RFID原理

導讀：RFID技術(shù)就是所謂無(wú)線(xiàn)射頻識別，結合多學(xué)科、多種技術(shù)的應用技術(shù)，目前用得最廣泛的是在電子標簽方面。相對于傳統的磁卡及IC卡技術(shù)具有非接觸、閱讀速度快、無(wú)磨損等特點(diǎn)，在最近幾年里得到快速發(fā)展。為加強工程師對該技術(shù)的理解，本文詳細介紹RFID技術(shù)的結構、分類(lèi)、標準以及工作原理等。。。

1. RFID原理—簡(jiǎn)介

　　RFID射頻識別是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，其基本原理是電磁理論。它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)標簽，操作快捷方便。

　　埃森哲實(shí)驗室首席科學(xué)家弗格森認為RFID是一種突破性的技術(shù)："第一，可以識別單個(gè)的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識別一類(lèi)物體;第二，其采用無(wú)線(xiàn)電射頻，可以透過(guò)外部材料讀取數據，而條形碼必須靠激光來(lái)讀取信息;第三，可以同時(shí)對多個(gè)物體進(jìn)行識讀，而條形碼只能一個(gè)一個(gè)地讀。此外，儲存的信息量也非常大。"

2. RFID原理—組成

　　最基本的RFID系統由電子標簽、讀寫(xiě)器和計算機網(wǎng)絡(luò )等這三部分組成構成。

　　1) 電子標簽(Tag)：電子標簽包含電子芯片和天線(xiàn)，天線(xiàn)在標簽和讀取器間傳遞射頻信號，電子芯片用來(lái)存儲物體的數據，天線(xiàn)用來(lái)收發(fā)無(wú)線(xiàn)電波。

　　電子標簽按供電方式分為無(wú)源電子標簽、有源電子標簽和半有源電子標簽三種：

　　? 無(wú)源電子標簽：標簽內部沒(méi)有電池，其工作能量均需閱讀器發(fā)射的電磁場(chǎng)來(lái)提供，重量輕、體積小、壽命長(cháng)、成本低，可制成各種卡片，是目前最流行的電子標簽形式。其識別距離比有源系統要小，一般為幾米到十幾米，而且需要較大的閱讀器發(fā)射功率。

　　? 有源電子標簽：通過(guò)標簽內部的電池來(lái)供電，不需要閱讀器提供能量來(lái)啟動(dòng)，標簽可主動(dòng)發(fā)射電磁信號，識別距離較長(cháng)，通?？蛇_幾十米甚至上百米，缺點(diǎn)是成本高壽命有限，而且不易做成薄卡。

　　? 半有源電子標簽：內有電池，但電池只對標簽內部電路供電，并不主動(dòng)發(fā)射信號，其能量傳遞方式與無(wú)源系統類(lèi)似，因此其工作壽命比一般有源系統標簽要長(cháng)許多。

　　2) 讀寫(xiě)器(Reader)：利用射頻技術(shù)讀寫(xiě)電子標簽的設備，讀寫(xiě)器接收電子標簽的數據信息，并將其傳送給外部主機。

　　3) 計算機網(wǎng)絡(luò )(Computer)：讀寫(xiě)器通過(guò)標準接口與計算機網(wǎng)絡(luò )連接，計算機網(wǎng)絡(luò )完成數據的處理、傳輸和通信的功能。

3. RFID原理—工作原理

　　射頻識別系統的基本模型如下圖所示。其中，電子標簽又稱(chēng)為射頻標簽、應答器、數據載體;閱讀器又稱(chēng)為讀出裝置，掃描器、通訊器、讀寫(xiě)器(取決于電子標簽是否可以無(wú)線(xiàn)改寫(xiě)數據)。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。

　　系統的基本工作流程是：閱讀器通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線(xiàn)工作區域時(shí)產(chǎn)生感應電流，射頻卡獲得能量被激活;射頻卡將自身編碼等信息通過(guò)卡內置發(fā)送天線(xiàn)發(fā)送出去;系統接收天線(xiàn)接收到從射頻卡發(fā)送來(lái)的載波信號，經(jīng)天線(xiàn)調節器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調和解碼然后送到后臺主系統進(jìn)行相關(guān)處理;主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執行機構動(dòng)作。

　　發(fā)生在閱讀器和電子標簽之間的射頻信號的耦合類(lèi)型有兩種。

　　1) 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，依據的是電磁感應定律，如右圖A所示。電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統。典型的工作頻率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。識別作用距離小于1m，典型作用距離為10～20cra。

　　2) 電磁反向散射耦合：雷達原理模型，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，依據的是電磁波的空間傳播規律，如圖B所示。電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠距離射頻識別系統。典型的工作頻率有：433MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。識別作用距離大于1m，典型作用距離為3—l0m。

4. RFID原理—標準及分類(lèi)

　　目前生產(chǎn)RFID產(chǎn)品的很多公司都采用自己的標準，國際上還沒(méi)有統一的標準。目前，可供射頻卡使用的幾種標準有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。應用最多的是ISO14443和ISO15693，這兩個(gè)標準都由物理特性、射頻功率和信號接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。

　　按照不同得方式，射頻卡有以下幾種分類(lèi)：

　　1) 按供電方式分為有源卡和無(wú)源卡。有源是指卡內有電池提供電源，其作用距離較遠，但壽命有限、體積較大、成本高，且不適合在惡劣環(huán)境下工作;無(wú)源卡內無(wú)電池，它利用波束供電技術(shù)將接收到的射頻能量轉化為直流電源為卡內電路供電，其作用距離相對有源卡短，但壽命長(cháng)且對工作環(huán)境要求不高。

　　2) 按載波頻率分為低頻射頻卡、中頻射頻卡和高頻射頻卡。低頻射頻卡主要有125kHz和134.2kHz兩種，中頻射頻卡頻率主要為13.56MHz，高頻射頻卡主要為433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低頻系統主要用于短距離、低成本的應用中，如多數的門(mén)禁控制、校園卡、動(dòng)物監管、貨物跟蹤等。中頻系統用于門(mén)禁控制和需傳送大量數據的應用系統;高頻系統應用于需要較長(cháng)的讀寫(xiě)距離和高讀寫(xiě)速度的場(chǎng)合，其天線(xiàn)波束方向較窄且價(jià)格較高，在火車(chē)監控、高速公路收費等系統中應用。

　　3) 按調制方式的不同可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。主動(dòng)式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;被動(dòng)式射頻卡使用調制散射方式發(fā)射數據，它必須利用讀寫(xiě)器的載波來(lái)調制自己的信號，該類(lèi)技術(shù)適合用在門(mén)禁或交通應用中，因為讀寫(xiě)器可以確保只激活一定范圍之內的射頻卡。在有障礙物的情況下，用調制散射方式，讀寫(xiě)器的能量必須來(lái)去穿過(guò)障礙物兩次。而主動(dòng)方式的射頻卡發(fā)射的信號僅穿過(guò)障礙物一次，因此主動(dòng)方式工作的射頻卡主要用于有障礙物的應用中，距離更遠(可達30米)。

　　4) 按作用距離可分為密耦合卡(作用距離小于1厘米)、近耦合卡(作用距離小于15厘米)、疏耦合卡(作用距離約1米)和遠距離卡(作用距離從1米到10米，甚至更遠)。

　　5) 按芯片分為只讀卡、讀寫(xiě)卡和CPU卡。

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