(一) 定义


无线射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID)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。


RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID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是一种突破性的技术:第一,RFID技术可以识别单个的非常具体的物体,而不是像条形码那样只能识别一类物体;第二,RFID 技术采用无线电射频,可以透过外部材料读取数据,而条形码必须靠激光来读取信息;第三,RFID技术可以同时对多个物体进行识读,而条形码只能一个一个地读。此外,RFID储存的信息量也非常大。


最基本的RFID系统由三部分组成:标签(Tag),由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象;阅读器(Reader),读取(有时还可以写入)标签信息的设备,可设计为手持式或固定式;天线(Antenna),在标签和读取器间传递射频信号。


RFID系统的工作原理:RFID标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(无源标签或被动标签,Passive Tag), 或者主动发送某一频率的信号(有源标签或主动标签,Active Tag);解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。


(二) RFID的优势及特点


RFID的优势及特点主要表现在以下几方面。


1. 快速扫描

条形码一次只能有一个条形码受到扫描,RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签。


2. 体积小型化、形状多样化

RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制,不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外,RFID标签更可往小型化与多样形态发展,以应用于不同产品。


3. 抗污染能力和耐久性

传统条形码的载体是纸张,因此容易受到污染,但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强的抵抗性。此外,由于条形码是附在塑料袋或外包装纸箱上,所以特别容易受到折损,而RFID卷标是将数据存在芯片中,因此可以免受污损。


4. 可重复使用

现在的条形码印刷上去之后就无法更改,RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据,方便信息的更新。


5. 穿透性和无屏障阅读

在被覆盖的情况下,RFID能穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质,并能进行穿透性通信;而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下,才可辨读条形码。


6. 数据的记忆容量大

一维条形码的容量是50字节,二维条形码最大的容量可储存2~3 000字符,RFID最大的容量则有数兆字节。随着记忆载体的发展,数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大,对扩充卷标容量的需求也相应增加。


7. 安全性

RFID承载的是电子式信息,其数据内容可经由密码保护,使其内容不易被伪造及编造。


近年来,RFID因其所具备的远距离读取、高储存量等特性而备受瞩目。它不仅可以帮助一个企业大幅提高货物、信息管理的效率,还可以让销售企业和制造企业互联,从而更加准确地接收反馈信息,控制需求信息,优化整个供应链。


在统一的标准平台上,RFID标签在整条供应链内任何时候都可提供产品的流向信息,让每个产品信息有了共同的沟通语言。通过计算机和互联网就能实现物品的自动识别和信息交换与共享,进而实现对物品的透明化管理,就能实现真正意义上的“物联网”。


(三)无线射频识别技术分类


1. 根据标签的供电形式分类

(1) 有源射频标签。它使用标签内电池的能量,识别距离较长,可达几十米甚至上百米,但是它的寿命有限并且价格较高;标签由于带有电池,因此,有源标签的体积比较大,无法制作成薄卡(比如信用卡标签)。

(2) 无源射频标签。它不含有电池,利用耦合的读写器发射的电磁场能量作为自己的能量,它的重量轻、体积小,寿命可以非常长,很便宜,可以制成各种各样的薄卡或挂扣卡;但它的发射距离受限制,一般是几十厘米到几十米,且需要有较大的读写器发射功率。


2. 根据标签的数据调制方式分类


(1) 主动式。一般来讲,有源系统为主动式。主动式的射频系统用自身的射频能量主动地发送数据给读写器(读头),调制方式可为调幅、调频或调相;主动方式的射频标签发射的信号仅穿过障碍物一次,因此主动方式制作的射频标签主要用于有障碍物的场合中,距离更远。


主动式标签内部自带电池进行供电,它的电能充足,工作可靠性高,信号传送的距离远。另外,主动式标签可以通过设计电池的不同寿命,对标签的使用时间或使用次数进行限制,它可以用在需要限制数据传输量或者使用数据有限制的地方。主动式标签的缺点主要是标签的使用寿命受到限制,而且随着标签内电池电力的消耗,数据传输的距离会越来越短,从而影响系统的正常工作。


(2) 被动式。一般来讲,无源系统为被动式。被动式的射频系统,使用调制散射方式发射数据,它必须利用速写器的载波来调制自己的信号,在门禁或交通的应用中比较适宜,因为读写器可以确保只激活一定范围内的射频系统,在有障碍物的情况下,采用调制散射方式,读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。被动式标签内部不带电池,要靠外界提供能量才能正常工作。被动式标签产生电能的典型装置是天线与线圈。当标签进入系统的工作区域时,天线接收到特定的电磁波,线圈就会产生感应电流,在经过整流电路时,激活电路上的微型开关,给标签供电。被动式标签具有永久的使用期,常常用在标签信息需要每天读写或频繁读写多次的地方,而且被动式标签支持长时间的数据传输和永久性的数据存储。被动式标签的缺点主要是数据传输的距离要比主动式标签短,因为被动式标签依靠外部的电磁感应供电,它的电能就比较弱,数据传输的距离和信号强度就受到限制,需要敏感性比较高的信号接收器(阅读器)才能可靠识读。


(3) 半主动标签系统。也称为电池支援式反向散射调制系统。半主动标签本身也带有电池,只起到对标签内部数字电路供电的作用,但是标签并不通过自身能量主动发送数据,只有被阅读器的能量场“激活”时,才通过反向散射调制方式传送自身的数据。

半主动射频标签的电池相当于汽车发动机的马达,汽车利用马达来启动发动机,发动机一旦启动,就不再需要马达提供的动力。


3. 根据标签的工作频率分类

读头发送无线信号时所使用的频率被称为RPID系线的工作频率,基本上划分为以下几个主要范围:低频(30〜300kHz)、高频(3〜30MHz)和超高频(300MHz〜3GHz)以及 微波(245GHz以上)。

(1) 低频系统一般工作在1〇〇 ~50kHz,常见的工作频率有125kHz、134.2kHz。

(2) 高频系统工作在10〜15MHz左右,常见的高频工作频率为13. 56kHz。

(3) 超高频工作频率为850〜960MHz,常见的工作频率为915MHz。超高频系统应用于需要较长的读写距离和较高的读写速度的场合,如火车监控、高速公路收费等系统。

(4) 微波工作在2.4 ~5GHz的微波频段、低频系统用于短距离、低成本的应用中,如多数的门禁控制、动物监管、货物跟踪。高频系统用于门禁控制和需传送大量数据的场合。


4. 根据标签的可读写性分类

根据射频标签内部使用存储器类型的不同可分成三种:可读写卡(RW)、一次写入多次读出卡(WORM)和只读卡(RO)。RW卡一般比WORM卡和RO卡贵,如信用卡等。WORM卡是用户可以一次性写入的卡,写入后数据不能改变,WORM卡比RW卡要便宜。RO卡存有一个唯一的号码ID,不能修改,因而具有较高的安全性,RO卡最便宜。


只读标签内部只有只读存储器(Read Only Memory, ROM)和随机存储器(Random Access Memory, RAM)。 ROM 用于存储发射器操作系统程序和安全性要求较高的数据,它与内部的处理器或逻辑处理单元完成内部的操作控制功能,如响应延迟时间控制、数据流控制、电源开关控制等。另外,只读标签的ROM中还存储有标签的标识信息,这些信息可以在标签制造过程中由制造商写入ROM中,也可以在标签开始使用时由使用者根据特定的应用目的写入特殊的编码信息。这种信息可以只简单地代表二进制中的“0”或“1”,也可以像二维条码那样,包含复杂的相当丰富的信息。但这种信息只能是一次写入,多次读出。只读标签中的RAM用于存储标签反应和数据传输过程中临时产生的数据。另外,只读标签中除了ROM和RAM外,一般还有缓冲存储器,用于暂时存储调制后等待天线发送的信息。可读可写标签内部的存储器除了ROM、RAM和缓冲存储器之外,还有非活动可编程记忆存储器。这种存储器除了存储数据功能外,还具有在适当的条件下允许多次写入数据的功能。非活动可编程记忆存储器有许多种,电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)是比较常见的一种,这种存储器在加电的情况下,可以实现对原有数据的擦除以及数据的重新写入。


5. 根据标签中存储器数据存储能力分类


(1) 标识标签。对于标识标签来说,一个数字或多个数字、字母字符串存储在标签中,是为了识别的目的,也可能是进入信息管理系统中数据库的钥匙(Key)。条码技术中标准码制的号码,如EAN/UPC码、混合编码,或者标签使用者按照特别的方法编的号码,都可以存储在标识标签中。标识标签中存储的只是标志号码,用于对特定的标志项目,如人、物、地点进行标识,关于被标识项目的详细信息,只能在与系统相连接的数据库中进行查找。


(2) 便携式数据文件。它的标签中存储的数据非常大,足以看做是一个数据文件,这种标签一般都是用户可编程的,标签中除了存储标识码外,还存储有大量的被标识项目中其他的相关信息,如包装说明、工艺过程说明等。在实际应用中,关于被标识项目的所有信息都存储在标签中,读标签就可以得到关于被标识项目的所有信息,而不用再连接到数据库进行信息读取。另外,随着标签存储能力的提高,可以提供组织数据的能力,在该标签的过程中,可以根据特定的应用目的控制数据的读出,实现在不同情况下读出不同的数据。


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