小芯片大应用－无线射频识别RFID

小芯片大应用－无线射频识别RFID摘要：本文向读者介绍的是一种综合自动识别技术（Auto-ID）和无线电射频通信技术相结合的新技术－射频识别标签（RFID）技术，这种新技术因科技、社会的发展因运而生，并已广泛应用于很多领域。本文一方面向大家介绍它的几种典型应用

以及在未来与移动通信网络相结合的应用，并也想通过此文与大家探讨它在我们实际工作中的应用。关键词：RFID、标签、自动识别技术、应用、移动通信、融合在8月初聆听集团公司李默芳总工在省公司做的移动通信技术发展趋势的讲课时，听到了一个新名词“RFID”，了解到RFID技术将来与移动通信网络相结合的发展趋势。在此之前，也曾耳闻全球最大的超市沃尔玛采用一种先进的技术对物流、超市内商品、库存进行高效、快捷管理，莫非沃尔玛用的就是这种技术。顿时，我对这种新技术产生了浓厚的兴趣，渴望了解这是一种什么技术、它是如何工作的、它有怎样的应用以及未来它是如何与移动通信网络相结合的。带着诸多的疑问，查阅了很多资料后，我对RFID这种技术的原理、应用及将来与移动通信网络的融合，有了一定的了解，在此想通过本文与大家一同分享。一、射频识别技术简介RFID是射频识别技术的英文(RadioFrequencyIdentification)缩写，射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，RFID技术利用无线射频方式在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。与传统的条型码、磁卡及IC卡相比，射频卡具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用的特点和具有防冲突功能，能同时处理多张卡片。在国外，射频识别技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、资产管理等众多领域。1、RFID系统工作原理在多数RFID系统中，读写器在一个区域内发射电磁波(区域大小取决于工作频率和天线尺寸)。卡片内有一个LC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同。当射频卡经过这个区域时，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷。在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存。当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。读写器接收到卡的数据后，解码并进行错误校验来决定数据的有效性，然后，通过RS232、RS422、RS485或无线方式将数据传送到计算机网络。简单的RFID产品就是一种非接触的IC卡，而复杂的RFID产品能和外部传感器接口连接来测量、记录不同的参数，甚至可与GPS系统连接来跟踪物体。2、射频识别技术的分类

射频识别技术主要按以下四种方式分类。(1)工作频率

根据工作频率的不同可分为低频和高频系统。①低频系统一般指其工作频率小于30MHz的系统。其基本特点是：射频卡的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离较短(无源情况，典型阅读距离为10cm)、射频卡外形多样(卡状、环状、钮扣状、笔状)、阅读天线方向性不强等。低频系统多用于短距离、低成本的应用中，如多数的门禁控制、动物监管、货物跟踪。②高频系统一般指其工作频率大于400MHz的系统。高频系统的基本特点是射频卡及读写器成本均较高、卡内保存的数据量较大、阅读距离较远(可达几m~十几m)、适应物体高速运动性能好、外形一般为卡状、阅读天线及射频卡天线均有较强的方向性。高频系统多应用于需要较长的读写距离和高的读写速度的场合，像火车监控、高速公路收费等系统。

(2)射频卡

根据射频卡的不同可分成可读写(RW)卡、一次写入多次读出(WORM)卡和只读(RO)卡三种。RW卡一般比WORM卡和RO卡贵得多，如电话卡、信用卡等。一般情况下改写数据所花费的时间远大于读取数据所花费的时间(常规为改写所花费的时间为s级，阅读花费的时间为ms级)。WORM卡是用户可以一次性写入的卡，写入后数据不能改变，且比RW卡要便宜。RO卡存有一个唯一的号码，不能逐改，保证了安全性。RO卡最便宜。

(3)射频卡的有源与无源

射频卡可分为有源及无源两种。有源射频卡使用卡内电池的能量、识别距离较长，可达十几m，但是它的寿命有限(3~10年)，且价格较高；无源射频卡不含电池，利用读写器发射的电磁波提供能量，重量轻、体积小、寿命长、很便宜，但它的发射距离受限制，一般是几十cm，且需要读写器的发射功率大。

(4)调制方式

根据调制方式的不同还可分为主动式和被动式。①主动式的射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读[NextPage]写器。②被动式的射频卡，使用调制散射方式发射数据。它必须利用读写器的载波调制自己的信号，适宜在门禁或交通的应用中使用。因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。

目前使用的多数系统中，一次只能读写一个射频卡。射频卡之间要保持一定距离，确保一次只能有一个卡在读写区域内。读写距离长，射频卡之间的距离就要大，应用起来很不方便。

现在的射频卡具有防碰撞的功能，这对于RFID来说十分重要。所谓碰撞是指多个射频卡进入识别区域时信号互相干扰的情况。具有防碰撞性能的系统可以同时识别进入识别距离的所有射频卡，它的并行工作方式大大提高了系统的效率。3.国际射频识别技术发展状况

射频识别技术在国外发展得很快。RFID产品种类很多，像德州仪器、Motoro1a、Philips、Microchip等世界著名厂家都生产RFID产品。他们的产品各有特点，自成系列。射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。如澳大利亚将它的RFID产品用于澳机场旅客行李管理中并发挥了出色的作用；瑞士国家铁路局在瑞士的全部旅客列车上安装RFID自动识别系统，调度员可以实时掌握火车运行情况，不仅利于管理，还大大减小了发生事故的可能性；德国BMW公司将射频识别系统应用在汽车生产流水线的生产过程控制中等。4.射频识别技术在我国的发展

我国政府在1993年制定的金卡工程实施计划，是一个旨在加速推动我国国民经济信息化进程的重大国家级工程，由此各种自动识别技术的发展及应用十分迅猛。现在，射频识别技术作为一种新兴的自动识别技术，也将在中国很快地普及。

目前，我国的射频识别技术在安全防护领域、商品销售领域应用中发展前景较好。第二部分将介绍几种RFID技术在我国的典型应用。二、RFID技术在我国的典型应用在介绍RFID技术在我国的典型应用的同时，我谈了些在我们公司尝试应用RFID技术的想法，以供大家探讨。1、安全防护领域

(1)门禁保安将来的门禁保安系统均可应用射频卡。一卡可以多用。比如，可以作工作证、出入证、停车卡、饭店住宿卡甚至旅游护照等，目的都是识别人员身份、安全管理、收费等等。好处是简化出入手续、提高工作效率、安全保护。只要人员佩戴了封装成ID卡大小的射频卡、进出入口有一台读写器，人员出入时自动识别身份，非法闯入会有报警。安全级别要求高的地方、还可以结合其它的识别方式，将指纹、掌纹或颜面特征存入射频卡。

可以设想一下，如果我们公司应用此种门禁卡，上班时刻大家就不用拥挤在刷卡机前，排队刷卡了，而且该门禁卡还可以结合指纹、掌纹或颜面特征。公司还可以用射频卡保护和跟踪财产。将射频卡贴在物品上面，如计算机、传真机、文件、复印机或其它保密物品上，该射频卡使得公司可以自动跟踪管理这些有价值的财产，可以跟踪一个物品从某一建筑离开，或是用报警的方式限制物品离开某地，这样做可能会更加符合SOX的管理要求。(2)汽车防盗这是RFID较新的应用。目前已经有足够小的、能够封装到汽车钥匙当中含有特定码字的射频卡。它需要在汽车上装有读写器，当钥匙插入到点火器中时，读写器能够辨别钥匙的身份。如果读写器接收不到射频卡发送来的特定信号，汽车的引擎将不会发动。用这种电子验证的方法，汽车的中央计算机也就能容易防止短路点火。

一种汽车防盗系统是，司机自己带有一射频卡，其发射范围是在司机座椅45~55cm以内，读写器安装在座椅的背部。当读写器读取到有效的ID号时，系统发出三声鸣叫，然后汽车引擎才能启动。该防盗系统还有另一强大功能：倘若司机离开汽车并且车门敞开引擎也没有关闭，这时读写器就需要读取另一有效ID号；假如司机将该射频卡带离汽车，这样读写器不能读到有效ID号，引擎就会自动关闭，同时触发报警装置。如果在公司成本开支允许的范围内，尝试使用RFID的汽车防盗系统，将会为公司减少许多经济损失。(3)电子物品监视系统

电子物品监视系统(ElectronicArticleSurveillance,EAS)的目的是防止商品被盗。整个系统包括贴在物体上的一个内存容量仅为1比特(即开或关)的射频卡，和商店出口处的读写器。射频卡在安装时被激活。在激活状态下，射频卡接近扫描器时会被探测到，同时会报警。如果货物被购买，由销售人员用专用工具拆除射频卡(典型的是在服装店里)，或者用磁场来使射频卡失效，或者直接破坏射频卡本身的电特性。EAS系统已被广泛使用。据估计每年消耗60亿套。2、商品生产销售领域

(1)生产线自动化

用RFID技术在生产流水线上实现自动控制、监视，提高生产率，改进生产方式，节约了成本。举个例子以说明在生产线上应用RFID技术的情况。

用于汽车装配流水线。德国宝马汽车公司在装配流水线上应用射频卡，以尽可能大量地生产用户定制的汽车。宝马汽车的生产是基于用户提出的要求式样而生产的。用户可以从上万种内部和外部选项中，选定自己所需车的颜色、引擎型号和轮胎式样等。这样一来，汽车装配流水线上就得装配上百种式样的宝马汽车，如果没有一个高度组织的、复杂的控制系统是很难完成这样复杂的任务的。宝马公司在其装配流水线上配有RFID系统，使用可重复使用的射频卡。该射频卡上带有汽车所需的所有详细的要求，在每个工作点处都有读写器，这样可以保证汽车在各个流水线位置，能毫不出错地完成装配任务。(2)仓储管理将RFID系统用于智能仓库货物管理，能有效地解决与货物流动有关的信息管理，不但增加了处理货物的速度，还可监视货物的一切信息。射频卡贴在货物所通过的仓库大门边上，读写器和天线都放在叉车上，每个货物都贴有条码，所有条码信息都被存储在仓库的中央计算机里，与该货物有关的信息都能在计算机里查到。当货物出库时，由另一读写器识别并告知中央计算机它被放在哪个拖车上。这样，管理中心可以实时地了解到已经生产了多少产品和发送了多少产品。

看到RFID的仓储管理应用时，我首先想到的就是我们公司的固定资产管理。传统的资产管理方式是前台以人工方式进行，现场清点、手抄、录入、汇总，多种人工参与后才能将采集的设备资产信息导入后台的计算机数据库。设备资产管理中的大量人工参与造成了流程复杂、时间长、实时性差、管理难度大、差错率高等问题，最终降低了设备利用率，增加了运营成本。近几年，公司采用条形码资产管理，但几乎在每年的固定资产清查中仍存在很多问题，如标签中的设备存放地与实际存放地不符、有标签而无实物、有实物而无标签等等问题。如果要应用RFID进行资产管理，就应该在每次采购或工程验收时，把每一件资产纳入RFID资产管理系统，那样我们的资产管理就会即准确又有条理，而且轻松。再设想，如果我们在器材仓库、备品备件、载频调拨等管理中应用RFID技术，我们就会很清楚管理各种通信器材的存货，避免浪费，也能够清楚掌握各种型号备品备件存量、存放地点、现网载频数量，进行有效备品备件及载频调拨管理。我们还可以有很多的设想，将这种技术应用在更多的领域，使我们的工作更加有条理、更加轻松。我看到一篇广东移动尝试应用RFID进行固定资产管理的文章，目前还处于测试和试验阶段，但在这里不防介绍给大家。系统结构图如下：

考虑到基站通信设备有较强的电磁屏蔽、较高的功率控制要求以及识别距离的需要，选择主动式RFID标签作为基站资产管理的应用技术作为探索方向。计划采用2.4GHz频率的主动式标签，射频卡采用高级嵌入式微处理器并在嵌入式软件的控制下，实现睡眠、唤醒、解码、编码、通信及信息碰撞处理等功能。主动式RFID基站监控设备由RFID读写器（包括微波天线及读写控制器）和安装在通信设备（如载波板卡）上的电子标签以及在金属屏蔽设备（如机柜）上的机柜中继器组成。

RFID读写器是资产电子标签和机柜中继器的读写控制器，由加密电路、编解码器电路和微波通信控制器等组成，以RFID通信协议的数据交换方式和微波无线传递手段。接收到标签信息后，可以通过GPRS、有线传输等手段将数据传送到后台系统，实现远程、实时、动态的设备资产情况采集和分析。电子标签是一种具有微波通信功能和信息存储功能的移动设备识别装置。资产电子标签本身具备惟一的ID号，可通过ID号与具体资产的后台数据绑定作为资产信息识别监控的载体。机柜中继器同样是一种具有微波通信功能和信息存储功能的移动设备识别装置，除了具备电子标签的功能外，还可以作为屏蔽信号中继功能。（3)产品防伪伪造问题在世界各地都是令人头疼的问题，将射频识别技术应用在防伪领域有它自身的技术优势。防伪技术本身要求成本低，且难于伪造。射频卡的成本就相对便宜，而芯片的制造需要有昂贵的芯片工厂，使伪造者望而却步。射频卡本身有内存，可以储存、修改与产品有关的数据，利于销售商使用；体积十分小、便于产品封装。像电脑、激光打印机、电视等产品上都可使用。（4)RFID卡收费

国外的各种交易大多利用各种卡来完成，而我国普遍采用现金交易。现金交易不方便也不安全，还容易出现税收的漏洞。目前的收费卡多用磁卡、IC卡，而射频卡也开始占据市场。原因是在一些恶劣的环境中，磁卡、IC卡容易损坏，而射频卡则不易磨损，也不怕静电及其它情况；同时，射频卡用起来方便、快捷，甚至不用打开包，在读写器前摇晃一下，就完成收费。另外，还可同时识别几张卡，并行收费，如公共汽车上的电子月票。我国大城市的公共汽车异常拥挤、环境条件差，射频卡的使用有助于改善这种情况。三、RFID技术在移动通信领域的应用随着智能卡应用的不断扩展，各种非接触式应用在身份识别、交通、电子支付等领域快速普及。RFID的应用成为人们最热衷谈论的话题，这一小小的芯片已经不再甘心拘泥在卡片中。移动通信领域开始将RFID整合为通信、身份识别、电子支付三合一的发展尝试。运营商可以通过RFID标签和读写装置，将标签上的各种信息转换成EPC数据。这些数据通过ONS(ObjectNamingService)，将实物与ONS中的数据建立起一种对应的关系。目前基于这种数据的网上交易量可以达到170亿笔/天，2010年以后，这一数字将更加庞大。移动运营商把持着信息的控制权，可以开展资产托管等多种增值业务。目前，欧美和日韩的一些运营商已经开展了基于RFID技术的商用尝试。而中国移动也已经开始着手摸索适合自身定位的RFID业务模式。中国移动通信集团公司副总裁李跃表示，中国移动将把“打造手机媒体，创造手机多用化”，作为未来发展的方向。与制造商、内容供应商开展深入广泛的合作，定制特殊要求的终端产品成为重点。未来手机将成为移动便携第一媒体，它将承载报纸、直播电视、互联网、移动博客等媒体资讯。手机还会成为人们生活中的“瑞士军刀”，针对手机特点开发的支付功能、娱乐功能、识别功能、证件功能等，使手