1、射频识别技术射频识别技术RFID Technology什么是RFID？射频识别技术(RFID，Radio Frequency Identification)是一种非接触式自动识别技术，其基本原理是利用射频信号的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。附在被识别物体表面或内部的电子标签存储着物体的信息，当电子标签进入阅读器的适度区域时，阅读器以无接触的方式将电子标签内的信息按照一定的规则传输给后台计算机处理系统或电控系统，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。一、RFID的技术的发展历程 射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦
2、合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递)，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。1948年哈里斯托克曼发表的利用反射功率的通信奠定了射频识别射频识别技术的理论基础。1940-1950年：雷达的改进和应用催生了射频识别技术，1948年奠定了射频识别技术的理论基础。1950-1960年：早期射频识别技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。1960-1970年：射频识别技术的理论得到了发展，开始了一些应
3、用尝试。1970-1980年：射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期，各种射频识别技术测试得到加速。出现了一些最早的射频识别应用。1980-1990年：射频识别技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。1990-2000年：射频识别技术标准化问题日趋得到重视，射频识别产品得到广泛采用，射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分。2000年后：标准化问题日趋为人们所重视，射频识别产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。至今，射频识别技术理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距
4、离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成为现实并走向应用。RFID技术及其产业正在展现出一个美好的未来。2006年6月9日和2009年11月3日，由中国多个部委联合发布的中国射频识别技术政策白皮书和中国射频识别技术发展与应用报告，不仅为中国RFID产业发展指明了方向，也全面带动了全国范围内RFID应用的发展。特别是2009年8月温家宝总理提出建立“感知中国”中心，推进物联网发展，实现流通现代化的目标后，RFID应用的全面推进更是指日可待。二、RFID系统组成及工作原理 作为物联网的核心技术之一，RFID技术的应用领域非常广泛。由于不同领域的应用需求不同，造成了目前多种标准和协议的RF
5、ID设备共存的局面，这就使得应用系统架构的复杂程度大为提高。但是就基本的RFID系统来说，其组成相对简单而清晰，主要包括电子标签、读写器、天线、中间件和应用软件等五部分。2.1RFID2.1RFID系统组成系统组成 典型的典型的RFIDRFID系统主要由阅读器、电子标签、中间件和系统主要由阅读器、电子标签、中间件和应用系统软件组成。应用系统软件组成。图2.1RFID系统结构2.1.1 电子标签 电子标签(Electronic Tag)也称为智能标签(Smart Tag)，是由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。电子标签是RFID系统中真正的数据载体
6、。系统工作时，阅读器发出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量）信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作，一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后反射回阅读器。电子标签内部各模块的功能：电子标签内部各模块的功能：（1）天线：用来接收由阅读器送来的信号，并把要求的数据传送回给阅读器。（2）电压调节器：把由阅读器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容存储能量，再通过稳压电路以提供稳定的电源。（3）调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线返给阅读器。（4）解调器：去除载波，取出调制信号。（5）逻辑控制单元：译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。
7、（6）存储单元：包括ERPROM和ROM，作为系统运行及存放识别数据。图2.2电子标签2.1.2 RFID读写器 RFID系统至少包含电子标签和读写器两部分。RFID读写器（阅读器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。读写器主要包括射频模块和数字信号处理单元两部分。一方面，RFID标签返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块中并转换为数字信号，再经过读写器的数字信号处理单元对其进行必要的加工整形，最后从中解调出返回的信息，完成对RFID标签的识别或读/写操作；另一方面
8、，上层中间件及应用软件与读写器进行交互，实现操作指令的执行和数据汇总上传。一款一款RFID阅读器实现芯片内部结构图阅读器实现芯片内部结构图2.1.3 RFID天线 天线是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的设备，是电路与空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转化。在RFID系统中，天线分为电子标签天线和读写器天线两大类，分别承担接收能量和发射能量的作用。在确定的工作频率和带宽条件下，天线发射射频载波，并接收从标签发射或反射回来的射频载波。目前，RFID系统主要集中在LF（135 kHz）、HF（13.56 MHz）、UHF（860960 MHz）和微波频段（2.45 G
9、Hz），不同工作频段的RFID系统天线的原理和设计有着根本上的不同。RFID读写器天线的增益和阻抗特性会对RFID系统的作用距离等产生影响，RFID系统的工作频段反过来对天线尺寸以及辐射损耗有一定要求。所以RFID天线设计的好坏关系到整个RFID系统的成功与否。2.1.4 RFID中间件 中间件是一种面向消息的、可以接收应用软件端发出的请求、对指定的一个或者多个读写器发起操作并接收、处理后向应用软件返回结果数据的特殊化软件。中间件在RFID应用中除了可以屏蔽底层硬件带来的多种业务场景、硬件接口、适用标准造成的可靠性和稳定性问题，还可以为上层应用软件提供多层、分布式、异构的信息环境下业务信息和管
10、理信息的协同。图2.3中间件中间件的主要任务和功能：中间件的主要任务和功能：（1）阅读器协调控制 终端用户可以通过RFID中间件接口直接配置、监控以及发送指令给阅读器。一些RFID中间件开发商还提供了支持阅读器即插即用的功能，使终端用户新添加不同类型的阅读器时不需要增加额外的程序代码。（2）数据过滤与处理 当标签信息传输发生错误或有冗余数据产生时，RFID中间件可以通过一定的算法纠正错误并过滤掉冗余数据。RFID中间件可以避免不同的阅读器读取同一电子标签的碰撞，确保了阅读准确性。（3）数据路由与集成 RFID中间件能够决定采集到的数据传递给哪一个应用。RFID中间件可以与企业现有的企业资源计划
11、（ERP）、客户关系管理（CRM）、仓储管理系统（WMS）等软件集成在一起，为它们提供数据的路由和集成，同时中间件可以保存数据，分批的给各个应用提交数据。（4）进程管理 RFID中间件根据客户定制的任务负责数据的监控与事件的触发。如在仓储管理中，设置中间件来监控货品库存的数量，当库存低于设置的标准时，RFID中间件会触发事件，通知相应的应用软件。2.2RFID系统原理系统原理基本工作原理：由阅读器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量、电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从标签发送来的调制
12、信号，经天线调节器传送到阅读器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关的处理；主机系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定作出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制阅读器完成相应的读写操作。图2-3 RFID工作原理图例图3.1RFID工作原理图例三、RFID的工作频率对一个RFID系统来说，它的频段概念是指读写器通过天线发送、接收并识读的标签信号频率范围，也就是所传输数据的载波频率范围。从应用角度来说，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频段，它直接决定系统应用的各方面特性，如系统工作原理(电感耦合还是电磁耦合)、识别距离、射频标签及读写器实现的难易程度和
13、设备成本等方面特性。在RFID系统中，系统工作就像我们平时收听调频广播一样，射频标签和读写器也要调制到相同的频率才能工作。RFID系统主要工作在以下四个频段：（1）低频段(30kHz300kHz)低频率的RFID系统主要是通过电感耦合的方式进行工作，也就是在读写器线圈和感应器(电子标签)线圈间存在着变压器耦合作用，通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流，可作供电电压使用场区域能够很好的被定义，但是场强下降得太快。（2）高频(13.56MHz)在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式 的方式进行工作。也就是通过感应器上的
14、负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。（3）甚高频(UHF,433MHz、860MHz960MHz)甚高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是很快，但是读取的区域不是很好进行定义。该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。主要是通过电容耦合的方式进行实现。（4）微波(工作频率为2.45Hz或5.8Hz之间)这个频段的优势在于其受各种强电磁场（如电动机、焊接系统等）的干扰较小，识别距离介于高频和甚高频系统之间，而且标签可以设计得很小，但是成本较高。四、RFID应用领域概述射频识别技术以其独特的优势，逐渐地被广泛应用于工业自动化、商业自动化和交通运输控制管理等领域。随着大规模集成电路技术的进步以及生产规模的不断扩大，射频识别产品的成本将不断降低，其应用也将越来越广泛。射频识别技术在国外发展非常迅速，射频识别产品种类繁多。而在我国，由于射频识别技术起步较晚，应用的领域不是很广，除了在中国铁路应用的车号自动识别系统外，主要应用仅限于射频卡。RFID技术的典型应用主要在以下几方面：(1)物流与供应链管理(2)工业制造业(3)交通运输(4)访问控制、资产管理(5)医疗健康(6)消费品质量跟踪(7)图书管理(8)其他应用
