射频识别技RFID

电子标签与读写器构成的射频识别系统是为 应用服务的，应用的需求可能多种多样，各不相 同。读写器与应用系统之间的接口通常用一组可 由应用系统开发工具(如VC++，VB，Java等)调用 的标准接口函数来表示。 标准接口函数的功能大致包括以下四个万面：

应用系统根据需要向读写器发出读写器配臵命令。 读写器向应用系统返回所有可能的读写器的当前 配臵状态。 应用系统向读写器发送各种命令。 读写器向应用系统返回所有可能命令的执行结果。
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图2-3 EAN的条码实例

为了提高一定面积上的条码信息密度和信息量， 在一维条码的基础上又发展出了一种新的条码编 码形式——二维条码。
图2-4 典型的二维条码
1.1.2 磁条技术

磁条技术具有以下优点：

数据可读写，即具有现场改写数据的能力； 数据存储量能满足大多数需求，便于使用，成本低廉， 还具有一定的数据安全性； 它能黏附在许多不同规格和形式的基材上。

磁条技术在很多领域得到了广泛应用，如信用卡、 银行ATM卡、机票、公共汽车票、自动售货卡、会 员卡、现金卡(如电话磁卡)、地铁AFC等。



磁条技术是接触识读，它与条码有三点不同：一是其 数据可部分读写操作；另外是给定面积编码容量比条 码大；再就是对于物品逐一标志成本比条码高。 接触性识读最大的缺点就是灵活性太差。磁卡的价格 很便宜，但是很容易磨损。 磁卡受压、被折、长时间磕碰、暴晒、高温、磁条划 伤弄脏，或者受到外部磁场的影响，都会造成磁卡消 磁，丢失数据而不能使用。
(7)一种系统可以满足多用途的要求，可以实现多目标识别、运动 目标识别。
(8)系统可系性高，操作方便快捷。
1.3 射频标签与条形码的区别

两种不同的技术，有不同的适用范围，有时会有重叠。 条形码是可视技术，扫描仪在人的操作下工作，只能接收 它视野范围内的条形码。 射频识别不要求看见目标。射频标签只要在阅读器的作用 范围内就可以破读取。 条形码还有其他缺点，如果标签被划破，污染或是脱落， 扫描仪就无法辨识目标。条形码只能识别生产者和产品， 并不能辨识具体的商品，贴在所有同一种产品包装上的条 形码都一样，无法辨识哪些产品先过期。

1.2 RFID的优势
(1)具有非接触性，识别工作无需人工干预，能够实现自动化。 (2)数据量大，根据需要可传输除识别信息外的目标身份信息、运 行状态等。 (3)信息处理速度快，可以达到几十微秒。 (4)保密性高，未经允许几乎不能复制与修改数据。 (5)识别距离远，数据载体与阅读器间的最远距离可达到数十米。 (6)具有很强的环境适应性，抗干扰能力强，可在全天候下使用， 几乎不受污染与潮湿的影响，同时还避免了机械磨损。
标签
信号


电磁传播或电磁反向散射（Back Scatter）耦合，即所谓的雷达原理 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， 如图2-7所示。 电磁反向散射耦合方式一般适合于 超高频、微波工作的远距离射频识 别系统。典型的工作频率有： 433MHz、915MHz、2.45GHz、 5.8GHz。识别作用距离大于1米， 典型作用距离为3～l0米。
物联网技术与应用之 射频识别技术(RFID)详解
目录
1自动识别技术 2 RFID系统的组成部件 3 RFID电子标签 4 RFID标签读写器 5 RFID系统的工作原理 6 RFID组网技术 7 RFID的标准化 8 系统部件的选择 9 RFID技术创新应用方向
1.1 常用的自动识别技术
1.1.1 条码技术 条形码或条码(bar code)是将宽度不等的多个黑条 和空白，按照一定编码规则排列，用以表达一组 信息的图形标识符。 条形码可标识物品的生产国、制造厂家、商品名 称、生产日期、类别等信息。 在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等 许多领域有广泛的应用。
(4) RFID标签的分类
(1)供电方式分类 分为有源卡和无源卡。有源RFID标签优点是作用距离远， 可达到几十米，甚至可达到上百米。其缺点是体积大、成 本高，使用时间受到电池寿命的限制。 (2)按标签工作模式分类 可以分为主动式、被动式与半主动式等。主动式RFID标签 依靠自身的能量主动向RFID读写器发送数据。被动式RFID 标签从RFID读写器发送的电磁波中获取能量，激活后才能 够向RFID读写器发送数据。半主动式RFID标签自身的能量 只提供给RFID标签中的电路使用，并不主动向RFID读写器 发送数据，当它接收到RFID读写器发送的电磁波并被激活 之后，才向RFID读写器发送数据。 (3)按标签工作频率分类 可以分为低频、中高频、超高频与微波等类型。
RFID标签

RFID标签用的导电油墨是由细微导电粒子或其 他特殊材料(如导电的聚合物等)组成的，印刷 到承印物上后，起到导线、天线和电阻的作用。 这种油墨印刷在柔性或硬质承印物上可制成印 刷电路，用导电油墨印制的天线可接收RFID专 用的无线电信号。如今在高速印刷中使用导电 油墨来制作RFID标签天线，优势突出。
1.1.5 视觉识别


视觉识别系统可以看作是这样的系统：它能获取视 觉图像，而且通过一个特征抽取和分析的过程，能 自动识别限定的标志、字符、编码结构，或者可作 为确切识别的基础呈现图像中的其他特征。 随着自动化的发展，视觉技术可与其他自动识别技 术结合起来应用。
1.1.6 射频识别技术


射频技术的基本原理是电磁理论。射频系统的优点 是不局限于视线，识别距离比光学系统远，射频识 别卡具有读写能力，可携带大量数据，同时具有难 以伪造和智能性较高等特点。 射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)和条 码一样，是非接触式识别技术。由于无线电波能 “扫描”数据，所以RFID挂牌可做成隐形的，有些 RFID识别产品的识别距离可以达到几百米，RFID标 签可做成可读写的。
1.1.4 声音识别技术


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声音识别的迅速发展及高效可靠的应用软件的 开发，使声音识别系统在很多方面得到了应用。 用声音指令来实现“不用手”的数据采集，这 对那些采集数据同时还要完成手脚并用的工作 场合，以及标签仅为识别手段、数据采集不实 际或不合适的场合尤为适用。 例，GSM手机上的语音电话存储是一典型的语 音识别的例子。电话号码的语音准确呼出距实 用还有一段相当长的距离。
编码 解码
存 储 器
读数据
芯片 数据协议处理器 标签驱动 （射频单元）
应用程序接口（API）
空中接口（Air Interface）
图2-11 RFID系统结构

RFID系统的工作原理是：由读写器通过发射天 线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入 有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量 被激活，使得电子标签将自身编码信号通过内 臵射频天线发送出去；读写器的接收天线接收 到从标签发送来的调制信号，经天线调节器传 送到读写器信号处理模块，经解调和解码后将 有效信号送至后台主机系统进行相关处理；主 机系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对 不同的设定做出相应的处理和控制，最终发出 指令信号控制读写器完成不同的读写操作。



读头（阅读器的标签驱动单元）向电子标签提 供工佳能量。对于无源标签(被动标签)来讲， 当标签离开射频识别场时，标签由于没有能量 的激活而处于休眠状态。 当标签进入射频识别场时，读头发射的射频波 激活标签电路，标签通过整流的方式将射频波 转换为电能存储在标签中的电容里，从而为标 签的工作提供能量，完成数据的交换。 对于半有源标签来讲，射频场只起到了激活的 作用。有源标签（主动标签）始终处于激活状 态，处于主动工作状态，和读头发射出的射频 波相互作用，具有较远的识读距离。
1.1.3 IC卡识别技术

接触式IC卡与磁卡相比较，具有以下优点：



安全性高。IC卡必须通过与读写设备间特有的双向密 钥认证。 IC卡的存储容量大，便于应用，方便保管。IC卡的存 储容量小到几百个字符，大到上百万个字符。 IC卡防磁，防一定强度的静电，抗干扰能力强，可靠 性比磁卡高，使用寿命长，IC卡的数据至少保持10年， 读写次数能够达到10万次以上。 IC卡的价格稍高些。 它的触点暴露在外面，有可能因人为的原因或静电而 损坏。
图 1-1 典型的一维条码

目前使用频率最高的几种码制是EAN（European Article Number）码、UPC(Universal Product Code)码、 39码、交叉25码和EANl28码。
国家 制造商的商品 公司标识符 标识 标识符 符 4 0 1 2 3 4 5 0 8 1 5 0 校 验 值
（1）电子标签的内部结构
天线 芯片
射频接口
调制器 解调器 电压调节器
逻辑控制单元
EEPROM
ROM
电子标签的结构图
（2）电子标签的工作原理
电子标签内部各模块功能如下： (1)天线：用来接收由阅读器发送来的信号，并把要求的数据 发送回给阅读器。 (2)电压调节器：把由标签阅读器送来的射频信号转换为直流 电源，由大电容储存，经稳压电路以提供稳定的电源。 (3)调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载 到天线发送给阅读器。 (4)解调器：去除载波以取出真正的调制信号。 (5)逻辑控制单元：用于译码阅读器送来的信号，并依其要求 回送数据给阅读器。 (6)存储单元：包括EEPROM与ROM，作为系统运行及存放识 别数据的位臵


2 RFID系统的组成
数据 射频识别阅读器 时序 能量 标签（非接触的 数据载体）
耦合元件 （线圈、微波天线）
图2-5 RFID系统基本组成
RFID系统的工作原理
应用系统
查询
阅读器