射頻識別技術(shù)在我國的發(fā)展研究論文

1、射頻識別技術(shù)在我國的發(fā)展研究論文 摘要：射頻識別作為一種新興的自動識別技術(shù)，在中國擁有巨大的發(fā)展?jié)摿Α１疚暮唵谓榻B射頻識別技術(shù)及其分類，以及目前射頻識別技術(shù)在我國幾個代表性領(lǐng)域的發(fā)展情況。 關(guān)鍵詞：射頻識別技術(shù)射頻卡分類 引言 射頻識別技術(shù)(RFID，RadioFrequencyIdentification)實際上是自動識別技術(shù)(AEI，AutomaticEquipmentIdentification)在無線電技術(shù)方面的具體應用與發(fā)展。該項技術(shù)的基本思想是，通過采用一些先進的技術(shù)手段，實現(xiàn)人們對各類物體或設(shè)備(人員、物品)在不同狀態(tài)(移動、靜止或惡劣環(huán)境)下的自動識別和管理。 目前，應用最廣泛

2、的自動識別技術(shù)大致可以分為光學技術(shù)和無線電技術(shù)兩個方面。本文主要介紹自動識別技術(shù)在無線電技術(shù)方面的應用。 1射頻識別技術(shù)簡介 20世紀80年代，由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，射頻識別系統(tǒng)的體積大大縮小，使得射頻識別技術(shù)進入實用化的階段，成為一種成熟的自動識別技術(shù)。 射頻識別技術(shù)是利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數(shù)據(jù)。它與同期或早期的接觸式識別技術(shù)不同。RFID系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可完成識別，因此它可在更廣泛的場合中應用。 典型的射頻識別系統(tǒng)包括射頻卡和讀寫器兩部分。 射頻卡是將幾個主要模塊集成到一塊芯片中，完成與讀寫器的通信。芯片上有EEPROM用來儲存識別碼

3、或其它數(shù)據(jù)。EEPROM容量從幾比特到幾萬比特。芯片外圍僅需連接天線(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、適于惡劣環(huán)境、可識別運動目標等優(yōu)點。 在多數(shù)RFID系統(tǒng)中，讀寫器在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波(區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸)?？ㄆ瑑?nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同。當射頻卡經(jīng)過這個區(qū)域時，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷。在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容

4、內(nèi)儲存。當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫器的數(shù)據(jù)。讀寫器接收到卡的數(shù)據(jù)后，解碼并進行錯誤校驗來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后，通過RS232、RS422、RS485或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計算機網(wǎng)絡(luò)。簡單的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測量、記錄不同的參數(shù)，甚至可與GPS系統(tǒng)連接來跟蹤物體。 工作原理如圖1所示。 2射頻識別技術(shù)的分類 射頻識別技術(shù)主要按以下四種方式分類。 (1)工作頻率 根據(jù)工作頻率的不同可分為低頻和高頻系統(tǒng)。低頻系統(tǒng)一般指其工作頻率小于30MHz的系統(tǒng)。其基本特點是：射頻卡

5、的成本較低、標簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較少、閱讀距離較短(無源情況，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)、閱讀天線方向性不強等。低頻系統(tǒng)多用于短距離、低成本的應用中，如多數(shù)的門禁控制、動物監(jiān)管、貨物跟蹤。高頻系統(tǒng)一般指其工作頻率大于400MHz的系統(tǒng)。高頻系統(tǒng)的基本特點是射頻卡及讀寫器成本均較高、卡內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大、閱讀距離較遠(可達幾m十幾m)、適應物體高速運動性能好、外形一般為卡狀、閱讀天線及射頻卡天線均有較強的方向性。高頻系統(tǒng)多應用于需要較長的讀寫距離和高的讀寫速度的場合，像火車監(jiān)控、高速公路收費等系統(tǒng)。 (2)射頻卡 根據(jù)射頻卡的不同可分成可讀寫(RW)卡、一

6、次寫入多次讀出(WORM)卡和只讀(RO)卡三種。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴得多，如電話卡、信用卡等。一般情況下改寫數(shù)據(jù)所花費的時間遠大于讀取數(shù)據(jù)所花費的時間(常規(guī)為改寫所花費的時間為s級，閱讀花費的時間為ms級)。WORM卡是用戶可以一次性寫入的卡，寫入后數(shù)據(jù)不能改變，且比RW卡要便宜。RO卡存有一個唯一的號碼，不能逐改，保證了安全性。RO卡最便宜。 (3)射頻卡的有源與無源 射頻卡可分為有源及無源兩種。有源射頻卡使用卡內(nèi)電池的能量、識別距離較長，可達十幾m，但是它的壽命有限(310年)，且價格較高；無源射頻卡不含電池，利用讀寫器發(fā)射的電磁波提供能量，重量輕、體積小、壽命長、很便宜，但

7、它的發(fā)射距離受限制，一般是幾十cm，且需要讀寫器的發(fā)射功率大。 (4)調(diào)制方式 根據(jù)調(diào)制方式的不同還可分為主動式和被動式。主動式的射頻卡用自身的射頻能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器。被動式的射頻卡，使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)。它必須利用讀寫器的載波調(diào)制自己的信號，適宜在門禁或交通的應用中使用。因為讀寫器可以確保只激活一定范圍之內(nèi)的射頻卡。 目前使用的多數(shù)系統(tǒng)中，一次只能讀寫一個射頻卡。射頻卡之間要保持一定距離，確保一次只能有一個卡在讀寫區(qū)域內(nèi)。讀寫距離長，射頻卡之間的距離就要大，應用起來很不方便?，F(xiàn)在的射頻卡具有防碰撞的功能，這對于RFID來說十分重要。所謂碰撞是指多個射頻卡進入識別區(qū)域時信號互相干擾

8、的情況。具有防碰撞性能的系統(tǒng)可以同時識別進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(tǒng)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)品種類很多，像德州儀器、Motoro1a、Philips、Microchip等世界著名廠家都生產(chǎn)RFID產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品各有特點，自成系列。射頻識別技術(shù)被廣泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、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上安裝RFID自動識別系統(tǒng)，調(diào)度員可以實時掌握火車運行情況，不僅利于管理，還大大減小了發(fā)生事故的可能性；

9、德國BMW公司將射頻識別系統(tǒng)應用在汽車生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)過程控制中等。 據(jù)有關(guān)權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，射頻識別產(chǎn)品在全世界的銷量以每年25.3%的比例增長。由此可見，射頻識別技術(shù)具有廣闊的市場前景。 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施計劃，是一個旨在加速推動我國國民經(jīng)濟信息化進程的重大國家級工程，由此各種自動識別技術(shù)的發(fā)展及應用十分迅猛?，F(xiàn)在，射頻識別技術(shù)作為一種新興的自動識別技術(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，都將會孕育一個龐大的市場。射頻識別將是未來一

10、個新的經(jīng)濟增長點。 4.1安全防護領(lǐng)域 (1)門禁保安 將來的門禁保安系統(tǒng)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。好處是簡化出入手續(xù)、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、進出入口有一臺讀寫器，人員出入時自動識別身份，非法闖入會有報警。安全級別要求高的地方、還可以結(jié)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、復印機或其它實驗室用品上。該射頻卡使得公司可以自動跟蹤管理這些有價值的財產(chǎn)，可以

11、跟蹤一個物品從某一建筑離開，或是用報警的方式限制物品離開某地。結(jié)合GPS系統(tǒng)利用射頻卡，還可以對貨柜車、貨艙等進行有效跟蹤。 (2)汽車防盜 這是RFID較新的應用。目前已經(jīng)開發(fā)出了足夠小的、能夠封裝到汽車鑰匙當中含有特定碼字的射頻卡。它需要在汽車上裝有讀寫器，當鑰匙插入到點火器中時，讀寫器能夠辨別鑰匙的身份。如果讀寫器接收不到射頻卡發(fā)送來的特定信號，汽車的引擎將不會發(fā)動。用這種電子驗證的方法，汽車的中央計算機也就能容易防止短路點火。 另一種汽車防盜系統(tǒng)是，司機自己帶有一射頻卡，其發(fā)射范圍是在司機座椅4555cm以內(nèi)，讀寫器安裝在座椅的背部。當讀寫器讀取到有效的ID號時，系統(tǒng)發(fā)出三聲鳴叫，然后

12、汽車引擎才能啟動。該防盜系統(tǒng)還有另一強大功能：倘若司機離開汽車并且車門敞開引擎也沒有關(guān)閉，這時讀寫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，這樣讀寫器不能讀到有效ID號，引擎就會自動關(guān)閉，同時觸發(fā)報警裝置。 (3)電子物品監(jiān)視系統(tǒng) 電子物品監(jiān)視系統(tǒng)(ElectronicArticleSurveillance,EAS)的目的是防止商品被盜。整個系統(tǒng)包括貼在物體上的一個內(nèi)存容量僅為1比特(即開或關(guān))的射頻卡，和商店出口處的讀寫器。射頻卡在安裝時被激活。在激活狀態(tài)下，射頻卡接近掃描器時會被探測到，同時會報警。如果貨物被購買，由銷售人員用專用工具拆除射頻卡(典型的是在服裝店里)，或者用磁

13、場來使射頻卡失效，或者直接破壞射頻卡本身的電特性。EAS系統(tǒng)已被廣泛使用。據(jù)估計每年消耗60億套。 4.2商品生產(chǎn)銷售領(lǐng)域 (1)生產(chǎn)線自動化 用RFID技術(shù)在生產(chǎn)流水線上實現(xiàn)自動控制、監(jiān)視，提高生產(chǎn)率，改進生產(chǎn)方式，節(jié)約了成本。舉個例子以說明在生產(chǎn)線上應用RFID技術(shù)的情況。 用于汽車裝配流水線。德國寶馬汽車公司在裝配流水線上應用射頻卡，以盡可能大量地生產(chǎn)用戶定制的汽車。寶馬汽車的生產(chǎn)是基于用戶提出的要求式樣而生產(chǎn)的。用戶可以從上萬種內(nèi)部和外部選項中，選定自己所需車的顏色、引擎型號和輪胎式樣等。這樣一來，汽車裝配流水線上就得裝配上百種式樣的寶馬汽車，如果沒有一個高度組織的、復雜的控制系統(tǒng)是很

14、難完成這樣復雜的任務(wù)的。寶馬公司在其裝配流水線上配有RFID系統(tǒng)，使用可重復使用的射頻卡。該射頻卡上帶有汽車所需的所有詳細的要求，在每個工作點處都有讀寫器，這樣可以保證汽車在各個流水線位置，能毫不出錯地完成裝配任務(wù)。 (2)倉儲管理 將RFID系統(tǒng)用于智能倉庫貨物管理，能有效地解決與貨物流動有關(guān)的信息管理，不但增加了處理貨物的速度，還可監(jiān)視貨物的一切信息。射頻卡貼在貨物所通過的倉庫大門邊上，讀寫器和天線都放在叉車上，每個貨物都貼有條碼，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，由另一讀寫器識別并告知中央計算它被放在哪個拖車上。這樣，管理中心可

15、以實時地了解到已經(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 偽造問題在世界各地都是令人頭疼的問題，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，使偽造者望而卻步。射頻卡本身有內(nèi)存，可以儲存、修改與產(chǎn)品有關(guān)的數(shù)據(jù)，利于銷售商使用；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完成，而我國普遍采用現(xiàn)金交易?，F(xiàn)金交易不方便也不安全，還容易出現(xiàn)稅收的漏洞。目前的收費卡多用磁卡、IC卡，而射頻卡也開始占據(jù)市場。原因是在一些惡劣

16、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，射頻卡用起來方便、快捷，甚至不用打開包，在讀寫器前搖晃一下，就完成收費。另外，還可同時識別幾張卡并行收費，如公共汽車上的電子月票。我國大城市的公共汽車異常擁擠、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(shù)據(jù)統(tǒng)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物皮下。射頻卡大約10mm長，內(nèi)有一個線圈，約1000圈的細線繞在鐵氧體上，讀寫距離是十幾cm。從賽馬識別發(fā)展到了標識牲畜。牲畜的識別提供了現(xiàn)代化管理牧場的方法。 (2)運動計時 在馬拉松比賽中，由于人員太多，有時

17、第一個出發(fā)的人同最后一個出發(fā)的人能相隔40分鐘。如果沒有一個精確的計時裝置，就會出現(xiàn)差錯。射頻卡應用于馬拉松比賽中，運動員在自己的鞋帶上很方便地系上射頻卡，在比賽的起跑線和終點線處放置帶有微型天線的小墊片。當運動員越過此墊片時，計時系統(tǒng)便會接收運動員所帶的射頻卡發(fā)出的ID號，并記錄當時的時間。這樣，每個運動員都會有自己的起始時間和結(jié)束時間，不會出現(xiàn)不公平競爭的可能性了。在比賽路線中，如果每隔5km就設(shè)置這樣一個墊片，還可以很方便地記錄運動員在每個階段所用的時間。 RFID還可應用于汽車大獎賽上的精確計時。在跑道下面按照一定的距離間隔埋入一系列的天線，這些天線與讀寫器相連，而射頻卡安裝到賽車前方

18、。當賽車每越過一個天線時，賽車的ID號和時間就被記錄下來，并存儲到中央計算機內(nèi)。這樣到比賽結(jié)束時，每個參賽選手將會有一個準確的結(jié)果。 4.4交通運輸領(lǐng)域 (1)高速公路自動收費及交通管理 高速公路自動收費系統(tǒng)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題：一是在收費站口，許多車輛要停車排隊，成為交通瓶頸問題；二是少數(shù)不法的收費員貪污路費，使國家損失了相當?shù)呢斦杖搿FID技術(shù)應用在高速公路自動收費上，能夠充分體現(xiàn)它非接觸識別的優(yōu)勢讓車輛高速通過收費站的同時自動完成收費，同時可以解決收費員貪污路費及交通擁堵的問題。利用射頻識別技術(shù)的不停車高速公路自動收費系統(tǒng)是將來的發(fā)展方向；人工收費，包括IC卡的停車收費方式，終將會被淘汰。預計在未來10年內(nèi)，高速公路自動收費系統(tǒng)將有數(shù)十億元的需求。 在城市交通方面，解決交通日趨擁擠