RFID射频识别技术

精品文档 1欢迎下载 射频识别技术 XXX 摘要 射频识别技术 RFID 在最近几年得到了快速的发展 其关键是利用无线电波来进行通信的一种自 动识别技术 它与传统识别技术相比 具有远距离能快速识别 数据存储量较大 数据可更新等优势 其 基本原理则是通过阅读器和粘贴在物体上的电子标签间的电磁耦合来进行的数据通信 本文以RFID技术为 研究对象 阐述RFID的基本定义 系统的组成部件 工作原理 分类 分析RFID技术的优势 并介绍RFID 技术的主要应用例子 关键字 射频识别技术 自动识别技术 电子标签 Radio Frequency Identification technology and applications Abstract Radio Frequency Identification technology has been rapid development The key to RFID technology is an automatic identification technology which it uses radio waves to communicate Compared with the traditional identification technology RFID can quickly identify the large data in a large range and also the data can be updated RFID is an advanced form of automatic identification technology I will give the definition of RFID the components of the system the working principle and classification and I will analyze the advantages of RFID technology at last I will describe the main application areas of RFID technology Keywords Radio frequency identification technology Automatic Identification Technology Electronic tags 1 RFID 技术与国内外研究现状 1 1 RFID 技术 射频识别技术 RFID Radio Frequency Identification 又作电子标签或无线射频识 别 是一种通信技术 可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据 并且无需识别 系统与特定目标之间建立机械或光学接触 它能够实现快速的读写 非可视的识别 移动 识别 多目标的识别 定位以及长期的跟踪管理 识别工作不受恶劣环境的影响 而且能 够达到读取速度快 读取信息安全可靠 因此 RFID 技术有着广泛的应用前景 RFID 射频识别是一种非接触式自动识别技术 它能够通过射频信号自动识别目标对象 并获取相关的数据 识别工作能够适用于各种恶劣的环境 RFID 是一种简单的无线系统 它只有两个基本的器件 该系统是用于控制 检测与跟踪物体 该系统由一个询问器和很 多应答器组成 由于射频技术发展迅猛 应答器又被叫做智能标签或标签 RFID 电子电梯合格证的阅 读器能够通过天线与电子标签进行无线通信 并且能够实现对标签识别码和内存数据的读 出 写入等操作 典型的阅读器包含有高频模块 控制单元以及阅读器天线 1 2 国内外相关研究的进展 精品文档 2欢迎下载 在 20 世纪 90 年代的时候 射频识别技术 RFID 技术已经开始应用于了供应链的管 理领域当中 但是对于 RFID 技术对供应链管理的影响的研究还处于刚开始的阶段 国外的 发展情况 然后再介绍国内的发展情况 1 2 1 国外的发展情况 RFID 的产品种类比较丰富 它已经形成了从低频到高频 再从低端到高端的产品一系 列的产品 而且规模应用行业也在不断的扩大 并且己形成了相对成熟稳定的 RFID 的产业 链 RFID 技术在国外发展的很快 并且产品种类比较多 世界著名厂家如 Philips 正在 研究着生产 RFID 产品 并且具有自己的特色 IBM 以及 Microsoft 等厂商都在计划和发 展 RFID 技术 其中短距离的 HF 频段的 RFID 技术被 Phillips 公司所垄断 包括标签和读 写器等 而长距离的 HF 频段的 RFID 技术被国外很少数的企业所垄断 如德国的 FEIG 公司 微波频段的 RFID 技术处于起步阶段 1 2 2 国内的发展情况 在目前 RFID 技术在我国的应用则主要集中体现在交通运输的行业中 较为成熟的应 用有 大连港的集装箱管理和全国铁路车号识别系统等 此外 在高速公路收费管理 车场 管理的应用也正在推广的过程当中 在我国 经济部技术处在九二年起究就开始了通过工程研究院的系统中心推动高频 RFID 的研发计划 研发内容包括读写器和 IC 芯片等重要技术 如果能够完成对 IC 芯片的 技术开发 就可以使得 RFID 能适应多样化地应用 我国采用的 RFID 技术正在应用于第二代身份证的项目当中 它带动了国内数百家企业 进入该项技术领域当中 这些企业大部分集中在北京 上海等地 主要进行对中间件和电 子标签等的研发 1 3 RFID 技术所具有的优势 1 电子标签可以重复利用 读写型电子标签可以重复地增删改除数据 可以回收和重新 利用 达到了节省开支和提高了效益的目的 2 穿透性很好 射频信号能够将纸张 塑料 木材等非金属材料穿透 3 远距离不接触式的识别 传统的条形码必须要对准才能读取 而电子标签则只要置于阅 读器产生的电磁场内部就可以进行读取数据 能够节省人力 适合与各种自动化设备 配合使用 4 数据存储量很大 电子标签能够使物品携带更多的相关的信息 而且较大的存储量也 能够使得世界的每一个标签都拥有与众不同的 ID 5 不受恶劣环境的影响 电子标签对水 油污 灰尘等都有着较强的抗污染性 在黑暗和 恶劣的天气影响下 RFID 系统仍然可以工作 6 读取速度很快 RFID 可一次能够处理多个标签 读取单个标签的时间与读取条形码也 会大大降低 它的读取效率要高的很多 7 数据可以更新 对于读写型标签 其用户的数据部分可进行多次改写 能够方便数据 更新等操作 能够追踪商品在整个流水线上或者供应链上的状态 2 RFID 系统的组成 精品文档 3欢迎下载 2 1 RFID 的基本组成部分 RFID 射频识别系统主要包括电子标签 阅读器 天线以及应用软件四部分 以下是该 系统的结构框图 如图 1 所示 电源 设备 读 写 模 块 射 频 模 块 控 制 模 块 存 储 器 天 线 天 线 射 频 模 块 应用软件 能量 时钟 数据输入 数据输出 电子标签阅读器 数据输出 能量 时钟 数据输入 数据输入 数据输出 图 1 RFID 系统结构框图 从上图可以看出 在阅读器与电子标签的模块中均有数据的输入与输出 并且两大模 块中传输的还有能量与时钟 阅读器 读取 或写入 标签信息的设备 可设计为手持式或固定式 手持式是超市收 银员用的那种比较小 固定式则是物流公司在仓库入库物品时在门口摆置的不动的阅读器 物体一扫而过 在瞬间即完成了扫描读入 控制模块射频收发模块 接口模块应用程序 图 2 阅读器的工作模型 天线 在标签和读取器间传递射频的信号用的 标签 标签是由耦合元件以及芯片所组成 每个标签具有唯一的一个电子编码 附着在 物体上用来标识目标对象 图 3 显示的是阅读器查询标签示意图 阅读器 电子标签 天线 精品文档 4欢迎下载 图 3 阅读器查询标签示意图 4 应用软件 应用软件则是 RFID 系统的一部分 针对不同需求从而进行开发的软件 它可 以通过阅读器对电子标签进行读写和控制 将收集到的数据进行处理和统计 我们教研室 使用的数据库是 SQL Sever 2005 界面的设计使用的是 C net 2 2 RFID 标准体系结构 RFID 的技术参数如图 4 技术参数 设 备 物 理 参 数 通 信 功 率 数 据 协 议 安 全 测 试 及 实 验 读 头 数 据 符 号 代 码 协 议 电 磁 辐 射 测 试 方 法 试 验 材 料 封 装 传 输 协 议 通 信 接 口 初 始 化 防 碰 撞 数 据 结 构 数 据 对 象 数 据 编 码 工 作 频 率 调 制 方 式 传 输 功 率 术 语 图 4 RFID 技术标准基本结构 从该结构图中可以看出 技术参数涉及到设备 测试及实验 安全 协议 数据 通 信 物理参数以及术语等 对于设备的要求要有封装 RFID 的标准体系结构图如图 5 RFID 标准体系 军事设备通信交通身份识别动物识别物理参数术语 应用标准技术标准 图 5 RFID 标准体系结构 从该结构图中可以看出 RFID 的标准体系有技术标准和应用标准 技术标准涉及到术 语 物理参数等 应用标准则涉及到身份识别和交通等 2 3 RFID 中间件 在应用程序中能通过中间件能提供的通用应用程序接口使得 API 连接 RFID 阅读器并且 取走 RFID 电子标签得数据 RFID 中间件在 RFID 标签和应用程序之间担任着桥梁的角色 通过这种方式 即使 FRID 阅读器种类或应用程序发生变化的时候 应用程序端则仍然 不需要进行任何修改 只需要对中间件进行相应的配置就可以 这样能分体现出了中间件 的灵活方便以及重要性 具体情况如图 6 所示 精品文档 5欢迎下载 数据过滤与汇集 数据路由与集成 过程管理 阅读器协调 RFID中间件 阅读器 阅读器 阅读器 标签 后端数据库 CRM ERP WMS RFID应用 图 6 RFID 中间件在企业应用中的位置 使用 RFID 的中间件能够给企业等带来的好处具体如下 1 企业可以根据自身的业务需求以及实际的使用情况 通过自行配置的 RFID 中间件参数 的方式能将所需要的数据导入应用软件 这样能够充分体现了 RFID 中间件灵活的特点 2 当企业的应用软件发生一些变化时 RFID 数据的导入只需要通过更改 RFID 中间件的 设置就可以了 3 如果需要增加 RFID 阅读器的数量 则企业只需要对 RFID 中间件进行一些相关设置就 可以了 并不需更改任何相关的程序 减少了不必要的麻烦 省时省力 4 它缩短了 RFID 应用的实施周期 企业可直接将 RFID 的有关数据进行导入 2 4 RFID 中间件的功能和特点 RFID 的中间件具备以下几个功能 1 数据的安全 对于 RFID 涉及的安全领域 需要对于 RFID 的中间件能够对电子标签内 部的数据信息进行一些相应的实施保护 并且能够通过一些合法手段来对数据进行采 集 处理 2 数据的读写功能 RFID 的中间件能提供统一的 API 完成数据的读写操作 中间件需 要有一定的适应性 使它能够支持不同协议的产品 3 数据的分发 阅读器读取数据有需要同时用在多个应用软件中 中间件则应该具备通 过数据的分发 使数据分别发送到各软件的功能 4 数据的过滤 阅读器是不断地从标签中读取数据的 因此在一定时间内会积累大量的 重复数据 此时数据的过滤就显得很重要 可以通过过滤将用户不重要的数据进行消 除 RFID 中间件具有以下的一些特点 1 数据流 RFID 中间件具有数据的读写功能 过滤功能 分发功能以及安全性功能等特点 便于 将数据信息传输到应用软件中 2 处理流 RFID 中间件具有程序逻辑功能 存储功能以及再传输的功能 所以有数据流设计与管 理的能力 将提供顺序的信息流 3 独立于架构 精品文档 6欢迎下载 RFID 中间件具有独立性 使其能介于 RFID 阅读器和应用软件之间 与多个 RFID 阅读 器和应用软件进行连接 减轻架构复杂性 4 基于标准 中间件的各个环节表示了相关标准和规范 其中包括 RFID 事件过滤和采集接口 阅读 器访问协议以及管理连接 EPCIS 信息查询接口等 2 5 RFID 中间件架构 随着近年来应用软件的增加 不可能为每一个应用软件都编写相应的适配器 基于这 种情形 考虑的是采用厂商提供的基于标准规格的射频识别技术的中间件 这样依赖 即 使存储 RFID 标签的应用软件改为其他软件的代替 此时应用软件不需要做任何修改 它是通过 RFID 阅读器厂商提供的 API 编写能够满足阅读器读取数据的需要的适配器 从而将其传输道系统的应用软件当中 达到与应用软件连接的目的 图 7 所示的为 RFID 的 中间架构架 以应用程序为中心 R R R R 发送和接受 数据仓库管理 和贸易伙伴的计算机应用程序的交换 RFID 数据已经被固化到当今的应用程序中 不独立于基础构架的应用程序 R R R R 发送和接受 发送和接受 工厂效率 数据仓库管理 EPS信息服务 EPSIS 和贸易伙伴交换 对象命名 服务 ONS 管理 监控 以框架为中心 图 7 RFID 中间件构架 3 RFID 技术的基本工作原理 一套完整的 RFID 系统 是由 Reader 阅读器 与 Tag 电子标签 和 Transponder 应答器 及应用软件系统三个部分所组成 他的工作原理是 Reader 发射 出特定频率的无线电波的能量 给 Transponder 用来驱动 Transponder 而电路将送出内 部的数据 此时 Reader 依序接收数据 解读数据 从而将其送给应用程序做一些相应的处 理 图 8 所示的为 RFID 的工作原理图 精品文档 7欢迎下载 低通 滤波 阅读器 环形器 接收机回 路 控制 单元 服务器RFID 标签 时钟 数据能量 本振 图 8 RFID 的工作原理图 阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换 此时阅读器能够通过耦 合给无源应答器 Passive transponder 提供能量和以及时序等相关内容 在实际应用中 可进一步通过 Ethernet 等实现对物体识别信息的采集 处理以及远程传送等 应答器是它 的系统的主要应用的信息载体 目前市场上的应答器大多由耦合原件 包括线圈 微带天 线等 和微芯片组成的无源应用单元 阅读器能够根据结构 技术的不同 RFID 系统信息能够控制和处理信息中心 它的阅 读器通常由收发模块 耦合模块 接口单元和控制模块组成 4 RFID 标签的类别 RFID 的电子标签具体分为被动式 主动式以及半被动式三种类型 4 1 被动式 被动式的电子标签内部没有能够提供供电的电源 他的内部集成电路主要是通过接收 到电磁波进行的驱动 这些电磁波都是由 RFID 读取器来发出的 当标签接收到了足够强度 的讯号时 才可以向读取器发出一些相关数据 这些数据不仅包括 ID 号 而且还可以包括 预先存在于标签内 EEPROM 中的数据 被动式的电子标签价格低廉 无需电源 体积小巧 目前在市场上的 RFID 的电子标签 则主要是被动式的 4 2 主动式 主动式电子标签本身具有内部电源的供应器 用来供应内部的 IC 所需电源从而产生对 外的一些讯号 主动式标签具有较大的记忆体容量以及较长的读取距离用来储存读取器所 传送来的一些相关的附加信息 RFID 技术包括了一整套信息技术基础设施 包括 1 射频识别读写设备与相应的信息服务系统 例如存销系统等 2 射频识别标签 主要存有识别代码的大规模集成线路芯片以及收发天线 目前 在市场上主要为无源式的 使用时的电能来源于天线接收到的无线电波能量 4 3 半主动式 精品文档 8欢迎下载 半主动式很类似于被动式 只不过它多了一块儿小型的电池 电力恰好能够驱动标签 的 IC 使得 IC 处于工作的状态 其好处在于 天线可以不用管接收电磁波 作为回传信 号之用 5 工作频率 目前 RFID 产品的工作频率有低频 高频和超高频的等 不同频段的 RFID 产品会有不 同的特性 5 1 低频 从 125KHz 到 135KHz 该频率主要是通过电感耦合的方式进行的一些相关的工作 在感应器线圈和读写器线 圈之间存在着有关变压器耦合的作用 通过读写器的相关交变场的作用使其在感应器的天 线中能够感应的电压可以被整流 这样可以使供电电压使用 特性 1 除了金属材料等的一些相关影响外 一般低频系统能够穿过任意材料的物品但是却不 会降低它的最大的可能的读取距离 2 工作在低频的读写器在整个地球上没有任何特殊的许可限制 3 低频产品有不同的封装形式 最好的封装形式的缺点就是它的价格太贵 但是有 10 年 以上的使用寿命 4 工作在低频的感应器的工作频率从 120KHz 至 134KHz 该频段的波长约为 2500m 5 2 高频 13 56MHz 该频率的感应器将不再需要线圈来对它进行一些绕制 可以通过腐蚀或者印刷的方式 制作天线 感应器通常的情况下通过负载调制的方式来进行相关工作 也就是通过感应器 上的负载电阻的接通和断开 从而促使读写器天线上的电压发生一些变化变化 这样能够 实现用远距离的感应器来对天线电压等进行振幅调制的作用 如果人们使用数据控制负载 电压的接通以及断开 则这些数据就能够从感应器传输很快传到读写器 特性 1 除了金属材料之外 该频率的波长可以穿过绝大多数的材料 但是会降低读取距离 感应器往往需要离开金属一段距离 2 虽然该频率的磁场区域下降很快 但是能够产生相对均匀的读写区域 3 该系统具有防冲撞的良好特性 能够同时读取很多个电子标签 4 感应器通常以电子标签的形式存在 5 3 超高频 从 860MHz 到 960MHz 之间 超高频系统将通过电场来传输能量 电场的能量下降的不是很快的 超高频段的读取 距离比较远 无源的将能达到 10m 左右 它主要是通过电容耦合方式来进行实现 特性 1 该频段有较好的读取的距离 但是对于读取区域则是很难进行定义的 2 具有特别高的数据传输的速率 它在很短的时间内可以读取大量的有关的电子标签 3 超高频频段的电波不能通过很多种应用材料 尤其是水 灰尘等物质 但对于那些高 频段的电子标签来说 该频段的标签无需与金属分开 4 电子标签的天线通常则是有长条状的和标签状的两种形式 天线则有线性和圆极化两 种不同形状的设计 满足不同的应用的市场的需求 精品文档 9欢迎下载 5 4 有源 RFID 技术 2 45GHz 5 8G 有源的 RFID 具备的是传输数据量大 通信距离长 可靠性高 低发射功率和兼容性好 等特点 它与无源的 RFID 相比 在技术上有着明显的优势 RFID 技术的基本思想是 通过采用先进的技术手段 实现人们对各类物体或设备在不 同状态下的自动识别与管理 作为射频识别技术的一种新兴的自动识别技术 它在中国拥有着比较大的发展的可能 空间 射频识别技术在无线电技术等方面的有着具体应用与发展 6 RFID 应用实例 主要阐述基于 RFID 技术在零售业的物流分析 6 1 零售业物流应用 RFID 技术的必要性 使用 RFID 技术所带来的效益不仅是局限于零售本身所带来的效益 利用 RFID 技术创 建一个新的收益流 政府机构能较少亏损增强安全保障 物流公司 图书馆系统可以减少 存货方面的开支等 RFID 在零售业中应用 RFID 技术可以产生如下的收益 1 增加项目安全性 标签项则允许物体在一个指定的范围或设备中被追踪 RFID 技术还 可以提高存货管理的效率 存货管理对于零售商来说往往是耗时耗力耗财的事情 2 序列化数据 每一件物品都有其唯一的一个标识码 所以很方便将该商品与其它商品 区别开 3 实时的信息流 改变一个项目的状态 可以很快地在整个供应链中得到快速的更新 4 减少人工参与 RFID 技术能够自动的追踪物体 不需要人工的计数 获取数据和条码 扫描 能够节省劳动力成本与人为错误等 RFID 技术提供了实时的可视化的技术 存货管理者能够运用该项技术进行实时的监控 存货的供应 这样能够减少存货成本 使存货量始终维持在一个最佳的水平 避免了缺货 等现象 6 2 为何要用 RFID 技术替代现有的技术 现在存在的问题是 为什么零售业改变现有的技术是采用了 RFID 技术 RFID 技术与 现有的条码技术 非接触式的存储器很相似 使用新技术 可以带来财务上的收益 比如 节省资金 或是由于技术原因 比如能够解决一些应用在现有技术而无法解决的现实的 问题 RFID 与其他自动识别技术相比 有着显著的优势 6 3 RFID 技术在零售业中应用 在零售行业己经开始使用的 RFID 技术 智能货架是一种货架 它可以预防产品缺货的现象的发生 这个货架结合了 RFID 的阅 读器 每个单元货架都有一个 RFID 的标签 允许阅读器追踪其产品的库存量 智能货架的目的主要是随时支持补充货物 保持货架永远不会断货 智能货架在很多 零售企业和图书馆中已经得到了广泛的应用 它对于顾客等都很有帮助 一方面 它为顾 客提供了产品的信息 另一方面 它为零售的业主提供了商品库存信息 能够对商品进行 准确的定位 标记集装箱 货箱 此项应用已经被 Target 和 Mar Mart 等零售商所应用 几乎每天 世界上的大部分零售商们都会对 RFID 技术有新应用 这些应用的目的都在于更好地和更有 精品文档 10欢迎下载 效的为他们服务 这些技术的使用将不会受到任何限制 它可以使顾客感觉购物更有效 更简单 7 RDID 应用系统的发展趋势 可以预测未来的射频识别系统将会拥有如下的技术发展趋势 1 系统兼容性更强大 目前由于标准的不统一 许多家厂商的产品之间会互不兼容 因 此这就要求了系统能够具有很强大的兼容性 这样才能够兼容处理多家厂商的产品 2 系统网络化 许多应用场合是需要将不同系统所采集到的数据进行统一的处理 然后 再提供给用户们使用 这就需要将射频识别系统能够进行网络化的管理 目的是实现 系统的远程控制管理 3 系统数据量更大 将来的射频识别系统将会处理大量的数据 因此这就需要系统具有 更强的数据的存储能力和数据的处理能力 4 系统高频化 超高频射频识别系统有着比低频系统无可比拟的优点 如体积小巧 识 别距离远 可重复读写 无法伪造等 因此 随着制造成本的降低 超高频系统的 应用将会更加的广泛 结束语 我国的射频识别技术和应用都还处于比较初级的发展阶段 现存的技术水平不高 标 准规范不完整等存在很多的问题 但与此同时 我国射频识别技术又拥有着广阔的发展前 景以及巨大的市场发展的潜力 射频识别技术的发展以及应用的推广将会是我国自动识别 行业的一场非常技术性的革命 能够实现射频识别技术在我国比较成熟的应用和全面的应 用将会是一个非常长的过程 RFID 是一项蓬勃发展的新的技术 射频识别技术在未来的发展模式中 结合一些其他 的相关的高新技术 如生物识别等技术 由单一的识别向多功能的识别方向发展 再将 结合现代通信及计算机技术 将会实现跨地区和跨行业应用 相信 RFID 技术拥有着巨大的 发展的潜力 参考文献 1 徐济仁等 射频识别技术及应用发展 J 新技术 2009 1 21 26 XU Jiren Radio frequency identification technology and application development J New technology 2009 1 21 26 2 冯志谦 基于 RFID 的奶牛场管理系统研究 D 河北农业大学 2010 Feng Zhiqian RFID based dairy farm management research D Agricultural University of Hebei 2010 3 王仲旭 RFID 读写器通信性能测试平台的设计与实现 D 北京邮电大学 2009 Wang Zhongxu 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