淺談射頻識別技術(shù)在中國的發(fā)展

摘要：射頻識別作為一種新興的自動(dòng)識別技術(shù)，在中國擁有巨大的發(fā)展潛力。本文簡(jiǎn)單介紹射頻識別技術(shù)及其分類(lèi)，以及目前射頻識別技術(shù)在我國幾個(gè)代表性領(lǐng)域的發(fā)展情況。

關(guān)鍵詞：射頻識別技術(shù) 射頻卡 分類(lèi)

引 言

??射頻識別技術(shù)(RFID，Radio Frequency Identification)實(shí)際上是自動(dòng)識別技術(shù)(AEI，Automatic Equipment Identification)在無(wú)線(xiàn)電技術(shù)方面的具體應用與發(fā)展。該項技術(shù)的基本思想是，通過(guò)采用一些先進(jìn)的技術(shù)手段，實(shí)現人們對各類(lèi)物體或設備 (人員、物品) 在不同狀態(tài)(移動(dòng)、靜止或惡劣環(huán)境)下的自動(dòng)識別和管理。

　　目前，應用最廣泛的自動(dòng)識別技術(shù)大致可以分為光學(xué)技術(shù)和無(wú)線(xiàn)電技術(shù)兩個(gè)方面。本文主要介紹自動(dòng)識別技術(shù)在無(wú)線(xiàn)電技術(shù)方面的應用。

1 射頻識別技術(shù)簡(jiǎn)介

　　20世紀80年代，由于大規模集成電路技術(shù)的成熟，射頻識別系統的體積大大縮小，使得射頻識別技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化的階段，成為一種成熟的自動(dòng)識別技術(shù)。

　　射頻識別技術(shù)是利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數據。它與同期或早期的接觸式識別技術(shù)不同。RFID系統的射頻卡和讀寫(xiě)器之間不用接觸就可完成識別，因此它可在更廣泛的場(chǎng)合中應用。

　　典型的射頻識別系統包括射頻卡和讀寫(xiě)器兩部分。

　　射頻卡是將幾個(gè)主要模塊集成到一塊芯片中，完成與讀寫(xiě)器的通信。芯片上有EEPROM用來(lái)儲存識別碼或其它數據。EEPROM容量從幾比特到幾萬(wàn)比特。 芯片外圍僅需連接天線(xiàn)(和電池)，可以作為人員的身份識別卡或貨物的標識卡?？ǚ庋b可以有不同形式，比如常見(jiàn)的信用卡及小圓片的形式等。與條碼、磁卡、IC卡等同期或早期的識別技術(shù)相比，射頻卡具有非接觸、工作距離長(cháng)、適于惡劣環(huán)境、可識別運動(dòng)目標等優(yōu)點(diǎn)。

　　在多數RFID系統中，讀寫(xiě)器在一個(gè)區域內發(fā)射電磁波(區域大小取決于工作頻率和天線(xiàn)尺寸)?？ㄆ瑑扔幸粋€(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫(xiě)器發(fā)射的頻率相同。當射頻卡經(jīng)過(guò)這個(gè)區域時(shí)，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內有了電荷。在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個(gè)電容內儲存。當所積累的電荷達到2V時(shí)，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內數據發(fā)射出去或接取讀寫(xiě)器的數據。讀寫(xiě)器接收到卡的數據后，解碼并進(jìn)行錯誤校驗來(lái)決定數據的有效性，然后，通過(guò)RS232、RS422、RS485或無(wú)線(xiàn)方式將數據傳送到計算機網(wǎng)絡(luò )。簡(jiǎn)單的RFID產(chǎn)品就是一種非接觸的IC卡，而復雜的RFID產(chǎn)品能和外部傳感器接口連接來(lái)測量、記錄不同的參數，甚至可與GPS系統連接來(lái)跟蹤物體。

　　工作原理如圖1所示。

2 射頻識別技術(shù)的分類(lèi)

　　射頻識別技術(shù)主要按以下四種方式分類(lèi)。

(1)工作頻率

　　根據工作頻率的不同可分為低頻和高頻系統。①低頻系統一般指其工作頻率小于30MHz的系統。其基本特點(diǎn)是：射頻卡的成本較低、標簽內保存的數據量較少、閱讀距離較短(無(wú)源情況，典型閱讀距離為10cm)、射頻卡外形多樣(卡狀、環(huán)狀、鈕扣狀、筆狀)、閱讀天線(xiàn)方向性不強等。低頻系統多用于短距離、低成本的應用中，如多數的門(mén)禁控制、動(dòng)物監管、貨物跟蹤。②高頻系統一般指其工作頻率大于400MHz的系統。高頻系統的基本特點(diǎn)是射頻卡及讀寫(xiě)器成本均較高、卡內保存的數據量較大、閱讀距離較遠(可達幾m~十幾m)、適應物體高速運動(dòng)性能好、外形一般為卡狀、閱讀天線(xiàn)及射頻卡天線(xiàn)均有較強的方向性。高頻系統多應用于需要較長(cháng)的讀寫(xiě)距離和高的讀寫(xiě)速度的場(chǎng)合，像火車(chē)監控、高速公路收費等系統。

(2)射頻卡

　　根據射頻卡的不同可分成可讀寫(xiě)(RW)卡、一次寫(xiě)入多次讀出(WORM)卡和只讀(RO)卡三種。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴得多，如電話(huà)卡、信用卡等。一般情況下改寫(xiě)數據所花費的時(shí)間遠大于讀取數據所花費的時(shí)間(常規為改寫(xiě)所花費的時(shí)間為s級，閱讀花費的時(shí)間為ms級)。WORM卡是用戶(hù)可以一次性寫(xiě)入的卡，寫(xiě)入后數據不能改變，且比RW卡要便宜。RO卡存有一個(gè)唯一的號碼，不能逐改，保證了安全性。RO卡最便宜。

(3)射頻卡的有源與無(wú)源

　　射頻卡可分為有源及無(wú)源兩種。有源射頻卡使用卡內電池的能量、識別距離較長(cháng)，可達十幾m，但是它的壽命有限(3~10年)，且價(jià)格較高；無(wú)源射頻卡不含電池，利用讀寫(xiě)器發(fā)射的電磁波提供能量，重量輕、體積小、壽命長(cháng)、很便宜，但它的發(fā)射距離受限制，一般是幾十cm，且需要讀寫(xiě)器的發(fā)射功率大。

(4)調制方式

　　根據調制方式的不同還可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。①主動(dòng)式的射頻卡用自身的射頻能量主動(dòng)地發(fā)送數據給讀寫(xiě)器。②被動(dòng)式的射頻卡，使用調制散射方式發(fā)射數據。它必須利用讀寫(xiě)器的載波調制自己的信號，適宜在門(mén)禁或交通的應用中使用。因為讀寫(xiě)器可以確保只激活一定范圍之內的射頻卡。

　　目前使用的多數系統中，一次只能讀寫(xiě)一個(gè)射頻卡。射頻卡之間要保持一定距離，確保一次只能有一個(gè)卡在讀寫(xiě)區域內。讀寫(xiě)距離長(cháng)，射頻卡之間的距離就要大，應用起來(lái)很不方便?，F在的射頻卡具有防碰撞的功能，這對于RFID來(lái)說(shuō)十分重要。所謂碰撞是指多個(gè)射頻卡進(jìn)入識別區域時(shí)信號互相干擾的情況。具有防碰撞性能的系統可以同時(shí)識別進(jìn)入識別距離的所有射頻卡，它的并行工作方式大大提高了系統的效率。

3 國際射頻識別技術(shù)發(fā)展狀況

　　射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展得很快。RFID產(chǎn)品種類(lèi)很多，像德州儀器、 Motoro1a、Philips、Microchip等世界著(zhù)名廠(chǎng)家都生產(chǎn)RFID產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品各有特點(diǎn)，自成系列。射頻識別技術(shù)被廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域。如澳大利亞將它的RFID產(chǎn)品用于澳機場(chǎng)旅客行李管理中并發(fā)揮了出色的作用；瑞士國家鐵路局在瑞士的全部旅客列車(chē)上安裝RFID自動(dòng)識別系統，調度員可以實(shí)時(shí)掌握火車(chē)運行情況，不僅利于管理，還大大減小了發(fā)生事故的可能性；德國B(niǎo)MW公司將射頻識別系統應用在汽車(chē)生產(chǎn)流水線(xiàn)的生產(chǎn)過(guò)程控制中等。

據有關(guān)權威數據顯示，射頻識別產(chǎn)品在全世界的銷(xiāo)量以每年25.3%的比例增長(cháng)。由此可見(jiàn)，射頻識別技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景。

4 射頻識別技術(shù)在我國的發(fā)展

　　我國政府在1993年制定的金卡工程實(shí)施計劃，是一個(gè)旨在加速推動(dòng)我國國民經(jīng)濟信息化進(jìn)程的重大國家級工程，由此各種自動(dòng)識別技術(shù)的發(fā)展及應用十分迅猛?，F在，射頻識別技術(shù)作為一種新興的自動(dòng)識別技術(shù)，也將在中國很快地普及。

　　目前，我國的射頻識別技術(shù)在下列幾種應用中發(fā)展前景較好。當然，這里僅僅羅列了射頻識別技術(shù)應用的一部分。任何一種技術(shù)如果得到普及，都將會(huì )孕育一個(gè)龐大的市場(chǎng)。射頻識別將是未來(lái)一個(gè)新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)。

4.1 安全防護領(lǐng)域

(1)門(mén)禁保安

　　將來(lái)的門(mén)禁保安系統均可應用射頻卡。一卡可以多用。比如，可以作工作證、出入證、停車(chē)卡、飯店住宿卡甚至旅游護照等，目的都是識別人員身份、安全管理、收費等等。好處是簡(jiǎn)化出入手續、提高工作效率、安全保護。只要人員佩戴了封裝成ID卡大小的射頻卡、進(jìn)出入口有一臺讀寫(xiě)器，人員出入時(shí)自動(dòng)識別身份，非法闖入會(huì )有報警。安全級別要求高的地方、還可以結合其它的識別方式，將指紋、掌紋或顏面特征存入射頻卡。

　　公司還可以用射頻卡保護和跟蹤財產(chǎn)。將射頻卡貼在物品上面，如計算機、傳真機、文件、復印機或其它實(shí)驗室用品上。該射頻卡使得公司可以自動(dòng)跟蹤管理這些有價(jià)值的財產(chǎn)，可以跟蹤一個(gè)物品從某一建筑離開(kāi)，或是用報警的方式限制物品離開(kāi)某地。結合GPS系統利用射頻卡，還可以對貨柜車(chē)、貨艙等進(jìn)行有效跟蹤。

(2)汽車(chē)防盜

　　這是RFID較新的應用。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了足夠小的、能夠封裝到汽車(chē)鑰匙當中含有特定碼字的射頻卡。它需要在汽車(chē)上裝有讀寫(xiě)器，當鑰匙插入到點(diǎn)火器中時(shí)，讀寫(xiě)器能夠辨別鑰匙的身份。如果讀寫(xiě)器接收不到射頻卡發(fā)送來(lái)的特定信號，汽車(chē)的引擎將不會(huì )發(fā)動(dòng)。用這種電子驗證的方法，汽車(chē)的中央計算機也就能容易防止短路點(diǎn)火。

　　另一種汽車(chē)防盜系統是，司機自己帶有一射頻卡，其發(fā)射范圍是在司機座椅45~55cm以?xún)?，讀寫(xiě)器安裝在座椅的背部。當讀寫(xiě)器讀取到有效的ID號時(shí)，系統發(fā)出三聲?shū)Q叫，然后汽車(chē)引擎才能啟動(dòng)。該防盜系統還有另一強大功能：倘若司機離開(kāi)汽車(chē)并且車(chē)門(mén)敞開(kāi)引擎也沒(méi)有關(guān)閉，這時(shí)讀寫(xiě)器就需要讀取另一有效ID號；假如司機將該射頻卡帶離汽車(chē)，這樣讀寫(xiě)器不能讀到有效ID號，引擎就會(huì )自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)觸發(fā)報警裝置。

(3)電子物品監視系統

　　電子物品監視系統(Electronic Article Surveillance, EAS)的目的是防止商品被盜。整個(gè)系統包括貼在物體上的一個(gè)內存容量?jì)H為1比特(即開(kāi)或關(guān))的射頻卡，和商店出口處的讀寫(xiě)器。射頻卡在安裝時(shí)被激活。在激活狀態(tài)下，射頻卡接近掃描器時(shí)會(huì )被探測到，同時(shí)會(huì )報警。如果貨物被購買(mǎi)，由銷(xiāo)售人員用專(zhuān)用工具拆除射頻卡(典型的是在服裝店里)，或者用磁場(chǎng)來(lái)使射頻卡失效，或者直接破壞射頻卡本身的電特性。EAS系統已被廣泛使用。據估計每年消耗60億套。

4.2 商品生產(chǎn)銷(xiāo)售領(lǐng)域

(1)生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化

　　用RFID技術(shù)在生產(chǎn)流水線(xiàn)上實(shí)現自動(dòng)控制、監視，提高生產(chǎn)率，改進(jìn)生產(chǎn)方式，節約了成本。舉個(gè)例子以說(shuō)明在生產(chǎn)線(xiàn)上應用RFID技術(shù)的情況。

　　用于汽車(chē)裝配流水線(xiàn)。德國寶馬汽車(chē)公司在裝配流水線(xiàn)上應用射頻卡，以盡可能大量地生產(chǎn)用戶(hù)定制的汽車(chē)。寶馬汽車(chē)的生產(chǎn)是基于用戶(hù)提出的要求式樣而生產(chǎn)的。用戶(hù)可以從上萬(wàn)種內部和外部選項中，選定自己所需車(chē)的顏色、引擎型號和輪胎式樣等。這樣一來(lái)，汽車(chē)裝配流水線(xiàn)上就得裝配上百種式樣的寶馬汽車(chē)，如果沒(méi)有一個(gè)高度組織的、復雜的控制系統是很難完成這樣復雜的任務(wù)的。寶馬公司在其裝配流水線(xiàn)上配有RFID系統，使用可重復使用的射頻卡。該射頻卡上帶有汽車(chē)所需的所有詳細的要求，在每個(gè)工作點(diǎn)處都有讀寫(xiě)器，這樣可以保證汽車(chē)在各個(gè)流水線(xiàn)位置，能毫不出錯地完成裝配任務(wù)。

(2)倉儲管理

　　將RFID系統用于智能倉庫貨物管理，能有效地解決與貨物流動(dòng)有關(guān)的信息管理，不但增加了處理貨物的速度，還可監視貨物的一切信息。射頻卡貼在貨物所通過(guò)的倉庫大門(mén)邊上，讀寫(xiě)器和天線(xiàn)都放在叉車(chē)上，每個(gè)貨物都貼有條碼，所有條碼信息都被存儲在倉庫的中央計算機里，與該貨物有關(guān)的信息都能在計算機里查到。當貨物出庫時(shí)，由另一讀寫(xiě)器識別并告知中央計算它被放在哪個(gè)拖車(chē)上。這樣，管理中心可以實(shí)時(shí)地了解到已經(jīng)生產(chǎn)了多少產(chǎn)品和發(fā)送了多少產(chǎn)品。

(3)產(chǎn)品防偽

　　偽造問(wèn)題在世界各地都是令人頭疼的問(wèn)題，將射頻識別技術(shù)應用在防偽領(lǐng)域有它自身的技術(shù)優(yōu)勢。防偽技術(shù)本身要求成本低，且難于偽造。射頻卡的成本就相對便宜，而芯片的制造需要有昂貴的芯片工廠(chǎng)，使偽造者望而卻步。射頻卡本身有內存，可以?xún)Υ?、修改與產(chǎn)品有關(guān)的數據，利于銷(xiāo)售商使用；體積十分小、便于產(chǎn)品封裝。像電腦、激光打印機、電視等產(chǎn)品上都可使用。

(4)RFID卡收費

　　國外的各種交易大多利用各種卡來(lái)完成，而我國普遍采用現金交易?，F金交易不方便也不安全，還容易出現稅收的漏洞。目前的收費卡多用磁卡、IC卡，而射頻卡也開(kāi)始占據市場(chǎng)。原因是在一些惡劣的環(huán)境中，磁卡、IC卡容易損壞，而射頻卡則不易磨損，也不怕靜電及其它情況；同時(shí)，射頻卡用起來(lái)方便、快捷，甚至不用打開(kāi)包，在讀寫(xiě)器前搖晃一下，就完成收費。另外，還可同時(shí)識別幾張卡．并行收費，如公共汽車(chē)上的電子月票。我國大城市的公共汽車(chē)異常擁擠、環(huán)境條件差，射頻卡的使用有助于改善這種情況。

4.3 管理與數據統計領(lǐng)域

(1)畜牧管理

　　該領(lǐng)域的發(fā)展起步于賽馬的識別，是用小玻璃封裝的射頻卡植于動(dòng)物皮下。射頻卡大約10mm長(cháng)，內有一個(gè)線(xiàn)圈，約1000圈的細線(xiàn)繞在鐵氧體上，讀寫(xiě)距離是十幾cm。從賽馬識別發(fā)展到了標識牲畜。牲畜的識別提供了現代化管理牧場(chǎng)的方法。

(2)運動(dòng)計時(shí)

　　在馬拉松比賽中，由于人員太多，有時(shí)第一個(gè)出發(fā)的人同最后一個(gè)出發(fā)的人能相隔40分鐘。如果沒(méi)有一個(gè)精確的計時(shí)裝置，就會(huì )出現差錯。射頻卡應用于馬拉松比賽中，運動(dòng)員在自己的鞋帶上很方便地系上射頻卡，在比賽的起跑線(xiàn)和終點(diǎn)線(xiàn)處放置帶有微型天線(xiàn)的小墊片。當運動(dòng)員越過(guò)此墊片時(shí)，計時(shí)系統便會(huì )接收運動(dòng)員所帶的射頻卡發(fā)出的ID號，并記錄當時(shí)的時(shí)間。這樣，每個(gè)運動(dòng)員都會(huì )有自己的起始時(shí)間和結束時(shí)間，不會(huì )出現不公平競爭的可能性了。在比賽路線(xiàn)中，如果每隔5km就設置這樣一個(gè)墊片，還可以很方便地記錄運動(dòng)員在每個(gè)階段所用的時(shí)間。

　　RFID還可應用于汽車(chē)大獎賽上的精確計時(shí)。在跑道下面按照一定的距離間隔埋入一系列的天線(xiàn)，這些天線(xiàn)與讀寫(xiě)器相連，而射頻卡安裝到賽車(chē)前方。當賽車(chē)每越過(guò)一個(gè)天線(xiàn)時(shí)，賽車(chē)的ID號和時(shí)間就被記錄下來(lái)，并存儲到中央計算機內。這樣到比賽結束時(shí)，每個(gè)參賽選手將會(huì )有一個(gè)準確的結果。

4.4 交通運輸領(lǐng)域

(1)高速公路自動(dòng)收費及交通管理

　　高速公路自動(dòng)收費系統是射頻識別技術(shù)最成功的應用之一。目前，中國的高速公路發(fā)展非?？?，而高速公路收費卻存在一些問(wèn)題：一是在收費站口，許多車(chē)輛要停車(chē)排隊，成為交通瓶頸問(wèn)題；二是少數不法的收費員貪污路費，使國家損失了相當的財政收入。RFID技術(shù)應用在高速公路自動(dòng)收費上，能夠充分體現它非接觸識別的優(yōu)勢――讓車(chē)輛高速通過(guò)收費站的同時(shí)自動(dòng)完成收費，同時(shí)可以解決收費員貪污路費及交通擁堵的問(wèn)題。利用射頻識別技術(shù)的不停車(chē)高速公路自動(dòng)收費系統是將來(lái)的發(fā)展方向；人工收費，包括IC卡的停車(chē)收費方式，終將會(huì )被淘汰。預計在未來(lái)10年內，高速公路自動(dòng)收費系統將有數十億元的需求。

　　在城市交通方面，解決交通日趨擁擠問(wèn)題不能只依賴(lài)于修路。加強交通的指揮、控制、疏導，提高道路的利用率，深挖現有交通潛能也是非常重要的；而基于RFID技術(shù)的交通管理系統可實(shí)現自動(dòng)查處違章車(chē)輛，記錄違章情況。另外，公共汽車(chē)站實(shí)時(shí)跟蹤指示公共汽車(chē)到站時(shí)間及自動(dòng)顯示乘客信息，會(huì )給乘客帶來(lái)很大的方便。

(2)火車(chē)和貨運集裝箱的識別

　　在火車(chē)運營(yíng)中，使用RFID系統很大的優(yōu)勢在于：火車(chē)是按既定路線(xiàn)運行的，因此肯定要通過(guò)設定的讀寫(xiě)器的地點(diǎn)。通過(guò)讀到的數據，能夠得到火車(chē)的身份、監控火車(chē)的完整性，以防止遺漏在鐵軌上的車(chē)廂發(fā)生撞車(chē)事故，同時(shí)能在車(chē)站將車(chē)廂重新編組。起初的努力是用超音波和雷達測距系統讀出車(chē)廂側的條碼，現在被RFID系統取代。射頻卡一般安在車(chē)廂頂邊，讀寫(xiě)器安在鐵路沿線(xiàn)，就可得到火車(chē)的實(shí)時(shí)信息及車(chē)廂內裝的物品信息。

　　目前，射頻自動(dòng)識別系統的安裝遍布全國14個(gè)鐵路局。2001年3月1日，鐵道部正式聯(lián)網(wǎng)啟用車(chē)次車(chē)號自動(dòng)識別系統，為自備車(chē)企業(yè)、合資鐵路和地方鐵路實(shí)現信息化智能運輸管理提供了重要良機。

5 結 論

　　射頻識別技術(shù)在中國處于一個(gè)剛剛起步的階段，但是它的發(fā)展潛力是巨大的。在信息社會(huì )，對于各種信息的獲取及處理，要求快速、準確。在不久的將來(lái)，RFID技術(shù)將同其它識別技術(shù)一樣，深入到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域。