射频识别-RFID

精品文档 1欢迎下载 射频识别射频识别 RFIDRFID 1 11 1简述简述 射频识别即 RFID Radio Frequency IDentification 技术 又称电子标签 无线射频识别 是一种通信技术 可通过无线电讯号识别特定目标并读 写相关数据 而无需识别系统与特定目标之间建立机械 或光学接触 与磁卡 IC 卡等接触式识别技术不同 RFID 系统的电子标签和读写器之间无须物理接触就可完 成识别 因此它可实现多目标识别 运动目标识别 可 在更广泛的场合中应用 常用的有低频 125k 134 2K 高频 13 56Mhz 超高频 无源等技术 RFID 读写器也分移动式的和固定式的 目前 RFID 技术应用很广 如 图书馆 门禁系统 食 品安全溯源等 1 1 11 1 1 技术发展进程技术发展进程 1940 1950 年 雷达的改进和应用催生了射频识别技术 1948 年奠定了射频 识别技术的理论基础 1950 1960 年 早期射频识别技术的探索阶段 主要处于实验室实验研究 1960 1970 年 射频识别技术的理论得到了发展 开始了一些应用尝试 1970 1980 年 射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期 各种射频识别 技术测试得到加速 出现了一些最早的射频识别应用 1980 1990 年 射频识别技术及产品进入商业应用阶段 各种规模应用开始出 现 精品文档 2欢迎下载 1990 2000 年 射频识别技术标准化问题日趋得到重视 射频识别产品得到广 泛采用 射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分 2000 年后 标准化问题日趋为人们所重视 射频识别产品种类更加丰富 有源 电子标签 无源电子标签及半无源电子标签均得到发展 电子标签成本不断降低 规 模应用行业扩大 备备注注 有有源源电电子子标标签签 它是指标签工作的能量由电池提供 电池 内存与天线一起构成有源电子标 签 不同于被动射频的激活方式 在电池更换前一直通过设定频段外发信息 读 写距离较 远 体积较大 与被动标签相比成本更高 一般具有较远的阅读距离 不足之处是电池不能长 久使用 能量耗尽后需更换电池 无无源源射射频频标标签签 无源电子标签在接收到阅读器 读出装置 发出的微波信号后 将部分微波能 量转化为直流电供自己工作 一般可做到免维护 成本很低并具有很长的使用寿命 比主动标签 更小也更轻 读写距离则较近 也称为无源标签 半半无无源源电电子子标标签签 耗能低 电池的使用寿命可长达六年 通信距离可长达六米 精品文档 3欢迎下载 1 1 21 1 2 有源有源 RFIDRFID 卡与无源卡与无源 RFIDRFID 卡的性能比较卡的性能比较 1 1 31 1 3 现在的射频识别技术现在的射频识别技术 射频识别技术的理论得到丰富和完善 单芯片电子标签 多电子标签识读 无 线可读可写 无源电子标签的远距离识别 适应高速移动物体的射频识别技术与产品 正在成为现实并走向应用 精品文档 4欢迎下载 1 21 2技术介绍技术介绍 1 1 2 2 1 1 R RF FI ID D 技技术术简简介介 射频识别技术 Radio Frequency Identification 缩写 RFID 是 20 世纪 80 年 代发展起来的一种新兴自动识别技术 射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合 交变磁场或电磁场 实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术 从概念上来讲 RFID 类似于条码扫描 对于条码技术而言 它是将已编码的条形码 附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光信号将信息由条形磁传送到扫描读写器 而 RFID 则使用专用的 RFID 读写器及专门的可附着于目标物的 RFID 标签 利用频率信号 将信息由 RFID 标签传送至 RFID 读写器 标签进入磁场后 接收解读器发出的射频信号 凭借感应电流所获得的能量发送 出存储在芯片中的产品信息 PassiveTag 无源标签或被动标签 或者主动发送某 一频率的信号 ActiveTag 有源标签或主动标签 解读器读取信息并解码后 送至 中央信息系统进行有关数据处理 最初在技术领域 应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块 近些年 由于 射频技术发展迅猛 应答器有了新的说法和含义 又被叫做智能标签或标签 RFID 电子电梯合格证的 阅读器 读写器 通过天线与 RFID 电子标签进行无线通信 可以 实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作 典型的阅读器包含有高频模块 发 送器和接收器 控制单元以及阅读器天线 RFID 射频识别是一种非接触式的 自 动识别技术 它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据 识别工作无需人 工干预 可工作于各种恶劣环境 RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个 标签 操作快捷方便 RFID 是一种简单的无线系统 只有两个基本器件 该系统用于控制 检测和跟 踪物体 系统由一个询问器 或阅读器 和很多应答器 或标签 组成 精品文档 5欢迎下载 1 2 21 2 2 RFIDRFID 技术原理技术原理 典型的 RFID 系统由电子标签 Tag 读写器 Read Write Device 以及数据交换 管 理系统等组成 电子标签也称射频卡电子标签也称射频卡 它具有智能读写智能读写及加密通信加密通信的能力 读写器由无 线收发模块 天线 控制模块及接口电路等组成 图 1 是 RFID 系统的原理示意图 它是 无源系统无源系统 即电子标签内不含电池 电子标签工作的能量是由读写器发出的射频脉冲提射频脉冲提 供供 电子标签接收射频脉冲 整流并给电容充电 电容电压经过稳压后作为工作电压 数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑 控制逻辑接受指令完 成存储 发送数据或其它操作 EEPROM 用来存储电子标签的 ID 号及其它用户数据 还 有有源 RFID 系统 是由电池供电 可以在较高频段工作 识别距离较长 和读写器之间 的通信速率也较高 图表 1 射频识别系统原理图 精品文档 6欢迎下载 RFID 系统还可以根据工作频率的不同分为低频 中频及高频系统 低频系统一般工 作在 100k 500kHz 中频系统工作在 10MHz 15MHz 左右 它们主要适用于识别距离短 成本低的应用中 而高频系统则可达 850 950MHz 及 2 4 5GHz 的微波段 适用于识别 距离长 读写数据率高的场合 就条码 磁卡 IC 卡 RFID 等识别技术来说 它们都 有各自的特点及适于应用的场合 1 1 2 2 3 3 R RF FI ID D 系系统统的的基基本本组组成成部部分分 最基本的 RFID 系统由三部分组成 标签 Tag 由耦合元件及芯片组成 每个标签具有唯一的电子编码 附着在物 体上标识目标对象 阅读器 Reader 读取 有时还可以写入 标签信息的设备 可设计为手持式或固 定式 天线 Antenna 在标签和读取器间传递射频信号 1 1 2 2 4 4 R RF FI ID D 的的特特点点 1 射频技术的特点 射频识别系统 最重要的优点是非接触识别 它能穿透雪 雾 冰 涂料 尘垢和条 形码无法使用的恶劣环境阅读标签 并且阅读速度极快 大多数情况下不到100 毫 秒 有源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点 可用于流程跟踪和维修跟踪等 交互式业务 目前 制约射频识别系统发展的主要问题是不兼容的标准 射频识别系统的主要厂 商提供的都是专用系统 导致不同的应用和不同的行业采用不同厂商的频率和协议标 精品文档 7欢迎下载 准 这种混乱和割据的状况已经制约了整个射频识别行业的增长 许多欧美组织正在 着手解决这个问题 并已经取得了一些成绩 标准化必将刺激射频识别技术的大幅度 发展和广泛应用 精品文档 8欢迎下载 1 1 2 2 5 5 R RF FI ID D 技技术术的的工工作作原原理理 RFID 技术的基本工作原理并不复杂 标签进入 磁场后 接收解读器发出的 射 频信号 凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息 Passive Tag 无源标签或被动标签 或者由标签主动发送某一频率的信号 Active Tag 有源标签或主动标签 解读器读取信息并解码后 送至中央信息系统进行有关数据 处理 一套完整的 RFID 系统 是由阅读器 Reader 与电子标签 TAG 也就是 所谓的应答器 Transponder 及应用软件系统三个部份所组成 其工作原理是 Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder 用以驱动Transponder电 路将内部的数据送出 此时 阅读器Reader便依序接收解读数据 送给应用程序 做相应的处理 精品文档 9欢迎下载 以 RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成 感应耦合 Inductive Coupling 及后向散射耦合 BackscatterCoupling 两种 一般低频的 RFID 大都采用第一种式 而较高频大多采用第二种方式 电磁感应耦合 电力线路中流过电流时会产生交变磁场 该磁场会在附近的电话线路上感应出一个电动势 两 者之间的耦合强度是和两个线路之间互阻抗的大小有关 后向散射 在两个均匀介质的分界面上 当电磁波从一个介质中入射时 会在分界面上产生散射 这种散射 叫做表面散射 在表面散射中 散射面的粗糙度是非常重要的 所以在不是镜面的情况下必须使用能够计算的量 来衡量 通常散射截面积是入射方向与散射方向的函数 而在合成孔径雷达及散射计等遥感器中 所观测的散射 波的方向是入射方向 这个方向上的散射就称作后向散射 阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读 写装置 是 RFID 系统信息控 制和处理中心 阅读器通常由耦合模块 收发模块 控制模块和接口单元组成 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 同时阅读器通过耦合给无源 应答器提供能量和时序 在实际应用中 可进一步通过Ethernet 或 WLAN 等实现对 物体识别信息的采集 处理及远程传送等管理功能 应答器是RFID 系统的信息载 体 目前应答器大多是由耦合原件 线圈 微带天线等 和微芯片组成无源单元 精品文档 10欢迎下载 1 1 2 2 6 6 R RF FI ID D 技技术术的的典典型型应应用用 物流和供应管理生产制造和装配航空行李处理邮件 快运包裹处理 文档追踪 图书馆管 理 动物身份标识运动计时门禁控制 电子门票 道路自动收费城市一卡通的应 用 高校手机一卡通 的应用 仓储中塑料托盘 周转筐中的应用 1 1 2 2 7 7 R RF FI ID D 读读写写设设备备 只有当有读写设备时 RFID 才能发挥其作用 RFID 读写设备有 RFID 读卡器 RFID 读写模块等 这些设备可以将 RFID 的数据读取或写入 读卡器连接的识别系 统有密钥芯片 能做到很好的加密 1 1 2 2 8 8 R RF FI ID D 标标签签的的类类别别 RFID 标签分为被动 半被动 也称作半主动 主动三类 被动式 被动式标签没有内部供电电源 其内部 集成电路通过接收到的 电磁波 进行驱动 这些电磁波是由 RFID 读取器发出的 当标签接收到足够强度的讯号时 可以向读取器发出数据 这些数据不仅包括ID 号 全球唯一标示 ID 还可以包括 预先存在于标签内 EEPROM 中的数据 由于被动式标签具有价格低廉 体积小巧 无需电源的优点 目前市场的RFID 标签主要是被动式的 半主动式 一般而言 被动式标签的天线有两个任务 第一 接收读取器所发出 的电磁波 藉以驱动标签 IC 第二 标签回传信号时 需要靠天线的阻抗作切换 才能产生 0 与 1 的变化 问题是 想要有最好的回传效率的话 天线阻抗必须设计 在 开路与短路 这样又会使信号完全反射 无法被标签IC 接收 半主动式标签就 是为了解决这样的问题 半主动式类似于被动式 不过它多了一个小型电池 电力恰 好可以驱动标签 IC 使得 IC 处于工作的状态 这样的好处在于 天线可以不用管接 精品文档 11欢迎下载 收电磁波的任务 充分作为回传信号之用 比起被动式 半主动式有更快的反应速度 更好的效率 主动式 与被动式和半被动式不同的是 主动式标签本身具有内部电源供应器 用以供应内部 IC 所需电源以产生对外的讯号 一般来说 主动式标签拥有较长的读 取距离和较大的记忆体容量可以用来储存读取器所传送来的一些附加讯息 射频识别技术包括了一整套信息技术基础设施 包括 射频识别标签 又称射频标签 电子标签 主要由存有识别代码的大规模集成线 路芯片和收发天线构成 目前主要为无源式 使用时的电能取自天线接收到的无线电 波能量 射频识别读写设备以及 与相应的信息服务系统 如进存销系统的联网等 将射频识别技术与 条码 Barcode 技术相互比较 射频类别拥有许多优点 如 可容纳较多容量 通讯距离长 难以复制 对环境变化有较高的忍受能力 可同 时读取多个标签 相对地有缺点 就是建置成本较高 不过目前透过该技术的大量使用 生产成本 就可大幅降低 精品文档 12欢迎下载 1 31 3RFIDRFID 实用方案实用方案 用用于于病病患患监监测测的的双双接接口口无无源源 R RF FI ID D 系系统统设设计计 病患监测设备通常用于测量病患的生命迹象 例如 血压 心率等参数 管 理这些重要数据的要求远远超出了简单的库存控制范围 需要设备能够提供设备检查 校准和自检结果 并具有安全升级功能 同时最大限度降低设备故障停机时间 维修 人员经常把记录维修数据的标签粘贴在设备上 由于需要记录大量数据 过一段时间 后逐渐损坏 标签贴纸不再是一个合理的选择 与静态的标签贴纸不同 动态的双接 口 RFID EEPROM 电子标签解决方案则能够记录测量参数 以备日后读取 还能把新数 据输入系统 基基于于 R RF FI ID D 的的物物联联网网智智能能公公交交系系统统应应用用方方案案 基于物联网技术的公交停车场站安全监管系统 主要由车辆出入口管理系统 场站智能视频监控系统两部分组成 利用先进的 物物相联技术 将用户端延伸和 扩展到公交车辆 停产场站中的任何物品间进行数据交换和通信 全面立体的解决公 交行业监管问题 基基于于 R RF FI ID D 技技术术的的小小区区安安防防系系统统设设计计解解决决方方案案 在小区的各个通道和人员可能经过的通道中安装若干个阅读器 并且将它 们通过通信线路与地面监控中心的计算机进行数据交换 同时在每个进入小区的人员 车辆上放置安置有 RFID 电子标签身份卡 当人员车辆进入小区 只要通过或接近放 置在通道内的任何一个阅读器 阅读器即会感应到信号同时立即上传到监控中心的计 算机上 计算机就可判断出具体信息 如 是谁 在哪个位置 具体时间 管理 者也可以根据大屏幕上或电脑上的分布示意图点击小区内的任一位置 计算机即会把 这一区域的人员情况统计并显示出来 同时 一旦小区内发生事故 如 火灾 抢劫 等 可根据电脑中的人员定位分布信息马上查出事故地点周围的人员车辆情况 然 后可再用探测器在事故处进一步确定人员准确位置 以便帮助公安部门准确快速的方 式营救出遇险人员和破案 3 精品文档 13欢迎下载 1 41 4工作频率指南和应用工作频率指南和应用 不同频段的 RFID 产品会有不同的特性 下面详细介绍无源的感应器在不同 工作频率产品的特性以及主要的应用 目前定义 RFID 产品的工作频率有低频 高频和超高频的频率范围内的符合 不同标准的不同的产品 而且不同频段的RFID 产品会有不同的特性 其中感应器有 无源和有源两种方式 下面详细介绍无源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主 要的应用 1 4 11 4 1 低频 从低频 从 125KHz125KHz 到到 135KHz 135KHz 其实 RFID 技术首先在低频得到广泛的应用和推广 该频率主要是通过电感 耦合的方式进行工作 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着 变压器耦合作 用 通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流 可作供电电压使用 磁场区域能够很好的被定义 但是场强下降的太快 特性 1 工作在低频的感应器的一般 工作频率从 120KHz 到 134KHz TI 的工作频率 为 134 2KHz 该频段的波长大约为 2500m 2 除了金属材料影响外 一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读 取距离 3 工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制 4 低频产品有不同的封装形式 好的封装形式就是价格太贵 但是有10 年以 上的使用寿命 5 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 6 相对于其他频段的 RFID 产品 该频段 数据传输速率 比较慢 7 感应器的价格相对与其他频段来说要贵 精品文档 14欢迎下载 主要应用 1 畜牧业的管理系统 2 汽车防盗和无钥匙开 门系统的应用 3 马拉松赛跑系统的应 用 4 自动停车场收费和车辆 管理系统 5 自动加油系统的应用 6 酒店门锁系统的应用 7 门禁和安全管理系统 1 4 21 4 2 高频 工作频率为高频 工作频率为 13 56MHz 13 56MHz 在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制 可以通过腐蚀或者印刷的方式制 作天线 感应器一般通过负载调制的方式进行工作 也就是通过感应器上的负载电阻 的接通和断开促使 读写器天线上的电压发生变化 实现用远距离感应器对天线电压 进行振幅调制 如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开 那么这些数据就能够 从感应器传输到读写器 值得关注的是 在 13 56MHz 频段中主要有 ISO14443 和 ISO15693 两个标 准来组成 ISO14443 俗称现在的 Mifare 1 系列产品 识别距离近但价格低保密性 好 常作为公交卡 门禁卡来使用 ISO15693 的最大优点在于他的识别效率 通过 较大功率的 阅读器可将识别距离扩展至 1 5 米以上 由于波长的穿透性好在处理密 集标签时有优于超高频的读取效果 特性 1 工作频率为 13 56MHz 该频率的波长大概为 22m 2 除了金属材料外 该频率的波长可以穿过大多数的材料 但是往往会降低 读取距离 标签需要离开金属 4mm 以上距离 其抗金属效果在几个频段中较为优良 3 该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制 4 感应器一般以电子标签的形式 5 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 6 该系统具有防冲撞特性 可以同时读取多个电子标签 7 可以把某些数据信息写入标签中 精品文档 15欢迎下载 8 数据传输速率 比低频要快 价格不是很贵 主要应用 1 图书管理系统的应用2 瓦斯钢瓶的管理应用3 服装生产线和物流系 统的管理和应用 4 三表预收费系统5 酒店门锁的管理和应 用 6 大型会议人员通道系 统 7 固定资产的管理系统8 医药物流系统的管理 和应用 9 智能货架的管理 10 珠宝盘点管理 1 4 31 4 3 超高频 工作频率为超高频 工作频率为 860MHz860MHz 到到 960MHz960MHz 之间 之间 超高频系统通过电场来传输能量 电场的能量下降的不是很快 但是读取的区 域不是很好进行定义 该频段读取距离比较远 无源可达10m 左右 主要是通过电 容耦合的方式进行实现 特性 1 在该频段 全球的定义不是很相同 欧洲和部分亚洲定义的频率为 868MHz 北美定义的频段为 902 到 905MHz 之间 在日本建议的频段为 950 到 956 之间 该频段的波长大概为 30cm 左右 2 目前 该频段功率输出目前没有统一的定义 美国定义为 4W 欧洲定义为 500mW 可能欧洲限制会上升到 2W EIRP 3 超高频频段的电波不能通过许多材料 特别是金属 液体 灰尘 雾等悬浮 颗粒物质 可以说环境对超高频段的影响是很大的 4 电子标签的天线一般是长条和标签状 天线有线性和圆极化两种设计 满足 不同应用的需求 5 该频段有好的读取距离 但是对读取区域很难进行定义 精品文档 16欢迎下载 6 有很高的数据传输速率 在很短的时间可以读取大量的电子标签 主要应用 1 供应链上的管理和应用 2 生产线自动化的管理和应用 3 航空包裹的