射频识别技术概述.ppt

射频识别技术概述 RFID技术发展历史及应用现状 RFID系统在中国的发展 RFID系统的组成及工作原理 RFID系统的分类 RFID发展面临的问题 射频识别(Radio Frequency Identification， RFID)技术是自动识别技术的一种，是利用射频 信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）方式 进行非接触双向数据通信，对目标进行识别并 获取相关数据的一种技术。RFID存储介质的存 储容量最大可以达到二的九十六次方以上，可 以让地球上每一个商品都拥有独一无二的电子 标识;而且它的最大优点在于非接触，完成识 别工作时无须人工干预、可以同时读取多个被 识别物体(标签)的信息、可以在恶劣污染环境 下工作，RFID技术以其上述很多优势已经被认 为二十一世纪十大重要技术之一。 RFID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Harry Stockman发表的 “Communication by means of reflected power ”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 。 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，有源 、无源及半无源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。 RFID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系统在中国的发展 RFID系统的组成及工作原理 典型的RFID系统包括以下几个部分： 电电子标签标签 ， 又称应应答器，对应对应 英文名称为为Tag、 Responder或者 Transponder，载载有 目标标物相关信息，一般作为为被识别识别 物体位于用户户 手中或者贴贴附于需要被识别识别 的物品上。通常由标签标签 天线线、标签标签 芯片和衬衬底组组成。标签标签 天线负责线负责 射频频 信号的接收、射频调频调 制信号的发发射；标签标签 芯片包含 存储储器、射频选择电频选择电 路和能量处处理电电路。 8 阅读阅读 器，又称读读写器，对应对应 英文名称为为Reader，向 电电子标签发标签发 射读读取信号，并接收电电子标签标签 的应应答， 对电对电 子标签标签 的对对象标识标识 信息进进行解码码，将对对象标识标识 信息以及电电子标签标签 上其它相关信息传输传输 到应应用系统统 以供处处理。根据应应用场场合的不同，阅读阅读 器可以是手持 式或固定式。阅读阅读 器主要由天线线、射频频模块块、控制模 块块等组组成。 天线线，对应对应 英文名称为为Antenna，是发发射和接收射 频频信号的装置。 应应用系统统，可运行应应用软软件，是对阅读对阅读 器传输传输 来 的数据进进行处处理的装置。在射频识别频识别 系统统中，阅读阅读 器和电电子标签标签 的所有动动作都由应应用软软件来控制。 9 RFID系统的工作原理 系统在工作时，读写器通过发射天线发送一 定频率的射频信号，当贴有标签的目标对象进入 发射天线工作区域时，标签天线便会接收读写器 发出的射频信号产生感应电流，感应电流对应的 功率足以激活标签芯片时，标签芯片便将自身的 编码等信息通过标签 天线发送出去，读写器天线 接收到从电子标签发送来的载波信号，再由读写 器经过调 制、解码然后送到数据管理系统进行处 理，再由数据管理系统根据数据判断标签的合法 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机构动作。 10 以上信息的传递传递 皆用无线传输线传输 ，天线线在射频识别频识别 系统统中所扮演的角色就是将信息有效地辐辐射到接收端， 天线线的性能好坏直接影响到整个射频识别频识别 系统统所能正确 识别识别 的距离，可以说说是整个射频识别频识别 系统统的关键键部分 。 电子标签的分类 电子标签（Tag）是射频识别系统真正的数据载体 ，Tag具有智能读写和加密通讯的功能，它的基本构 成是由IC芯片和一些外围元件组成。 依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分 为有源卡(Active tag)和无源卡(Passive tag)，有源 卡内装有电池，无源卡内没有装电池。按照能量供给 方式，RFID系统分为有源系统与无源系统；按照工作 频率，RFID系统有低频、中频、高频、超高频、微波 射频等几种。 11 RFID系统的分类 按照不同的分类类方法，RFID系统统有不同的分类类。 根据系统统工作的频频率不同，RFID系统统可以分为为低频频 (Low Frequency，LF，30300KHz)、高频频 (High Frequency，HF，330MHz)、超高频频 (Ultra High Frequency，UHF，3001000MHz)以及微波(Micro Wave，MW，2.45GHz，5.8GHz)系统统。如图图所示 为为RFID系统统工作频谱图频谱图 。 低频系统常见的工作频率有125KHz和 134.2KHz，常用于短距离、低成本的应用中 。 高频系统常见的工作频率为13.56MHz ，识别距离大于低频系统，一般为60cm，常 用于门禁控制和需要大量数据传送的应用。 超高频系统常见的工作频率为433MHz、 840960MHz，微波RFID系统常见的工作频率 为2.45GHz和5.8GHz。他们两者常用于需要较 长的距离读写和快速读写的场合。 RFID 系统工作频段特性 频段低频高频超高频微波 典型频率125.124KHz13.56MHz860960MHz2.45GHz 识别距离60cm约60cm 约3.5-5m(P)， 100m(A) 1m(P)， 50m(A) 一般特性 比较高价； 几乎没有环境变 化引起的性能下 降 比低频低廉； 适合短识别距离和需 要多重标签识别的应 用领域 先进的IC技术使最低廉 的生产成为可能； 多重标签识别距离和性 能最突出 特性与超高频频段类 似；受环境影响最大 运行方式无源型无源型有源型(A)/无源型(P) 有源型(A)/ 无源型(P) 识别速度低速 高速 环境影响迟钝 敏感 标签尺寸大型 小型 根据RFID系统统工作机理不同，可以将RFID系 统统分为为磁场场耦合和电场电场 耦合。磁场场耦合又叫电电感 耦合，为变压为变压 器耦合型，即作为为初级线级线 圈的读读写 器和作为为次级线级线 圈的应应答器（标签标签 ）之间间的耦合 。谐谐振的应应答器（固有频频率与读读写器的磁场场振荡荡 频频率相符合）进进入读读写器的交变变磁场场中，该应该应 答 器就可以从磁场场中获获得能量。读读写器检测检测 来自应应 答器的反向散射波，进进行通讯讯。 电场电场 耦合读读写器与应应答器的天线线相互处处于对对 方的远场远场 区，之间间存在电电磁波的传传播。 根据RFID系统标签的供电类型不同，可 以将RFID系统分为无源标签系统、有源标签 系统。无源标签内部没有电池，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，成本低廉，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。有源系统的标签内部装 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。 RFID发展面临的问题 RFID技术在迅速发展的同时，在标准、制造 成 本、隐私安全等方面还存在需要解决的问题。 目前，RFID还没有形成统一的全球化标准， 市 场为多种标准并存的局面。当前比较有影响力的 RFID标准组织主要有 EPC Global，UID(Ubiquitous ID，泛在识别)和ISO(国际标准化组织)等。 在UHF频段，各国规定的使用频率还有一定的差异， 欧盟规定的是868MHz，北美规定的是902-928MHz， 日本的则是950-956MHz，中国在2007年4月颁布 的UHF频段RFID应用试行规定中规定使用频率是 840-845MHz和920-925MHz。各国规定频率的不同也 导致产品的不兼容以及标签的双频设计导 致的高成本。 成本是制约RFID应用的最大瓶颈，要 大规模的商用RFID，就必须降低RFID系统尤 其是标签的成本。目前一个条形码的价格 还不到1美分，而一个电子标签的价格最低 在5到20美分，只有标签成本降到3美分以 下，才可能大规模应用于单件包装消费品 。 除了上述标准和成本方面的问题以外 ，RFID技术还有可能导致对个人隐私的侵犯 ；RFID总体技术还不够成熟，对贴于液体及 金属物品表面的标签的误读率比较高；射 频识别的数据还容易收到攻击；同时RFID数 据处理能力还有待提高。 在天线性能标准方面，最重要的标签天 线性能参数为天线的阅读距离r，为了保证较 长的阅读距离，标签天线要有至少0dB以上 的增益，同时对于标签天线和标签芯片组成 的电路来说，标签天线到标签芯片要有较高 的功率传输系数，而较高的功率传输系数要 由标签天线与标签芯片的较好匹配来实现。 其次在天线设计要求方面，标签的形状和大 小要适合嵌入或者贴在被识别的物体上，或 者标签天线附于印刷标签内；另外，必须控 制标签的制造成本，这要求标签的天线结构 简单。 与标签天线一样，阅读器天线同样要考 虑到阅读距离和制造成本，同时天线的带 宽要覆盖工作频段。由于阅读距离的考虑 ，阅读天线要有尽可能高的增益；从制造 成本考虑，阅读器天线要求尽可能简单的 结构，同时要求天线具有尽可能小的尺寸 ，这样也便于阅读器小型化。 RFID市场应用趋势 v 根据调查，全球RFID系统与产品产值，2005年将可达到2.65