xiě)范圍。
標(biāo)識(shí)頭小到可以置于動(dòng)物體內(nèi),大到可以覆蓋整個(gè)桌面。幾乎所有的標(biāo)識(shí)頭都是封裝的,所以耐振動(dòng)、化學(xué)制品、潮濕和灰塵。盡管標(biāo)識(shí)頭不受大多數(shù)環(huán)境因素的影響,其讀寫(xiě)距離仍受周邊金屬和電磁輻射的影響。
標(biāo)識(shí)頭可以通過(guò)內(nèi)部電池供電(通常稱為“有源標(biāo)識(shí)頭”)或感應(yīng)耦合供電(稱為“無(wú)源標(biāo)識(shí)頭”)。無(wú)源標(biāo)識(shí)頭無(wú)需維護(hù),幾乎可以永久使用。有源標(biāo)識(shí)頭的使用壽命取決于電池,有些標(biāo)識(shí)頭配有可更換電池或超容量電池。
標(biāo)簽(Labels)
標(biāo)簽是一層附著有存儲(chǔ)芯片的紙或聚酯,它上面有經(jīng)過(guò)印刷、沖壓,蝕刻或鍍層的RF線圈。盡管不如封裝的載碼體那樣更能適應(yīng)環(huán)境條件,標(biāo)簽有一個(gè)絕無(wú)僅有的特性,那就是價(jià)格低廉,這特別適用于開(kāi)環(huán)的應(yīng)用(或一次性使用)。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中,標(biāo)簽附著在產(chǎn)品上,并隨產(chǎn)品在整個(gè)物流鏈中移動(dòng)。判斷一個(gè)系統(tǒng)是不是開(kāi)環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)是:當(dāng)產(chǎn)品最終被用戶購(gòu)買時(shí),例如一臺(tái)PC,標(biāo)簽是否退出了物流鏈的循環(huán)。相反,在可復(fù)用標(biāo)識(shí)頭應(yīng)用中,例如托盤(pán)跟蹤,標(biāo)識(shí)頭將一直保留在物流鏈中。標(biāo)簽價(jià)格低廉,對(duì)大批量用戶極具吸引力。
PCB (印刷電路板)
印刷電路板(PCB)可以嵌入產(chǎn)品或運(yùn)輸設(shè)備,耐高溫的特性使之可以用于塑料托盤(pán)的制造,但是當(dāng)它直接接觸外部環(huán)境時(shí)(例如雨淋,過(guò)于潮濕等),就需要進(jìn)行一定形式的封裝。RFID PCB的優(yōu)點(diǎn)在于價(jià)格低廉,并且能夠適應(yīng)標(biāo)簽所不能承受的環(huán)境條件。
塑料托盤(pán)的制造是RFID PCB應(yīng)用的一個(gè)很好的例子。在塑料托盤(pán)制造周期的超聲焊接階段之前,將PCB置于塑料托盤(pán)中。這樣,PCB就把托盤(pán)變成了一個(gè)“智能托盤(pán)”,在整個(gè)物流鏈中都可以將數(shù)據(jù)讀寫(xiě)到托盤(pán)中。
◆天線(Antenna)
天線是使用無(wú)線電波讀或?qū)憯?shù)據(jù)到載碼體中去的裝置。
有的系統(tǒng)使用分離的天線和控制器,有的系統(tǒng)把天線和控制器集成到一個(gè)只讀器(Reader)或讀寫(xiě)器(Reader/Writer)中。天線的大小形態(tài)各異,小的天線可以放在很狹小的空間,大型天線可以用于更遠(yuǎn)的讀寫(xiě)范圍。另外,天線提供了獨(dú)特的解決方案。應(yīng)用于磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器生產(chǎn)的可潛水天線就是一個(gè)例子:當(dāng)標(biāo)識(shí)頭浸入水下時(shí),安裝在去離子水下的天線就可以讀寫(xiě)標(biāo)識(shí)頭中的數(shù)據(jù)。其它的例子包括把天線做成通道式的,設(shè)在傳送帶周圍當(dāng)作通道口,甚至當(dāng)作碼頭的大門。當(dāng)載碼體通過(guò)這些入口(又稱通道或門)時(shí),我們就可以讀寫(xiě)其中的數(shù)據(jù)了。
◆控制器(Controller)
控制器用來(lái)管理天線與PC、PLC、服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)接口模塊的通訊接口。
主機(jī)系統(tǒng)與控制器連接并通過(guò)并口、串口或通訊總線訪問(wèn)載碼體。RFID控制器也可以通過(guò)編程直接利用載碼體存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制。一些控制器甚至還有直接能被控制器激活的I/O點(diǎn),這樣可以減輕主機(jī)系統(tǒng)的工作負(fù)荷。
只讀式(Read-Only)
RFID系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的形式是只讀式,它可以直接取代條形碼技術(shù)。其優(yōu)勢(shì)在于讀取100%準(zhǔn)確, 能夠耐受惡劣的環(huán)境和無(wú)需光學(xué)可視。
讀取正確率通常是選擇RFID的關(guān)鍵因素。固定位置的條碼只讀器, 一次掃描能達(dá)到95%~98%的正確率質(zhì)量已經(jīng)很不錯(cuò)了。受環(huán)境因素及維護(hù)情況的影響,條碼的正確率慢慢會(huì)降到不足90%。在大多數(shù)情況下, RFID第一次通過(guò)率可高達(dá)99.5%~100%。另外, 由于沒(méi)有移動(dòng)部件或光學(xué)組件,維護(hù)更是簡(jiǎn)單。
工業(yè)環(huán)境的苛刻要求也使得RFID成為最佳選擇。一些環(huán)境要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在液體、化學(xué)藥劑、粉塵及高溫環(huán)境中都能正常運(yùn)作。應(yīng)用實(shí)例包括天線和載碼體當(dāng)完全浸在水下時(shí)仍能傳輸數(shù)據(jù)。載碼體甚至可以通行240攝氏度高溫的烤漆爐。
當(dāng)考慮到是否必須光學(xué)可視時(shí),RFID的價(jià)值進(jìn)一步得到了體現(xiàn)。使用RFID,載碼體不一定要在讀頭的光學(xué)可視范圍內(nèi)。載碼體具有穿透大多數(shù)非金屬材料(假設(shè)使用的頻率恰當(dāng))的能力,因此可以嵌入載體、容器乃至產(chǎn)品中。而且,這些容器和產(chǎn)品可以密封在外包裝中,這對(duì)數(shù)據(jù)采集結(jié)果并無(wú)不利影響。
讀/寫(xiě)式(可復(fù)用)
更進(jìn)一步的,可讀可寫(xiě)的RFID 可被用作動(dòng)態(tài)電子單據(jù),使得用戶可以減少網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)量,連接遠(yuǎn)程生產(chǎn)站,或者在主機(jī)或PLC停機(jī)時(shí),替代PC或PLC控制生產(chǎn)。
下面是電子單據(jù)的一個(gè)例子:在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造中,載碼體附在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)載工具上,行程路線及內(nèi)建指令均寫(xiě)在載碼體里。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和運(yùn)載工具接近第一個(gè)站點(diǎn)時(shí),讀寫(xiě)器讀取載碼體信息并據(jù)此決定發(fā)動(dòng)機(jī)是否在本站進(jìn)行加工。如果回答是肯定的,載碼體中的指令就被讀出并送到本地處理器,本地處理器根據(jù)收到的指令決定如何操作自動(dòng)化設(shè)備。加工完成后,關(guān)鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)和生產(chǎn)結(jié)果就存在載碼體中。這就使得用戶日后可以查詢?cè)诓煌a(chǎn)階段發(fā)生的所有質(zhì)量問(wèn)題。如果加工失敗,失敗信息也被寫(xiě)到載碼體中。然后,在到達(dá)下一個(gè)站點(diǎn)之前,該發(fā)動(dòng)機(jī)將被移出生產(chǎn)線并輸送到遠(yuǎn)程的返工站點(diǎn)。在返工站點(diǎn),載碼體中的數(shù)據(jù)被讀出,我們就可以根據(jù)數(shù)據(jù)決定如何修復(fù)該發(fā)動(dòng)機(jī)。
在電子工業(yè)領(lǐng)域,一些公司更深入地使用電子單據(jù),使得即使中央服務(wù)器或主機(jī)停機(jī)時(shí)生產(chǎn)仍然可以繼續(xù)進(jìn)行。由于載碼體可以把內(nèi)存的指令傳給某個(gè)站的本地處理器,生產(chǎn)線的運(yùn)行可以不依賴于工廠網(wǎng)絡(luò)。

讀/寫(xiě)式(一次性使用)
更進(jìn)一步,一次性載碼體可應(yīng)用于產(chǎn)品的制造過(guò)程中并且貫穿于整個(gè)物流鏈(從制造到零售再到最終用戶)。從本質(zhì)上講,RFID載碼體是用于生產(chǎn)的“智能產(chǎn)品”,它可以與周圍環(huán)境交流。
下面以RFID標(biāo)簽應(yīng)用于電視機(jī)生產(chǎn)為例子,說(shuō)明如何創(chuàng)造“智能產(chǎn)品”。
在生產(chǎn)過(guò)程中,RFID載碼體被置于電視機(jī)外殼內(nèi)側(cè)。使用載碼體后,載碼體伴隨著“智能產(chǎn)品”一直到倉(cāng)庫(kù)。在倉(cāng)庫(kù)里,載碼體可用于查找某種型號(hào),或者安排不同型號(hào)的運(yùn)輸路線以使其到達(dá)指定的存放位置。另外,讀寫(xiě)器具有在同一磁場(chǎng)同時(shí)與多個(gè)載碼體通訊的能力,這樣,當(dāng)出庫(kù)時(shí)所有的電視機(jī)都可以同時(shí)被讀寫(xiě),無(wú)論電視機(jī)是堆在貨架上還是在單獨(dú)運(yùn)輸中。這使用戶可以把目的地信息寫(xiě)入“智能產(chǎn)品”,或是記錄發(fā)送了什么,從而實(shí)現(xiàn)電子記帳。
當(dāng)貨物到達(dá)零售倉(cāng)庫(kù)時(shí),在進(jìn)入大樓的同時(shí),“智能產(chǎn)品”就被讀取,提供快速貨物清單簽收,并能自動(dòng)結(jié)算應(yīng)付給供應(yīng)商的貨款。
接下來(lái),“智能產(chǎn)品”就被跟蹤到零售點(diǎn),在零售點(diǎn)載碼體可以用于防盜和實(shí)時(shí)盤(pán)存。最后,當(dāng)電視機(jī)離開(kāi)零售點(diǎn)時(shí),主要的客戶和產(chǎn)品配置信息被寫(xiě)入RFID載碼體。
如果用戶將一臺(tái)電視機(jī)返回到服務(wù)中心(或附屬的服務(wù)中心),在用戶到達(dá)服務(wù)柜臺(tái)之前,在計(jì)算機(jī)顯示器上就可以調(diào)出產(chǎn)品的完整記錄,使服務(wù)上了一個(gè)新臺(tái)階。
這個(gè)例子揭示了“智能產(chǎn)品”不只在整個(gè)物流鏈中為客戶節(jié)省了資金,同時(shí)也給客戶創(chuàng)造了附加值。這種增值特性可以使制造商(和零售商)擴(kuò)大銷售及利潤(rùn),在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。