RFID技術(shù)的應用及發(fā)展

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)起源于第二次世界大戰，使用射頻電波識別敵機和友機。RFID技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數據以達到自動(dòng)識別的目的，該技術(shù)具有防水、耐高溫、使用壽命長(cháng)、讀取距離遠、標簽上數據可以加密、存儲數據容量大、存儲信息可以隨意修改、可以識別高速運動(dòng)中的物體，可識別多個(gè)標簽，可以在惡劣環(huán)境下工作等優(yōu)點(diǎn)。隨著(zhù)該技術(shù)的不斷完善，在社會(huì )生產(chǎn)生活中的應用將越來(lái)越廣泛。例如商品防偽，國防軍事，物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)，智能交通，電子門(mén)票，身份識別和一卡通等領(lǐng)域。

1 系統簡(jiǎn)介
1．1 系統組成
RFID系統主要由電子標簽，天線(xiàn)，讀寫(xiě)器和主機組成。電子標簽(Tag)，非接觸式IC卡，放在需要被識別的物體上，由耦合元件和芯片組成，標簽有內置天線(xiàn)，可以發(fā)送和接收信號；天線(xiàn)(Antenna)：完成無(wú)線(xiàn)信號的發(fā)送和接收；讀寫(xiě)器(Reader)可以發(fā)送和接收命令，并與主機通信，執行主機命令；主機(Host)發(fā)送用戶(hù)命令和顯示接收數據。RFID系統根據工作頻段和工作方式具有不同的性能，應用于不同場(chǎng)合。
1)標簽 根據標簽是否有電源，分為有源和無(wú)源標簽；根據標簽的可讀寫(xiě)性，分為只讀和讀寫(xiě)標簽；根據調制方式，分為主動(dòng)式、被動(dòng)式和半主動(dòng)式標簽；根據標簽和閱讀器發(fā)言順序，分為RTF(Reader Talk First)和TTF(Tag Talk First)；根據頻段的不同，分為低頻、高頻、超高頻和微波標簽。
2)天線(xiàn) 天線(xiàn)是一種以電磁波形式把無(wú)線(xiàn)電收發(fā)機的射頻信號功率接收或輻射出去的裝置。天線(xiàn)按其工作的頻段可分為短波、超短波、微波等天線(xiàn)；按方向性可分為全向、定向等天線(xiàn)；按外形可分為線(xiàn)狀、面狀等天線(xiàn)。
3)讀寫(xiě)器 讀寫(xiě)器是RFID系統的核心，其基本作用就是作為連接前向信道和后向信道的核心數據交換環(huán)節。
讀寫(xiě)器與應用系統之間通信：讀寫(xiě)器將標簽發(fā)來(lái)的調制信號，經(jīng)過(guò)解調解碼后，通過(guò)USB、串口、網(wǎng)口等，將得到的信息傳給應用系統。應用系統可以給讀卡器發(fā)送相應的命令，控制讀寫(xiě)器完成相應的任務(wù)。讀寫(xiě)器可以將其有效射頻范圍內可以激活符合標準的多個(gè)電子標簽，可以同時(shí)識別多個(gè)標簽，具有防碰撞功能。
RFID系統基本工作原理是：閱讀器通過(guò)天線(xiàn)發(fā)出含有信息的一定頻率的調制信號；當電子標簽進(jìn)入到閱讀器的工作區時(shí)，其天線(xiàn)通過(guò)耦合產(chǎn)生感應電流，從而為電子標簽提供相應的能量，此時(shí)標簽根據閱讀器發(fā)來(lái)的信息決定是否響應，是否發(fā)送數據；當閱讀器接收到電子標簽發(fā)送過(guò)來(lái)的信號，經(jīng)過(guò)解調和解碼之后，將標簽內部的數據識別出來(lái)。
1．2 RFID的工作頻率
射頻卷標的工作頻率不僅決定著(zhù)射頻識別系統的工作原理(電感耦合還是電磁耦合)、識別距離，還決定著(zhù)射頻標簽及讀寫(xiě)器實(shí)現的難易程度和設備的成本。
從功能方面來(lái)看，RFID標簽主要分為3種：只讀卷標、可重寫(xiě)卷標、帶微處理器卷標。只讀型卷標的結構功能最簡(jiǎn)單，包含的信息較少并且不能被更改；可重寫(xiě)型卷標集成了容量為幾十字節到幾萬(wàn)字節的閃存，卷標內的信息能被更改或重寫(xiě)；帶微處理器卷標依靠?jì)戎檬街蛔x存儲器中存儲的操作系統和程序來(lái)工作，出于安全的需要，許多標簽都同時(shí)具備加密電路。
工作在不同頻段或頻點(diǎn)上的射頻標簽具有不同的特點(diǎn)。射頻識別應用占據的頻段或頻點(diǎn)在國際上有公認的劃分，即位于ISM波段之中。典型工作頻率：125、133 kHz，13．56、27．12、433、902～928 MHz，2．45、5．8 GHz等。
1)低頻段射頻標簽 其工作頻率范圍為30～300 kHz。典型工作頻率有125，133 kHz。低頻標簽一般為無(wú)源標簽，其工作能量通過(guò)電感耦合方式從閱讀器耦合線(xiàn)圈的輻射近場(chǎng)中獲得。低頻標簽與閱讀器之間傳送數據時(shí)，低頻標簽需位于閱讀器天線(xiàn)輻射的近場(chǎng)區內。低頻標簽的閱讀距離一般情況下小于1 m。
2)中高頻段射頻標簽 中高頻段射頻標簽的工作頻率一般為3～30 MHz。典型工作頻率為13．56 MHz。該頻段的射頻標簽，從射頻識別應用角度來(lái)說(shuō)，因其工作原理與低頻卷標完全相同，即采用電感耦合方式工作。另外，根據無(wú)線(xiàn)電頻率的一般劃分，其工作頻段又稱(chēng)為高頻，所以也稱(chēng)為高頻標簽。中頻標簽一般采用無(wú)源設計，其工作能量同低頻標簽一樣，也是通過(guò)電感(磁)耦合方式從閱讀器耦合線(xiàn)圈的輻射近場(chǎng)中獲得。中頻標簽的有效閱讀距離一般情況下小于1 m，其典型應用有電子車(chē)票、電子身份證、電子閉鎖防盜等。
3)超高頻與微波標簽 超高頻與微波頻段的射頻標簽，簡(jiǎn)稱(chēng)為微波射頻卷標，其典型工作頻率為433．92、862(902)～928 MHz，2．45、5．8 GHz。微波射頻卷標可分為有源卷標與無(wú)源卷標兩類(lèi)。工作時(shí)，射頻卷標位于閱讀器天線(xiàn)輻射場(chǎng)的遠區場(chǎng)內，標簽與閱讀器之間的耦合方式為電磁耦合方式。閱讀器天線(xiàn)輻射場(chǎng)為無(wú)源標簽提供射頻能量，將有源標簽喚醒。相應的射頻識別系統閱讀距離一般大于1 m，典型情況為4～6 m，最大可達10 m以上。閱讀器天線(xiàn)一般均為定向天線(xiàn)，只有在閱讀器天線(xiàn)定向波束范圍內的射頻標簽才可被讀／寫(xiě)。
1．3 RFID防沖突算法
1．3．1 防沖突的多址接入方式
RFID的多址接入方式主要有3類(lèi)：
1)空分多址(SDMA)空分多址通過(guò)采用智能天線(xiàn)陣技術(shù)降低了對單個(gè)閱讀器識別距離的要求，空分多址對于UHF和微波頻率更有實(shí)用價(jià)值。目前RFID空分多址技術(shù)已被成功應用在馬拉松賽事，通過(guò)給每個(gè)運動(dòng)員配置1個(gè)電子標簽，用標簽檢測運動(dòng)員的到達時(shí)間。