RFID技術(shù)及RFID系統組成分析

一般而言，RFID系統由5個(gè)組件構成，包括傳送器、接收器、微處理器、天線(xiàn)，標簽。傳送器、接收器和微處理器通常都被封裝在一起，又統稱(chēng)為閱讀器(Reader)，所以工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統分為閱讀器，天線(xiàn)和標簽三大組件，這三大組件一般都可由不同的生產(chǎn)商生產(chǎn)。RFID源于雷達技術(shù)，所以其工作原理和雷達極為相似。首先閱讀器通過(guò)天線(xiàn)發(fā)出電子信號，標簽接收到信號后發(fā)射內部存儲的標識信息，閱讀器再通過(guò)天線(xiàn)接收并識別標簽發(fā)回的信息，最后閱讀器再將識別結果發(fā)送給主機。體系架構如圖所示。

電子標簽與閱讀器之間通過(guò)耦合元件實(shí)現射頻信號的空間(無(wú)接觸)耦合，在耦合通道內，根據時(shí)序關(guān)系，實(shí)現能量的傳遞、數據的交換。發(fā)生在閱讀器和電子標之間的射頻信號耦合類(lèi)型有兩種：一種是電感耦合，變壓器模型，通過(guò)空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現耦合，理論依據為電磁感應定律;另一種是電磁反向散射耦合，雷達模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標后反射，同時(shí)攜帶回目標信息，理論依據是電磁波在空間的傳播特性。

閱讀器

閱讀器是RFID系統最重要也最復雜的一個(gè)組件。因其上作模式一般是主動(dòng)向標簽詢(xún)問(wèn)標識信息，所以有時(shí)又被稱(chēng)為詢(xún)問(wèn)器(Interrogator)。圖2.10給出了幾種不同外觀(guān)的閱讀器。閱讀器一方面通過(guò)標準網(wǎng)口、RS232串口或USB接口同主機相連，另一方面通過(guò)天線(xiàn)同RFID標簽通信。有時(shí)為了方便，閱讀器和天線(xiàn)以及智能終端設備會(huì )集成在起形成可移動(dòng)的手持式閱讀器。

天線(xiàn)

天線(xiàn)同閱讀器相連，用于在標簽和閱讀器之間傳遞射頻信號。閱讀器可以連接一個(gè)或多個(gè)天線(xiàn)，但每次使用時(shí)只能激活一個(gè)天線(xiàn)。天線(xiàn)的形狀和大小會(huì )隨著(zhù)工作頻率和功能的不同而不同。RFID系統的工作頻率從低頻到微波，范圍很廣，這使得天線(xiàn)與標簽芯片之間的匹配問(wèn)題變得很復雜。

標簽

1.概念

RFID標簽(Tag)是由耦合元件、芯片及微型天線(xiàn)組成的，每個(gè)標簽內部有唯一的電子編碼，附著(zhù)在物體上，用來(lái)標識目標對象。標簽進(jìn)入閱讀器掃描場(chǎng)以后，接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的電子編碼(被動(dòng)式標簽)，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(主動(dòng)式標簽)。

RFID標簽的原理和條形碼相似，但與其相比還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)體積小且形狀多樣。RFID標簽在讀收上并不受尺寸大小與形狀限制，不需要為了讀取精度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。

2)耐環(huán)境性。條形碼容易被污染而影響識別，但RFID對水、油等物質(zhì)卻有極強的抗污染性。另外，即使在黑暗的環(huán)境中，RFID標簽也能夠被讀取。

3)可重復使用。標簽具有讀寫(xiě)功能，電子數據可被反復覆蓋，因此可以被回收而重復使用。

4)穿透性強。標簽在被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包裹的情況下也可以進(jìn)行穿透性通信。

5)數據安全性。標簽內的數據通過(guò)循環(huán)冗余校驗的力法來(lái)保證標簽發(fā)送的數據準確性。

2.數據存儲方式

標簽采用三種方式進(jìn)行數據存儲：電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)、鐵電隨機存取存儲器(FRAM)和靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)。一般射頻識別系統主要采用EEPR0M方式。這種方式的缺點(diǎn)是寫(xiě)入過(guò)程中的功耗消耗很大，使用壽命一般為lO0000次。也有廠(chǎng)家采用FRAM方式。FRAM的寫(xiě)入功耗消耗為EEPROM的1/100，寫(xiě)入時(shí)間為EEPROM的1/1000。FRAM屬于非易失類(lèi)存儲器。然而，FRAM由于生產(chǎn)方面的問(wèn)題至今未獲得廣泛應用。SRAM能快速寫(xiě)入數據，適用于微波系統、但SRAM需要輔助電池不間斷供電，才能保存數據。

3.分類(lèi)

標簽根據是否內置電源，可以分為三種類(lèi)型：被動(dòng)式標簽、主動(dòng)式標簽和半主動(dòng)式標簽。

(1)被動(dòng)式標簽

被動(dòng)式標簽因內部沒(méi)有電源設備又被稱(chēng)為無(wú)源標簽。被動(dòng)式標簽內部的集成電路通過(guò)接收由閱讀器發(fā)出的電磁波進(jìn)行驅動(dòng)，向閱讀器發(fā)送數據。被動(dòng)式標簽的通信頻率可以是高頻(HF)或超高頻(UHF)。第一代被動(dòng)式標簽采用高頻通信，其通信頻段為13.56MHz。通信距離較短，最長(cháng)只能到達1m左右，主要用于訪(fǎng)問(wèn)控制和非接觸式付款。第二代被動(dòng)式標簽采用超高頻通信，其通信頻段為860～960MHz。通信距離較長(cháng)，可達3～5m，并且支持多標簽識別，即間讀器可同時(shí)準確識別多個(gè)標簽。迄今為止，第二代被動(dòng)式標簽也是應用最為廣泛的RFID標，主要用于工業(yè)自動(dòng)化、資產(chǎn)管理、貨物監控、個(gè)人標識和訪(fǎng)問(wèn)控制等領(lǐng)域。

(2)主動(dòng)式標簽

主動(dòng)式標簽因標簽內部攜帶電源又被稱(chēng)為有源標簽。電源設備和與其相關(guān)的電路決定了主動(dòng)式標簽要比被動(dòng)式標簽體積大、價(jià)格昂貴。但主動(dòng)式標簽通信距離更遠，可達上百米遠。主動(dòng)式標簽有兩種工作模式，一種是主動(dòng)模式，在這種模式下標簽主動(dòng)向四周進(jìn)行周期性廣播，即使沒(méi)有閱讀器存在也會(huì )這樣做;另一種為喚醒模式，為了節約電源并減小射頻信號噪聲。標一開(kāi)始處于低耗電量的休眠狀態(tài)。閱讀器識別時(shí)需先廣播一個(gè)喚醒命令，只有當標簽接收到喚醒命令時(shí)才會(huì )開(kāi)始廣播自己的編碼。這種低能耗的喚醒模式通?？梢允怪鲃?dòng)式標簽的壽命長(cháng)達好幾年，如RFCode主動(dòng)標簽就可以使用7年以上。

(3)半主動(dòng)式標簽

半主動(dòng)式標兼有被動(dòng)式標簽和主動(dòng)式標簽的所有優(yōu)點(diǎn)，內部攜帶電池，能夠為標簽內部計算提供電源。這種標簽可以攜帶傳感器，可用于檢測環(huán)境參數，如溫度、濕度、移動(dòng)性等。和主動(dòng)式標簽不同的是，它們的通信并不需要電池提供能量，而是像被動(dòng)式標簽一樣通過(guò)閱讀器發(fā)射的電磁波取通信能量。