RFID 技術(shù)允許非接觸式的信息傳輸(很像我們熟悉的條形碼) ，使其在生產(chǎn)環(huán)境和其他條形碼標(biāo)簽無法生存的惡劣環(huán)境中有效?？纯此侨绾喂ぷ鞯模惺裁磧?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)是利用電磁或靜電耦合在射頻識(shí)別電磁波譜的射頻部分，以唯一地識(shí)別物體、動(dòng)物或人。由于能夠跟蹤移動(dòng)物體，它已經(jīng)在包括牲畜識(shí)別和自動(dòng)車輛識(shí)別在內(nèi)的廣泛市場(chǎng)上確立了自己的地位。這項(xiàng)技術(shù)也已成為全世界自動(dòng)數(shù)據(jù)收集、識(shí)別和分析系統(tǒng)的主要組成部分。

射頻識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理

射頻識(shí)別標(biāo)簽，通常稱為應(yīng)答器，在射頻識(shí)別系統(tǒng)中既充當(dāng)發(fā)射機(jī)又充當(dāng)接收機(jī)。RFID 標(biāo)簽的三個(gè)基本組成部分是天線、微芯片(存儲(chǔ)器)和封裝材料。

在一個(gè)典型的系統(tǒng)中，標(biāo)記被附加到對(duì)象上。每個(gè)標(biāo)簽都有一定數(shù)量的內(nèi)部存儲(chǔ)器(EEPROM) ，其中存儲(chǔ)有關(guān)對(duì)象的信息，如其唯一的 ID (序列)號(hào)，或者在某些情況下存儲(chǔ)更多的細(xì)節(jié)，包括生產(chǎn)日期和產(chǎn)品組成。

當(dāng)這些標(biāo)記通過讀取器生成的字段時(shí)，它們將這些信息傳遞回讀取器，從而識(shí)別對(duì)象。天線利用無線電頻率波來傳輸信號(hào)，從而激活應(yīng)答器。當(dāng)激活時(shí)，標(biāo)簽將數(shù)據(jù)傳輸回天線。這些數(shù)據(jù)被用來通知可編程序控制器應(yīng)該采取行動(dòng)。操作可以簡單到打開一個(gè)訪問門，也可以復(fù)雜到連接到一個(gè)數(shù)據(jù)庫來進(jìn)行貨幣交易。

低頻(30-500千赫)射頻識(shí)別系統(tǒng)的傳輸距離較短(一般少于1.8米)。高頻(850-950兆赫及2.4-2.5吉赫)射頻識(shí)別系統(tǒng)的傳輸距離較長(超過27米)。一般來說，頻率越高，系統(tǒng)就越昂貴。RFID 有時(shí)被稱為專用短距離通信。

有兩種類型的 RFID 標(biāo)簽

只讀標(biāo)記和讀寫標(biāo)記。在只讀標(biāo)簽中，微芯片或內(nèi)存在制造過程中只寫一次。這些信息以及只讀標(biāo)記上的序列號(hào)永遠(yuǎn)不能更改。在讀寫標(biāo)簽中，在制造過程中只寫序列號(hào)。剩下的塊可以由用戶重寫。

直到最近，RFID 技術(shù)的焦點(diǎn)主要集中在標(biāo)簽和閱讀器上，這些技術(shù)被應(yīng)用于數(shù)據(jù)量相對(duì)較少的系統(tǒng)中?，F(xiàn)在這種情況正在改變，因?yàn)楣?yīng)鏈中的 RFID 預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將不得不被過濾和路由到后端 IT 系統(tǒng)。為了解決這個(gè)問題，公司開發(fā)了一種特殊的軟件包，稱為“學(xué)者”，它充當(dāng) RFID 前端和 IT 后端之間的緩沖器。學(xué)者等同于 IT 行業(yè)中的中間件。

射頻識(shí)別閱讀器

RFID 閱讀器是用來從 RFID 標(biāo)簽發(fā)送和接收信息的設(shè)備。它也被稱為“審問者”。它包括能夠讀取附近 RFID 標(biāo)簽的傳感器。讀取器向標(biāo)記發(fā)送一個(gè)信息請(qǐng)求。標(biāo)簽用各自的信息進(jìn)行響應(yīng)，然后讀取器將這些信息轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)處理設(shè)備。標(biāo)簽和閱讀器通過無線電頻道相互通信。在某些系統(tǒng)中，讀者和計(jì)算機(jī)之間的連接是無線的。

配套基礎(chǔ)設(shè)施。支持基礎(chǔ)設(shè)施包括 RFID 系統(tǒng)所需的相關(guān)軟件和硬件。該軟件管理 RFID 閱讀器和 RFID 標(biāo)簽之間的交互。

通信協(xié)議

閱讀器和標(biāo)簽之間的通信過程是由幾個(gè)協(xié)議中的一個(gè)來管理和控制的，例如 ISO 15693和 ISO 18000-3標(biāo)準(zhǔn)用于 HF，ISO 18000-6標(biāo)準(zhǔn)和 EPC 18000-6標(biāo)準(zhǔn)用于 UHF?；旧希?dāng)閱讀器打開時(shí)，它開始在選定的頻帶發(fā)射信號(hào)(特別是860-915兆赫茲的 UHF 或13.56兆赫茲的 HF)。任何相應(yīng)的標(biāo)簽在附近的讀取器將檢測(cè)到信號(hào)，并使用能源從它喚醒和提供操作電源到其內(nèi)部電路。一旦標(biāo)記將信號(hào)編碼為有效，它就回

防撞

如果有很多標(biāo)簽，它們都會(huì)同時(shí)回復(fù)。在閱讀器端，這被看作是信號(hào)碰撞和多個(gè)標(biāo)記的指示。閱讀器通過使用防碰撞算法來管理這個(gè)問題，該算法允許對(duì)標(biāo)記進(jìn)行排序和單獨(dú)選擇。有許多不同類型的算法(二叉樹、 aloha 等)被定義為協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的一部分。

可識(shí)別的標(biāo)簽數(shù)量取決于使用的頻率和協(xié)議，通常從 HF 的50個(gè)標(biāo)簽/s 到 UHF 的200個(gè)標(biāo)簽/s 不等。一旦選擇了標(biāo)記，讀取器就能夠執(zhí)行一些操作，例如讀取標(biāo)記。這個(gè)過程在防碰撞算法的控制下繼續(xù)，直到所有的標(biāo)簽都被選中。

電感耦合射頻識(shí)別標(biāo)簽

這些最初的標(biāo)簽是由金屬線圈、天線和玻璃組成的復(fù)雜系統(tǒng)。電感耦合 RFID 標(biāo)簽由 RFID 閱讀器產(chǎn)生的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。電流有一個(gè)電子元件和一個(gè)磁性元件，即，它是電磁的?！案袘?yīng)耦合”這個(gè)名稱來源于導(dǎo)線中電流感應(yīng)的磁場(chǎng)。

射頻識(shí)別標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)

RFID 標(biāo)簽堅(jiān)固耐用，可以在惡劣的溫度和環(huán)境下工作。即使在惡劣的條件下，RFID 系統(tǒng)也能以非常高的速度工作。

RFID 標(biāo)簽有不同的形狀、大小、類型和材料。只讀標(biāo)記上的信息不能更改或復(fù)制。讀寫標(biāo)簽可以重復(fù)使用。RFID 標(biāo)簽的讀取總是沒有任何錯(cuò)誤。

標(biāo)簽和閱讀器之間不需要直接的物理接觸，射頻技術(shù)用于通信。

可以同時(shí)讀取多個(gè) RFID 標(biāo)簽。射頻識(shí)別標(biāo)簽可以一次讀取10到100個(gè)標(biāo)簽。閱讀標(biāo)簽是自動(dòng)的，不需要?jiǎng)趧?dòng)。

RFID 系統(tǒng)可以識(shí)別和跟蹤唯一的項(xiàng)目，不像條形碼系統(tǒng)只識(shí)別制造商和產(chǎn)品類型。

整個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)非?？煽?，可以使用射頻識(shí)別標(biāo)簽作保安用途。

RFID 標(biāo)簽的存儲(chǔ)容量比其他任何自動(dòng)識(shí)別和跟蹤系統(tǒng)都要大。

射頻識(shí)別標(biāo)簽的缺點(diǎn)

與其他自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)相比，RFID 系統(tǒng)成本較高。如果 RFID 系統(tǒng)是針對(duì)特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，那么成本還會(huì)進(jìn)一步增加。

與條形碼系統(tǒng)相比，標(biāo)簽的大小和重量更大。電子元件，如天線，存儲(chǔ)器和標(biāo)簽的其他部分使他們笨重。

雖然標(biāo)簽在惡劣的環(huán)境下工作，但是當(dāng)某些類型的標(biāo)簽與某些金屬或液體密切接觸時(shí)，它們發(fā)出的信號(hào)就會(huì)受到影響。讀取這樣的標(biāo)記變得困難，有時(shí)數(shù)據(jù)讀取是錯(cuò)誤的。

沒有辦法追蹤損壞的標(biāo)簽，并用完好無損的標(biāo)簽替換。

雖然標(biāo)簽不需要視線通信，但是只能在指定的范圍內(nèi)讀取它們。

電容耦合標(biāo)簽

這些標(biāo)簽是為了降低技術(shù)成本而設(shè)計(jì)的。這些是一次性標(biāo)簽，可以應(yīng)用于較便宜的商品，并作出一樣普遍的條形碼。電容耦合標(biāo)簽使用導(dǎo)電碳墨水代替金屬線圈來傳輸數(shù)據(jù)。墨水印在紙張標(biāo)簽上，由讀者掃描。

摩托羅拉的 BiStatix RFID 標(biāo)簽

他們是這項(xiàng)技術(shù)的領(lǐng)跑者。他們使用了一個(gè)只有3毫米寬的硅芯片來存儲(chǔ)96位的信息。這項(xiàng)技術(shù)并沒有在零售商中流行起來，BiStatix 在2001年被關(guān)閉。

電感耦合和電容耦合的 RFID 標(biāo)簽由于價(jià)格昂貴且體積龐大而不像現(xiàn)在那樣普遍使用。RFID 行業(yè)的新創(chuàng)新包括主動(dòng)、半主動(dòng)和被動(dòng) RFID 標(biāo)簽。這些標(biāo)簽可以存儲(chǔ)多達(dá)2千字節(jié)的數(shù)據(jù)，由微芯片、天線以及在有源和半無源標(biāo)簽情況下的電池組成。該標(biāo)簽的組件封裝在塑料，硅或有時(shí)玻璃。表 i 給出了不同頻率被動(dòng)標(biāo)記的性能概述。

主動(dòng)標(biāo)簽和被動(dòng)標(biāo)簽

在考慮標(biāo)簽時(shí)，第一個(gè)基本的選擇是在被動(dòng)、半被動(dòng)和主動(dòng)之間。使用超高頻頻帶可以從4至5米的距離讀取無源標(biāo)簽，而其他類型的標(biāo)簽(半無源和有源)可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的通信距離，半無源可達(dá)100米，有源可達(dá)數(shù)公里。溝通績效的巨大差異可以用以下原因來解釋:

被動(dòng)式標(biāo)簽使用讀取器字段作為芯片的能量來源以及與讀取器之間的通信。來自讀取器領(lǐng)域的可用電力不僅隨著距離迅速減少，而且還受到嚴(yán)格規(guī)定的控制，導(dǎo)致在使用 UHF 頻段(860-930兆赫)時(shí)通信距離有限，只有4-5米。

半無源(電池輔助后向散射)標(biāo)簽有內(nèi)置電池，因此不需要讀取器的能量來驅(qū)動(dòng)芯片。這使得它們可以在低得多的信號(hào)功率水平下工作，從而使得它們的距離可以達(dá)到100米。距離是有限的，主要是因?yàn)闃?biāo)簽沒有一個(gè)集成的發(fā)射機(jī)，還必須使用讀寫器領(lǐng)域通信回到讀寫器。主動(dòng)式標(biāo)簽是一種電池供電的設(shè)備，內(nèi)置一個(gè)主動(dòng)式發(fā)射器。與無源標(biāo)簽不同，這些標(biāo)簽產(chǎn)生射頻能量，并將其應(yīng)用于無線天線。這種自主從讀者意味著他們可以溝通距離超過幾公里。

HF 和 UHF 最適合于供應(yīng)鏈。超高頻，由于其優(yōu)越的讀取范圍，將成為主導(dǎo)頻率。低頻和微波在某些情況下不能使用

標(biāo)簽的集成電路

RFID 標(biāo)簽集成電路的設(shè)計(jì)和制造使用一些最先進(jìn)和最小的幾何硅工藝可用。結(jié)果是令人印象深刻的，當(dāng)你考慮到超高頻標(biāo)簽芯片的大小約為0.3 mm2。

就計(jì)算能力而言，RFID 標(biāo)簽非常笨拙，只包含能夠解碼簡單指令的基本邏輯和狀態(tài)機(jī)。這并不意味著它們的設(shè)計(jì)很簡單。事實(shí)上，非?，F(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)存在，如實(shí)現(xiàn)非常低的功耗，管理噪音射頻信號(hào)和保持在嚴(yán)格的發(fā)射規(guī)則。

其他重要電路允許芯片從閱讀器信號(hào)區(qū)域傳輸電力，并通過整流器將其轉(zhuǎn)換成電源電壓。芯片時(shí)鐘通常也是從讀取器信號(hào)中提取出來的。

標(biāo)簽的類別

對(duì) RFID 標(biāo)簽進(jìn)行分類的主要方法之一是根據(jù)其讀寫數(shù)據(jù)的能力。這導(dǎo)致了以下四類:

0類(只讀，工廠編程)

這些是最簡單的標(biāo)簽類型，其中的數(shù)據(jù)(通常是簡單的 ID 號(hào)碼(EPC))在制造期間只寫入標(biāo)簽一次。然后禁用任何進(jìn)一步更新的內(nèi)存。類0還用于定義一類稱為電子物品監(jiān)視或防盜設(shè)備的標(biāo)簽，這類標(biāo)簽沒有 ID，只有通過天線場(chǎng)時(shí)才會(huì)顯示它們的存在。

第1類(只寫一次的只讀、工廠或用戶編程)

在這種情況下，制造標(biāo)記時(shí)沒有將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。然后可以由標(biāo)記制造商或用戶一次性寫入數(shù)據(jù)。在此之后，不允許進(jìn)一步的寫操作，并且只能讀取標(biāo)記。這種類型的標(biāo)記通常充當(dāng)簡單的標(biāo)識(shí)符。

第2類(讀-寫)

這些是最靈活的標(biāo)記類型，用戶可以訪問標(biāo)記內(nèi)存中的讀寫數(shù)據(jù)。它們通常用作數(shù)據(jù)記錄器，因此所包含的內(nèi)存空間要大于一個(gè)簡單的 ID 號(hào)所需的內(nèi)存空間。

第3類(帶有車載傳感器的讀寫)

這些標(biāo)簽包含板載傳感器，通過寫入標(biāo)簽的內(nèi)存來記錄溫度、壓力和運(yùn)動(dòng)等參數(shù)。由于傳感器讀數(shù)必須在沒有閱讀器的情況下進(jìn)行，標(biāo)簽要么是半被動(dòng)式，要么是主動(dòng)式。

第4類(帶集成發(fā)射機(jī)的讀寫)

這些就像微型無線電設(shè)備，可以與其他標(biāo)簽和設(shè)備通信，而不需要閱讀器。這意味著，他們是完全活躍與自己的電池電源。

如何選擇標(biāo)記

為一個(gè)特定的 RFID 應(yīng)用選擇正確的標(biāo)簽是一個(gè)重要的考慮因素，并且應(yīng)該考慮以下列出的許多因素:

大小和形狀因素ーー標(biāo)簽必須放在哪里?

標(biāo)簽之間的距離有多近?

耐用性ーー標(biāo)簽是否需要有一個(gè)強(qiáng)有力的外部保護(hù)，以防止經(jīng)常的磨損?

標(biāo)記可重用嗎?

耐惡劣(腐蝕性、潮濕等)環(huán)境

極化ー標(biāo)簽在閱讀器領(lǐng)域的方向

暴露于不同的溫度范圍

通訊距離

金屬和液體等材料的影響

環(huán)境(電氣噪聲、其他無線電設(shè)備和設(shè)備)

工作頻率(低頻、高頻或超高頻)

支持通信標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議(ISO，EPC)

區(qū)域(美國、歐洲和亞洲)規(guī)例

標(biāo)記是否需要存儲(chǔ)比 EPC 這樣的 ID 號(hào)更多的內(nèi)容?

防碰撞ー場(chǎng)中有多少標(biāo)簽必須同時(shí)檢測(cè)到，檢測(cè)速度有多快?

標(biāo)簽在閱讀器字段中的移動(dòng)速度有多快?

讀者支持ー哪些讀者產(chǎn)品能夠讀取標(biāo)簽?

標(biāo)簽需要安全嗎?

未來

射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展繼續(xù)產(chǎn)生更大的內(nèi)存容量，更廣泛的閱讀范圍和更快的處理。

然而，這項(xiàng)技術(shù)最終取代條形碼的可能性很小。即使原材料不可避免地減少，

加上規(guī)模經(jīng)濟(jì)，RF 標(biāo)簽中的集成電路永遠(yuǎn)不會(huì)像條形碼標(biāo)簽?zāi)菢泳哂谐杀拘б妗?/p>

盡管如此，在條形碼和其他光學(xué)技術(shù)無效的領(lǐng)域，如化學(xué)容器和畜牧業(yè)，

RFID 仍將繼續(xù)發(fā)展。