RFID技術(shù)原理簡(jiǎn)介及應(yīng)用

1、 RFID技術(shù)近距離無(wú)線通信技術(shù)之一RFID技術(shù)簡(jiǎn)介 RFID是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的排頭兵和中樞技術(shù)之一射頻識(shí)別技術(shù)RFID(Radio Frequency Identification) 通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸、雙向數(shù)據(jù)通信對(duì)目標(biāo)加以識(shí)別?？梢钥焖僮x寫、長(zhǎng)期跟蹤管理。 作為物聯(lián)網(wǎng)的核心基礎(chǔ)之一，RFID產(chǎn)業(yè)能否健康發(fā)展將直接關(guān)系到物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的成敗。 RFID標(biāo)簽可謂是早期物聯(lián)網(wǎng)最為關(guān)鍵的技術(shù)與產(chǎn)品環(huán)節(jié)，現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)最大規(guī)模、最有前景的應(yīng)用就是在零售和物流領(lǐng)域，利用RFID技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)共享。RFID技術(shù)簡(jiǎn)介有源無(wú)源 射頻識(shí)別技術(shù)RFID(Radio Freq

2、uency Identification)是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，即通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行非接觸、雙向數(shù)據(jù)通信對(duì)目標(biāo)加以識(shí)別。一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)一般由RFID標(biāo)簽、讀寫器以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等部分組成。 RFID技術(shù)簡(jiǎn)介 RFID技術(shù)的發(fā)展最早可以追溯至第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，那時(shí)它被用來(lái)在空中作戰(zhàn)行動(dòng)中進(jìn)行敵我識(shí)別。 RFID技術(shù)簡(jiǎn)介時(shí)間時(shí)間 RFIDRFID技術(shù)發(fā)展技術(shù)發(fā)展 1941-1950年 雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了RFID技術(shù)，1948年奠定了RFID技術(shù)的理論基礎(chǔ)。 1951-1960年 早期RFID技術(shù)的探索階段，主要處于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究。 196l-1970年 RFID技術(shù)的理論得到了發(fā)展，

3、開始了一些應(yīng)用嘗試。 1971-1980年 RFID技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個(gè)大發(fā)展時(shí)期，各種RFID技術(shù)測(cè)試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的RFID應(yīng)用。 1981-1990年 RFID技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，各種封閉系統(tǒng)應(yīng)用開始出現(xiàn)。 1991-2000年 RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題日趨得到重視，RFID產(chǎn)品得到廣泛采用。 2001-今 標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題日趨為人們所重視，RFID產(chǎn)品種類更加豐富，有源電子標(biāo)簽、無(wú)源電子標(biāo)簽及半無(wú)源電子標(biāo)簽均得到發(fā)展，電子標(biāo)簽成本不斷降低。 RFIDRFID并不是一個(gè)嶄新的技術(shù)并不是一個(gè)嶄新的技術(shù) RFID系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理RFID系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理中間件中間件及應(yīng)用及應(yīng)用

4、軟件軟件數(shù)據(jù)協(xié)議處理器數(shù)據(jù)協(xié)議處理器標(biāo)簽驅(qū)動(dòng)標(biāo)簽驅(qū)動(dòng)( (射頻單元射頻單元) )響應(yīng)單元響應(yīng)單元編碼編碼存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器解碼解碼物理接口物理接口( (調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)) )讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)命令命令查詢查詢寫入寫入讀取讀取芯片芯片天線天線封裝封裝數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)能量能量RFID系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理 根據(jù)閱讀器及電子標(biāo)簽之間的能量感應(yīng)方式，F(xiàn)DID有兩種耦合類型n電感耦合（感應(yīng)耦合）電感耦合（感應(yīng)耦合）：變壓器模型，通過(guò)空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)為電磁感應(yīng)定律，如下圖所示。RFID系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理n反向散射耦合：反向散射耦合：雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)

5、的是電磁波的空間傳播規(guī)律 RFID系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。近距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。工作的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。RFID系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理電感耦合與反向散射耦合的差別電感耦合與反向散射耦合的差別 在反向散射耦合方式中，閱讀器的天線將讀寫射在反向散射耦合方式中，閱讀器的天線將讀寫射頻能量以電磁波的方式發(fā)送到空間范圍內(nèi)，建立有頻能量以電磁波的方式發(fā)送到空間范圍內(nèi)，建立有效閱讀區(qū)域，位于該區(qū)域中的標(biāo)簽從閱讀器天線發(fā)效閱讀區(qū)域，

6、位于該區(qū)域中的標(biāo)簽從閱讀器天線發(fā)出的電磁場(chǎng)中提取工作能量，并將標(biāo)簽內(nèi)存的數(shù)據(jù)出的電磁場(chǎng)中提取工作能量，并將標(biāo)簽內(nèi)存的數(shù)據(jù)信息傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)信號(hào)解碼后送計(jì)算機(jī)信息傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)信號(hào)解碼后送計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理。反向散射耦合將射頻能量以電磁波系統(tǒng)進(jìn)行處理。反向散射耦合將射頻能量以電磁波的形式發(fā)送出去。的形式發(fā)送出去。 在電感耦合方式中，閱讀器將射頻能量束縛在閱在電感耦合方式中，閱讀器將射頻能量束縛在閱讀器電感線圈周圍，通過(guò)交變閉合的線圈磁場(chǎng)，溝讀器電感線圈周圍，通過(guò)交變閉合的線圈磁場(chǎng)，溝通閱讀器線圈與射頻標(biāo)簽之間的射頻通道，沒(méi)有向通閱讀器線圈與射頻標(biāo)簽之間的射頻通道，沒(méi)有向空間輻射電

7、磁能量?？臻g輻射電磁能量。RFID系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理閱讀器（功能） 讀取器讀/寫裝置閱讀器（組成）控制模塊收發(fā)模塊接口單元耦合模塊應(yīng)答器（組成）耦合元件（線圈、天線）微芯片RFID系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理RFID系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理RFID系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理 RFID技術(shù)的基本工作原理：標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。 參數(shù)參數(shù)低頻低頻(LF)(LF)高頻高頻

8、(HF)(HF)超高頻超高頻(UHF)(UHF)微波微波(uW)(uW)頻率頻率125125134 KHz134 KHz13.513.56 MHz6 MHz433MHz433MHz，860860960 MHz960 MHz2.45GHz2.45GHz，5.85.8 GHz GHz技術(shù)技術(shù)特點(diǎn)特點(diǎn)穿透及繞射能穿透及繞射能力強(qiáng)力強(qiáng)( (能穿透水能穿透水及繞射金屬物及繞射金屬物質(zhì)質(zhì)) )；但速度慢、；但速度慢、距離近距離近性價(jià)比適中，性價(jià)比適中，適用于絕大多適用于絕大多數(shù)環(huán)境；但抗數(shù)環(huán)境；但抗沖突能力差沖突能力差速度快、作用距速度快、作用距離遠(yuǎn)；但穿透能離遠(yuǎn)；但穿透能力弱力弱( (不能穿透水，不能穿

9、透水，被金屬物質(zhì)全反被金屬物質(zhì)全反射射) )，一 般 為 有一 般 為 有源 系 統(tǒng) ，源 系 統(tǒng) ，作 用 距 離作 用 距 離遠(yuǎn) ； 但 抗遠(yuǎn) ； 但 抗干擾力差干擾力差作用作用距離距離0.10.10.45m0.45m1 1 3m3m3 39m9m 1 0 m 1 0 m 或或100m(100m(有源有源) )主要主要應(yīng)用應(yīng)用門禁、防盜系門禁、防盜系統(tǒng)統(tǒng)畜牧、寵物管畜牧、寵物管理理智能卡智能卡電子票務(wù)電子票務(wù)圖書管理圖書管理商品防偽商品防偽倉(cāng)儲(chǔ)管理倉(cāng)儲(chǔ)管理物流跟蹤物流跟蹤航空包裹航空包裹自動(dòng)控制自動(dòng)控制道路收費(fèi)道路收費(fèi)RFID系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理只要通過(guò)RFID 閱讀器，不需接觸，直接讀取信

10、息至數(shù)據(jù)庫(kù)，一次處理多個(gè)標(biāo)簽，并可以將物流處的狀態(tài)寫入標(biāo)簽，供下一階段物流處理使用。RFID對(duì)水、油和藥品等物質(zhì)有強(qiáng)力的抗污性。RFID在黑暗或臟污的環(huán)境中也可以讀取數(shù)據(jù)。形狀小型化和形狀小型化和多樣化多樣化RFID為電子數(shù)據(jù)，可以反復(fù)被覆寫，因此可以回收標(biāo)簽重復(fù)使用。如被動(dòng)式RFID，不需要電池就可以使用，沒(méi)有維護(hù)保養(yǎng)的需要。數(shù)據(jù)容量會(huì)隨著記憶規(guī)格的發(fā)展而擴(kuò)大，未來(lái)物品所需攜帶的資料將越來(lái)越大，對(duì)卷標(biāo)所能擴(kuò)充的容量的需求也增加，RFID則不會(huì)受到此類限制數(shù)據(jù)記憶量大數(shù)據(jù)記憶量大數(shù)據(jù)的讀寫機(jī)能數(shù)據(jù)的讀寫機(jī)能耐環(huán)境性耐環(huán)境性可重復(fù)使用可重復(fù)使用RFID在讀取上尺寸不受大小與形狀限制，不需要為了讀

11、取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。因此，RFID電子標(biāo)簽便可往小型化以及應(yīng)用在不同產(chǎn)品。因此，可以更加靈活的控制產(chǎn)品的生產(chǎn)。RFID系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與關(guān)鍵技術(shù)ISO/IEC IOSIOS標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)射頻識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IC卡標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)內(nèi)容與數(shù)據(jù)內(nèi)容與編碼標(biāo)準(zhǔn)編碼標(biāo)準(zhǔn)編碼格式語(yǔ)法標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)船運(yùn)標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品包裝標(biāo)準(zhǔn)一致性與一致性與性能標(biāo)準(zhǔn)性能標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試規(guī)范RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與關(guān)鍵技術(shù)EPC GlobalnEPC系統(tǒng)是一種基于EAN/UCC編碼的系統(tǒng)，將產(chǎn)品與服務(wù)流通過(guò)程的信息進(jìn)行代碼化表示。nEPC Global 于2004年4月公布了第一代RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。n

12、EPC Global 提出的物聯(lián)網(wǎng)體系構(gòu)架由EPC編碼、管理軟件、對(duì)象名解析系統(tǒng)服務(wù)器、物體標(biāo)識(shí)語(yǔ)言服務(wù)器等部分構(gòu)成。nEPC Global 鼓勵(lì)用戶采用EPC標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展EPC用戶，強(qiáng)調(diào)各地區(qū)均衡發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)各國(guó)編碼組織的支持，在全球各個(gè)行業(yè)推廣應(yīng)用EPC。RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與關(guān)鍵技術(shù)EPC 標(biāo)準(zhǔn)中的RFID關(guān)鍵技術(shù) 物理層關(guān)鍵技術(shù)PIEPIE編碼編碼以脈沖間隔為編碼依據(jù)基帶基帶FM0FM0編碼編碼采用電平變化表示邏輯差錯(cuò)控差錯(cuò)控制編碼制編碼技術(shù)技術(shù)減少標(biāo)簽閱讀器之間干擾副載波副載波調(diào)制調(diào)制13.56MHz系統(tǒng)電子標(biāo)簽向閱讀器傳輸中使用信息數(shù)信息數(shù)據(jù)調(diào)制據(jù)調(diào)制基帶數(shù)字信號(hào)變換為頻帶數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)信

13、數(shù)據(jù)信息加密息加密技術(shù)技術(shù)加密與解密算法概率概率/ /分槽防分槽防沖突算沖突算法法多目標(biāo)識(shí)別情況下RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與關(guān)鍵技術(shù)EPC 標(biāo)準(zhǔn)中的RFID關(guān)鍵技術(shù) MAC層關(guān)鍵技術(shù)安全加安全加密技術(shù)密技術(shù)在MAC層三種操作中標(biāo)簽訪問(wèn)標(biāo)簽訪問(wèn)控制技術(shù)控制技術(shù)選擇清點(diǎn)訪問(wèn)防碰撞防碰撞算法算法多標(biāo)簽時(shí)，碰撞仲裁RFID技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展 在馬拉松比賽中，由于馬拉松比賽人員太多，有時(shí)在馬拉松比賽中，由于馬拉松比賽人員太多，有時(shí)第一個(gè)出發(fā)的同最后一個(gè)出發(fā)的人離開起跑線能相隔第一個(gè)出發(fā)的同最后一個(gè)出發(fā)的人離開起跑線能相隔 4040分鐘、如果沒(méi)有一個(gè)精確的計(jì)時(shí)裝置會(huì)造成不公平分鐘、如果沒(méi)有一個(gè)精確的計(jì)時(shí)裝置會(huì)造成不公

14、平的競(jìng)爭(zhēng)。射頻卡應(yīng)用于馬拉松比賽的精確計(jì)時(shí)。運(yùn)動(dòng)的競(jìng)爭(zhēng)。射頻卡應(yīng)用于馬拉松比賽的精確計(jì)時(shí)。運(yùn)動(dòng)員在自己的鞋帶上很方便地系上射頻卡，在比賽的起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(diǎn)線處放置帶有微型天線的小墊片，當(dāng)運(yùn)動(dòng)跑線和終點(diǎn)線處放置帶有微型天線的小墊片，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員越過(guò)此墊片時(shí)，計(jì)時(shí)系統(tǒng)接收運(yùn)動(dòng)員所帶的射頻卡員越過(guò)此墊片時(shí)，計(jì)時(shí)系統(tǒng)接收運(yùn)動(dòng)員所帶的射頻卡發(fā)出的發(fā)出的IDID號(hào)，并記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間。這樣每個(gè)運(yùn)動(dòng)員都號(hào)，并記錄當(dāng)時(shí)的時(shí)間。這樣每個(gè)運(yùn)動(dòng)員都有自己的起始和結(jié)束時(shí)間，不帶有不公平的競(jìng)爭(zhēng)可能有自己的起始和結(jié)束時(shí)間，不帶有不公平的競(jìng)爭(zhēng)可能性了。在比賽路線的中如果每隔性了。在比賽路

15、線的中如果每隔5 5公里就設(shè)置這樣的墊公里就設(shè)置這樣的墊片，也可以很方便地記錄運(yùn)動(dòng)員的階段跑所用時(shí)間。片，也可以很方便地記錄運(yùn)動(dòng)員的階段跑所用時(shí)間。 運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)RFID技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展動(dòng)物識(shí)別與跟蹤 在牲畜出生飼養(yǎng)的時(shí)候，在牲畜的身上安裝在牲畜出生飼養(yǎng)的時(shí)候，在牲畜的身上安裝上上RFIDRFID標(biāo)簽標(biāo)簽( (如做成耳標(biāo)或腳環(huán)如做成耳標(biāo)或腳環(huán)) )，標(biāo)簽在牲畜一，標(biāo)簽在牲畜一出生時(shí)就打在耳上，此后飼養(yǎng)員用一個(gè)手持設(shè)備出生時(shí)就打在耳上，此后飼養(yǎng)員用一個(gè)手持設(shè)備，不斷地設(shè)定、采集或存儲(chǔ)它成長(zhǎng)過(guò)程中的信息，不斷地設(shè)定、采集或存儲(chǔ)它成長(zhǎng)過(guò)程中的信息，從源頭上對(duì)生產(chǎn)安全進(jìn)行控制。同時(shí)記錄牲畜，從源頭上對(duì)生產(chǎn)安全進(jìn)行控制。同時(shí)記錄牲畜在各個(gè)時(shí)期的防疫記錄、疾病信息及養(yǎng)殖過(guò)程關(guān)在各個(gè)時(shí)期的防疫記錄、疾病信息及養(yǎng)殖過(guò)程關(guān)鍵信息的記錄。在牲畜屠宰前，首先要通過(guò)手持鍵信息的記錄。在牲畜屠宰前，首先要通過(guò)手持機(jī)讀取機(jī)讀取RFIDRFID標(biāo)簽，