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RFID技術(shù)的應用及發(fā)展

作者: 時(shí)間:2010-12-15 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

射頻識別(Radio Frequency Identification,)起源于第二次世界大戰,使用射頻電波識別敵機和友機。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

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,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。

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