《射频识别技术概述》PPT课件.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 RadioFrequencyIdentification 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 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 电子标签 又称应答器 对应英文名称为Tag Responder或者Transponder 载有目标物相关信息 一般作为被识别物体位于用户手中或者贴附于需要被识别的物品上 通常由标签天线 标签芯片和衬底组成 标签天线负责射频信号的接收 射频调制信号的发射 标签芯片包含存储器 射频选择电路和能量处理电路 8 阅读器 又称读写器 对应英文名称为Reader 向电子标签发射读取信号 并接收电子标签的应答 对电子标签的对象标识信息进行解码 将对象标识信息以及电子标签上其它相关信息传输到应用系统以供处理 根据应用场合的不同 阅读器可以是手持式或固定式 阅读器主要由天线 射频模块 控制模块等组成 天线 对应英文名称为Antenna 是发射和接收射频信号的装置 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 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 以上信息的传递皆用无线传输 天线在射频识别系统中所扮演的角色就是将信息有效地辐射到接收端 天线的性能好坏直接影响到整个射频识别系统所能正确识别的距离 可以说是整个射频识别系统的关键部分 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 Activetag 和无源卡 Passivetag 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 按照不同的分类方法 RFID系统有不同的分类 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 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 840 960MHz 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 根据RFID系统工作机理不同 可以将RFID系统分为磁场耦合和电场耦合 磁场耦合又叫电感耦合 为变压器耦合型 即作为初级线圈的读写器和作为次级线圈的应答器 标签 之间的耦合 谐振的应答器 固有频率与读写器的磁场振荡频率相符合 进入读写器的交变磁场中 该应答器就可以从磁场中获得能量 读写器检测来自应答器的反向散射波 进行通讯 电场耦合读写器与应答器的天线相互处于对方的远场区 之间存在电磁波的传播 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EPCGlobal UID UbiquitousID 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 根据调查 全球RFID系统与产品产值 2005年将可达到2 65Billion CAGR为24 主要市场为