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无线射频识别技术RFID相关知识

2019-07-31 09:34 易库易

无线射频识别技术(Radio Frequency Idenfication,RFID)是一种非接触的自动识别技术,其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性,实现对被识别物体的自动识别。在应用领域中常被称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等等。


RFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分。电子标签是射频识别系统的数据载体,电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。依据电子标签供电方式的不同,可以分为以下3类:


标签形态

读写距离

特点

?#27426;?#24335;Passive tag

<4米

没有电池,最便宜

半?#27426;?#24335;Active tag

10米

部分依靠电池工作,精确度高

主动式Semi—passive tag

>100米

有电池,效率高,有成本问题


当然,电子标签还可以依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。依据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。

RFID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?#39057;?#20803;以及阅读器天线。




RFID系统相关知识


1.工作方式  

射频识别系统的基本工作方式分为全双工(Full Duplex)、半双工(Half Duplex)系统和时序(SEQ)系统。全双工表示射频标签与读写器之间可在同一时刻互相传送信息。半双工表示射频标签与读写器之间可以双向传送信息,但在同一时刻只能向一个方向传送信息。


2. 数据量  

射频识别射频标签的数据?#23458;?#24120;在几个?#32440;?#21040;几千个?#32440;?#20043;间。但是,有一个例外,这就是1比特射频标签。它有1比特的数据量就足够了,使阅读器能够作出以下两种状态的判断:"在电磁场中有射频标签"或"在电磁场中无射频标签"。这种要求对于实现简单的监控或信号发送功能是完全足够的。因为1比特的射频标签不需要电子芯片,所以射频标签的成本可以做得很低。由于这个原因,大量的1比特射频标签在百货商场和商店中用于商品防盗系?#24120;‥AS)。当带着没有付款的商品离开百货商场时,安装在出口的读写器就能识别出"在电磁场中有射频标签"的状况,并引起相应的反应。对按规定已付款的商品来说,1比特射频标签在付款处被除掉或者去活化。

  

3. 可编程 

能否给射频标签写入数据是区分射频识别系统的另外一个因素。对简单的射频识别系统来说,射频标签的数据大多是简单的(序列)号码,可在加工芯片时集成进去,以后不能再变。与此相反,可写入的射频标签通过读写器或专用的编程设?#24863;?#20837;数据。


4. 数据载体 

为了存贮数据,主要使用三种方法:EEPROM、FRAM、SRAM。对一般的射频识别系统来说,使用电可擦可编程?#27426;?#23384;贮器(EEPROM)是主要方法。?#27426;?#20351;用这种方法的缺点是:写入过程中的功率消耗很大,使用寿命一般为写入100,000次。铁电随机存取存贮器(FRAM),与电可擦可编程?#27426;?#23384;贮器相比,铁电随机存取存贮器的写入功率消耗减少100倍,写入时间甚至减少1000倍,FRAM属于非易失类存贮器。

对微波系统来说,还使用静态随机存取存贮器(SRAM),存贮器能很快写入数据。为了永久保存数据,需要用辅助电池作不中断的供电。 


5. 能量供应 

射频识别系统的一个重要的特征是射频标签的供电。无源的射频标签自已没有电源。因此,无源的射频标签工作用的所?#24515;?#37327;必须从阅读器发出的电磁场中取得。与此相反,?#24615;?#30340;射频标签包含一个电池,为微型芯片的工作提供全部或部分("辅助电池")能量。


6. 频率范围  

射频识别系统的另一个重要特征是系统的工作频率和阅读距离。可以说工作频率与阅读距离是密切相关的,这是由电磁波的传播特性所决定的。通常把射频识别系统的工作频?#35782;?#20041;为阅读器读射频标签时发送射频信号所使用的频率。在大多数情况下,把它叫做阅读器发送频率(负载调制、反向散射)。不管在何种情况下,射频标签的"发射功率"要比阅读器发射功?#23454;?#24456;多。


分类

频段

距离

应用领域及特点

对应国标

低频 (LF, Low Frequency)

30kHz ~ 300kHz

<1米

动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗(带?#24515;?#32622;应答器的汽车钥匙)等

ISO11784/11785(用于动物识别)、ISO18000-2(125-135   kHz)

中高频

3MHz ~ 30MHz

<1米

电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)等

ISO14443、ISO15693、ISO18000-3(13.56MHz)

超高频与微波

433.92MHz,862(902)~928MHz,2.45GHz,5.8GHz

4~6米,最大可达10米以上

移动?#30423;?#35782;别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)2.45GHz,5.8GHz供工,科,?#25509;?#35774;备使用

 

ISO10374,ISO18000-4(2.45GHz)、-5(5.8GHz)、-6(860-930 MHz)、-7(433.92   MHz),ANSI NCITS256-1999等



7,中间件(Middleware)

可称为是RFID运作的中枢,因为它可以加速关键应用的问世。

前各式各样RFID的应用,企业最想问的第一个问题是:“我要如何将我现有的系统与这些新的RFID Reader连接?”这个问题的本质是企业应用系统与硬件接口的问题。因此,通?#24863;?#26159;整个应用的关键,正确抓取数据、确保数据读取的可靠性、以及有效地将数据传送到后端系统都是必须考虑的问题。传统应用程序与应用程序之间(Application to Application)数据通透是通过 中间 件架构解决,并发展出各种Application Server应用软件;同理, 中间 件的架构设计解决方案便成为RFID应用的一项极为重要的核心技术。



RFID面临的问题


RFID在推广应用中遇到了不少挑战,主要表现在成本、标准、精确度与应用模式等方面。


1.标准化是个大问题

标准化是推动产品广泛获得市场接受的必要措施,但射频识别读取机与标签的技术仍未见其统一,因此无法一体化使用。而不同制造商所开发的标签通讯协定,使用不同频率,且封包格式不一。而RFID技术又不像条码,虽有常用的共同频率范围,但制造厂商可以自行改变,?#36865;猓?#26631;签上的芯片性能,存储器存储协议与天线设计约定等,也都没有统一标准。


2. 价格问题是制约RFID标签推广应用市场发展的巨大瓶颈之一 

RFID系统不论是标签、读取器和天线,其价格都比较昂贵。在新的制造工艺没有普及推广之前,高成本的RFID标签只能用于一些本身价?#21040;?#39640;的产品。目前一个RFID标签的价格约为0.20~0.60美元,对一些价位?#31995;?#21830;品,采用高档RFID标签显然不划算。


3. 技术的突破  

金属和多水环境也是阻止RFID大量使用的一个很大因素。无线电波会从金属物体上反射回来,会被水吸收。这会使跟踪金属物体或是含水较高的物体产生困难。但是精心设?#39057;?#31995;统能解决这些问题。


4.隐私保护以及安全问题 

RFID应用最让外界质疑的是RFID后端系统所连接的大量厂商数据库可能引发的商业信息安全问题,尤其是消费者的信息隐私权。通过大量RFID读写器的布置,人类的生活与行为将因RFID而容易追踪。当前的无源RFID系统没有读写能力,所以无法使用密钥验证方法来进行身份验证,如果标签是?#24615;?#30340;,并?#19968;?#25910;到?#27426;?#21464;化的验证密钥,那将会大大提高其安全性,不过这?#21482;?#22686;加其成本。


——部分资料收集整理自物联网世界


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