RFID无线射频识别技术

最近想学习下物联网技术，就顺便研究下RFID

做个记录

前言：

在物联网应用中有三项关键技术

1、传感器技术：这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。

2、RFID标签：也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。

3、嵌入式系统技术：是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见；小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。

自动识别技术

应用一定的识别装置，通过被识别物体和识别装置之间的接近活动，自动的获取被识别物体的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。

IC卡

人们说的IC卡是一种数据存储器系统。为了使用方便，人们将这种电子数据存储器装入一个向信用卡大小的塑料卡片内。1984年，第一张IC卡作为预付电话费的存储卡使用。工作时，将IC卡插入阅读器，阅读器的接入弹簧与IC卡的触点产生电流接触，阅读器通过接触点给IC卡提供能量和定时脉冲，阅读器和IC卡之间的数据传输是通过双向串行接口进行的。

一.无线射频识别技术简介

概念

无线射频识别技术是一种非接触的自动识别技术其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）传输特性实现对被识别物体的自动识别技术。

射频识别系统一般由两个部分组成，既电子标签（应答器，tag）和阅读器（读头，reader）。

在RFID的实际应用中，电子标签附着在被识别的物体上（表面或者内部），当带有电子标签的被识别物体通过其可读识范围时，阅读器自动已无接触的方式将电子标签中的约定识别信息取出来，从而实现自动识别物品或自动收集物品标志信息的功能。

历史

能量是RFID的存在基础，电磁能量是自然界存在的一种能量形式。

1896年，马可尼成功实现了横跨大西洋的跨洋电报，由此开创了电磁能量为人类服务的先河。

更进一步，1922年，诞生了雷达，作为一种识别敌方空间飞行物的有效兵器，雷达在第二次世界大战中发挥了重要的作用，同时雷达技术也得到了极大的发展。

RFID技术是直接继承了雷达的概念，由此发展而来的一种自动识别技术。

二.无线射频识别技术工作原理

 

发生在阅读器和电子标签之前的射频信号的耦合方式有两种：
1.电感耦合。变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。

2.电磁反向散射耦合。雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。

 

电感耦合方式一般适用于中、低频工作的近距离射频识别系统，识别作用距离小于1米。典型作用距离为10-20cm.

电磁反向散射耦合方式一般适用于高频微波工作的远距离射频识别系统，识别作用距离大于1米。典型作用距离为3-10m。

 

三.无线射频识别技术的频率标准

由于目前还没有正式的RFID产品的国际标准，各个厂家推出的RFID产品互不兼容。因此，标准化是推动RFID产业化进程的必要措施。

射频系统的工作频率是射频识别技术最基本的重要参数之一，工作频率的选择在很大程度上决定了射频标签的应用范围，技术可行性以及成本的高低。射频识别系统归根到底是一种无线电传播系统，必须占据一定的空间通信信道。在空间通信信道中，射频信号只能以电磁耦合或者电磁波耦合的方式表现出来。因此，射频系统的工作性能必定要受到电磁波空间传输特性的影响。

 

射频识别系统的最主要工作频率是0~135kHz,ISM频率（工业、科学、医疗使用的频率范围）

四.读头

读头也称阅读器，他在射频识别系统中起到举足轻重的作用。首先读头的频率决定了系统的工作频段。其次，读头的功率直接影响射频识别的距离。

读头主要有以下功能：

1.读头与标签之间的通信功能：在规定的技术条件下，读头与标签可以进行通信。

2.读头与计算机之间可以通过标准接口通信。读头通过标准接口与计算机网络连接，并提供如下信息已实现多读头在系统网络中的运行：本读头的识别码、本读头读出标签的实时时间，读出的标签信息。

3.能够在读写区内实现多标签的识读。

4.适用于固定和移动标签的识读。

5.能够校验读写过程中的错误信息。

6.对于有源标签，能够标识电池相关信息，如电量等。、

 

读头的形式：

固定式读头：将射频控制器和高频接口封装在一个固定的外壳中，完全集成射频识别的功能。

手持机：便携式读头的简称。手持机常用在动物识别、巡检、付款扫描、测试等情况中。

发卡器：也称读卡器，发卡机。主要用来对射频卡进行具体内容的操作。包括建立档案、消费纠错、挂失、补卡、消息纠正等。

读头天线

射频系统的读头必须通过天线来发射能量，形成电磁场，通过电磁场对电子标签进行识别。

任一射频识别系统至少需要一根读头天线（无论内置还是外置）已发射和接收RF信号。

读头天线的设计或选择必须满足以下条件：

天线线圈的电流最大，用于产生最大的磁通量；

功率匹配，以最大程度的利用磁通量的可用能量；

足够的带宽，保证载波信号的传输，这些信号使用数据信号调制而成的。

 

 

 

 

 

 

 

五.射频电子标签

无线标签技术是一种非接触式的自动识别技术，他通过射频信号自动识别目标对象并获得相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境，无线标签识别技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID具有条形码不具有的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息可更改等特点。

RFID之所以被重视，关键在于可以让物品实现真正的自动化管理，不再像条形码那样需要扫描。在RFID的标签中存储着规范可以互用的信息，通过无线数据通信网络可以将其自动采集到中央信息系统。RFID磁条可以已任意形式附带在包装中，不需要条形码那样占用固定空间。另一方面RFID不需要人工去识别标签，读卡器每250ms就可以从射频标签中读出位置和商品相关数据。

系统工作时，阅读器发出微波查询（能量）信号，电子标签（无源）收到微波查询能量信号后，将一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作，另一部分微波能量信号被电子标签内保存的数据信息调制（ASK）后反射回阅读器，阅读器接收反射回的幅度调制信号，从中提取电子标签内保存的标识性数据信息，在系统工作过程中，阅读器发出的微波信号与接收反射回的幅度调制信号是同时进行的。反射回的信号强度较发射信号弱得多，所以，技术上的难点在于同频接收。

 

电子标签的天线

必须满足以下性能要求：

足够的小以至于能够制造到本来就很小的电子标签上；

有全向或者半球覆盖的方向性；

提供最大可能的信号给电子标签的芯片，并给标签提供能量；

无论标签处于什么方向，天线的极化都能与读头的询问信号相匹配；

具有鲁棒性；

作为耗损件的一部分，天线的价格必须非常便宜。

 

 

 

 

六.RFID应用系统

1.工作频率

低频近距离RFID系统主要集中在125kHz、13.56MHz系统；高频远距离RFID系统主要集中在UHF频段（902-928MHz）915MHz、2.45GHz、5.8GHz。

2.作用距离

对于非接触式付款应用项目，比如公交系统中的车票。多个标签中的最小距离就是两个乘客在进入车厢的距离。对于这样的系统，最佳距离是5-10cm，更大的距离可能会造成系统同时读取多个车票。

3.安全要求

加密和身份认证。

4.存储容量

对于价格敏感，现场信息需要少的应用，应选取固定编码的只读数据载体。

5.多标签同时识读性

有时需要考虑到系统需要同时识别多标签的需求。

6.标签的封装形式

有时针对不同的工作环境和作业工况，标签的大小，封装形式决定了标签的性能和安装的表现。封装形式不及影响工作性能，还能影响安装性能和美观性能。

无线射频识别系统的运行环境

计算机平台系统包括windows系列，Linux,Unix以及DOS平台系统。可以在现有的系统上运行基于任何编程语言的任何应用软件。

接口方式

指读头和应用系统计算机的接口方式，包括RS232，RS485，以太网（RJ45），WLAN802.11(无线网络)等接口，不同的接口有不同的应用范围。

以下为接口介绍：

 

 

 

 

七.RFID应用

射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化。交通运输控制管理等众多领域：汽车火车等交通监控，高速公路自动收费系统，停车场管理系统，物品管理，流水线生产自动化，安全出入检查，仓库管理，动物管理，车辆防盗等等。

煤气罐等危险物品的跟踪与管理

RFID在集装箱跟踪管理上的应用

运用RFID进行水果等食品的跟踪

仓库管理

动物追踪识别

矿场车辆管理和跟踪

停车管理和应用

 

公交一卡通

铁路车辆信号识别

经济社会效益分析

1.减少车辆丢失

2.节省人工

军事物流应用

娱乐休闲

运动比赛计时

医疗（植入式心脏监测仪）

垃圾处理

门禁管理系统

产品防伪

 

 

 

 

停车场管理流程

 

 

 

 

参考资料

RFID理论与应用

RFID技术（第二版）