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RFID技術基礎及其基本應用

作者:武漢科技大學信息科學與工程學院 凌軻 左韜
來源:RFID世界網
日期:2008-01-22 17:34:27
摘要:無線射頻識別技術,是一種非接觸的自動識別枝術、其基本原理是利用射頻信號和空間耦合傳輸特性實現對物體的識別。本文面向欲了解RFID的基本工作方式、系統模塊以及在供應鏈上應用的技術人員和商務人員。最后希望這篇文章能夠幫助讀者掃清RFlD中的疑問和盲點。
關鍵詞:標簽應答器天線
一、RFID簡介 

射頻識別系統一般由以下兩部分組成: 
(1)標簽(應答器,TAG):放置在要識別的物體上; 
(2)閱讀器(讀頭,RFADER):可以是讀或寫/讀裝置,取決于所使用的結構和技術。 
射頻識別系統的基本模型如圖1所示, 其中標簽又稱為射頻標簽、應答器、數據載體;閱讀器又稱為讀出裝置、掃描器、讀頭、通信器、讀寫器(取決于電子標簽是否可以無線改寫數據)。電子標簽與閱讀器之間通過耦臺元件視線射頻信號的空間(無接觸)耦合;在耦合通道內,根據時序關系,實現能量的傳遞和數據的交換。 

二、RFID的工作原理 

射頻識別系統的基本組件包括標簽和閱讀器,其中標簽又稱為射頻標簽、應答器、數據裁體;閱讀器又稱為讀出裝置、掃描器、讀頭、通信器、讀寫器(取決于電子標簽是否可以無線改寫數據)。電予標簽與閱讀器之間通過耦合元件實現射頻信號的空間(尢接觸)耦合;住耦合通道內,根據時序關系,實現能量的傳遞和數據的交換。發生在閱讀器和標簽之間的射頻信號的耦合類型有兩種: 
1、電感耦合 
通過空間高頻交變磁場實現耦合,依據的是電磁感應定律,如圖2所示。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。典型的工作頻率有:125kHz,225kHz和l3.56MHz。識別作用距離小于1m,典型作用距離為10~20cm。 

2、電磁反向散針耦合 
雷達原 模型,發射出去的電磁波,碰到目標后反射,同時攜帶回目標信息,依據的是電磁波的空間傳播規律,如圖3所示。電磁反向散射耦合方式一般適合十高頻、微波工作的遠距高射頻識別系統。典型的工作頻率有:433MHz,9l5MHz,2.45GHz和5.8GHz。識別作用距離大干1m,典型作用距離為3~10m。 

三、RFID系統 

在RFID實際應用中,電子標簽附著在被識別的物體上(表而或內部),當帶有電子標簽的被識別物品通過閱讀器可識讀范圍時,閱讀器自動以無接觸的方式將電了標簽中的約定識別信息取出來,從而實現自動識別物品或自動收集物品標志信息、的功能。閱讀器系統又包括閱讀器和天線,有的閱讀器將天線和閱讀器模塊集成任一個設備 單元中。讀頭發送無線信號時所使用的頻率破稱為RFID系統的工作頻率,可劃分為五個范圍:低頻系統一般工作在l0O~500KHZ、高頻系統一般工作在lO~15MHz、超高頻系統一般工作在850~960MHz、微波系統一般工作在2.4~5GHz以上。 

以前主要都是在研究相對少量數據的標簽和閱讀器。這一局面因其在供應鏈中將產生大量需過濾和路由的數據的應用而破打破。人們開發了特殊的軟件包,被稱作savaTlt,作用就像RFID前端與IT終端之間的緩沖池。它仃J等價干IT工業中的中間設備。 
(1 )通信 
對RFID系統來說,讀寫器與電子標簽之間的通信主要包括三個主要功能塊,按照從瀆寫器釗電子標簽的數據傳輸方向,它們是讀寫器中的數字信號和調制器、信道以肢電子標簽中的解凋器和信號譯碼。信號編碼足使要傳輸的信息盡可能最他地與信道的性能匹配。其中編碼的過程也括對信息進行處理,防止信息受干擾或桐沖突。譯碼是從基帶編碼中恢復原來的信息內容,并識別和標志出傳輸中的錯誤碼。調制是改變高頻載波的信號處理,使得載波信號的振幅、相位、頻率與調制信號相關聯。解調的日的是為了再生基帶信號。附近所有與其對應的標簽探測到信號后利用其能量啟動非運作內部電路。如果標簽解碼后的信號是正確的,它將響應閱讀器,通過調制閱讀器產生的場告知其存在。  
(2)沖突抵制 
如果很多標簽都在一起,它們會同時發出回應信號,在閱讀器端將產生沖突,表示有多個標簽。閱讀器通過沖突抵制算法,將標簽分類并逐個選取,來解決這個問題。現在用的比較多的防沖突辦法有空分多路(SDMA)、頻分多路(FDMA)、時分多路(TDMA)和碼分多路(CDMA)。若一個標簽被選定,閱讀器能夠災施讀取標簽識別號、寫入信息等一系列操作。在完成與標1簽對話后,閱讀器要么從列表中刪除它,要么在一段時間后將其掛起。住昕有的標簽被選取和處理后,由沖突抵制算法控帶J的這個過程才會結束。 

四、RFID組件  

(1)RFID標簽 
每個被RFID系統標識的物品都對應于一個標簽。對應十不同的應用和環境,標簽制造的方法和封裝形式都不同。藎本的組合步驟如圖4所示,前先是將不同導電材料(鋁、銅)做成的天線沉淀到一個慕底上,然后運用繞線或者翻片等技術將標簽芯片連接到天線上,最后用PVC薄片、松香或者膠紙選擇性地做成保護層以支持其在特定環境物理中(摩擦、擠壓和腐蝕等)的應用。

(2)天線 
每個RFID系統都至少有一個天線來發送和接收射頻信號。仃些系統中一個天線同時用來發送和接收信號;有些系統一個天線發送,另一個接收。天線的質量和類別都是由應用確定的。 
(3)無線射頻(RF)收發饑 
RF收發機是RF用來激活被動RFID標簽能量的地方。RF收發機作為閱讀器可以包含在一個部件里,也可以是一個獨立的儀器。作為一個獨立的儀器,收發機通常彼稱作RF模塊。RF收發機掌控調制天線收發的射頻。收發機還能濾除或者放大被動RFID標簽的回散信號。 
(4)閱讀器 
RFID閱讀器指導RF收發機發送射頻信號,通過收發饑從標簽接收編碼,并解碼出標簽的識剔信息,并將識別信息與標簽的其他數據發送到主機。閱讀器還有其他功能,例如,ETC應用,包括接收從其他設備,比如汽車探測儀,發出的數據,來控制車門與車燈。存存閱讀器中的韌體控制閱讀器的運作。用戶町以通過從主機或者本地終端獲取命令以自主的操作閱讀器來滿足特定的需求。 

五、結束語 

自動識別特指通過機器進行的識別。近年來,自動識別技術在許多服務領域、貨物銷售與后勤分配方面、商業部門、生產企業和材料流通領域得到了快速的普及和推廣。自動識別技術的目的是提供關于個人、動物、貨物和商品的相關信息。 

隨著射頻識別技術的發展,從事射頻識別系統產品開發的公司數量明顯增多。射頻識別系統的多樣性也得到了不斷豐富,新近出現的無芯片電子標簽概念突破了傳統射頻識圳技術的界限。隨著國際上“AutoID Center”推出的電子物品代碼EPC(Electronic Product Code)概念的實施,射頻識別技術產品的市場需求將越來越人。 

總而言之,RFID技術在未來發展中,再結合其他高新技術(如GPS、生物識別等技術)實現由單 一識別向多功能識別方向發展的同時,將與現代通信技術和計算機技術一道共同實現跨地區、跨行業應用。