RFID是什么 RFID技術的工作(zuo)原理(li) 無線射頻技術介紹
什么是RFID技術?
RFID射(she)頻(pin)識(shi)(shi)別(bie)是(shi)一種非接(jie)觸式的自(zi)動(dong)識(shi)(shi)別(bie)技術,它(ta)通過射(she)頻(pin)信號自(zi)動(dong)識(shi)(shi)別(bie)目標對象并獲取相關數據(ju),識(shi)(shi)別(bie)工(gong)作(zuo)無須人工(gong)干(gan)預,可(ke)工(gong)作(zuo)于各(ge)種惡劣(lie)環境。RFID技(ji)術可識(shi)別高速運動(dong)物體(ti)并可同(tong)時識(shi)別多個標簽,操(cao)作快(kuai)捷方便(bian)。
埃森哲實驗室首席科學家弗格森認為RFID是一種(zhong)突破性的技術:"第一(yi),可(ke)(ke)以(yi)識(shi)別單(dan)個的(de)(de)非常具體的(de)(de)物(wu)(wu)體,而(er)不是像條形碼(ma)那樣只能識(shi)別一(yi)類物(wu)(wu)體;第二,其采用(yong)無線電(dian)射頻(pin),可(ke)(ke)以(yi)透過外(wai)部材(cai)料讀(du)(du)取(qu)(qu)數(shu)據,而(er)條形碼(ma)必須(xu)靠(kao)激光來(lai)讀(du)(du)取(qu)(qu)信息;第三,可(ke)(ke)以(yi)同(tong)時對多(duo)個物(wu)(wu)體進行識(shi)讀(du)(du),而(er)條形碼(ma)只能一(yi)個一(yi)個地讀(du)(du)。此外(wai),儲(chu)存(cun)的(de)(de)信息量(liang)也非常大(da)。"
什么是RFID的基本組成部分?
最基本的RFID系統由三(san)部分組成:
標簽(Tag):由耦合元件及(ji)芯片(pian)組成,每(mei)個標簽具有唯一(yi)的(de)電子(zi)編碼,附(fu)著(zhu)在物體上標識目標對象;
閱讀器(Reader):讀取(qu)(有時還可以寫(xie)入)標(biao)簽信息的(de)設(she)備,可設(she)計為手持式(shi)或固定式(shi);
天線(Antenna):在標簽和讀取器間(jian)傳遞(di)射頻信號。
一套完整(zheng)的系統還需具備:數據傳輸和(he)處理(li)系統。
RFID技術的基本工作原理是什么?
RFID技術(shu)的(de)基本工作(zuo)原理并不復雜:標簽進入磁場后(hou),接(jie)收解讀器發出(chu)的(de)射頻信(xin)號(hao),憑(ping)借感應電流所獲得的(de)能(neng)量發送出(chu)存儲在芯片中的(de)產品信(xin)息(Passive Tag,無源標簽或被動標簽),或者主動發送某一頻率的信號(Active Tag,有(you)源標(biao)簽或主動標(biao)簽);解(jie)讀(du)器讀(du)取信(xin)息(xi)并解(jie)碼后,送至中央(yang)信(xin)息(xi)系統(tong)進行有(you)關數(shu)據處理。
什么是RFID中間件?
RFID是(shi)2005年建議(yi)企業可(ke)考慮引(yin)入的十大策略(lve)技術(shu)之一,而中間件(Middleware)可稱為是RFID運(yun)作的中(zhong)樞,因為(wei)它(ta)可以加速關鍵應用(yong)的問(wen)世。
RFID產業(ye)潛(qian)力無窮,應用的(de)范圍遍及制造、物(wu)流、醫療、運輸、零售、國防(fang)等等。Gartner Group認為,RFID是(shi)2005年建議企業可考(kao)慮引入的(de)十大策略技術之一,然而其成(cheng)功之關鍵除了標簽(Tag)的(de)價格(ge)、天線的(de)設(she)計、波段(duan)的(de)標準化、設(she)備的(de)認證之外,最重要的(de)是要有關鍵的(de)應用(yong)軟件(Killer Application),才能迅(xun)速推(tui)廣。而(er)中間(jian)件(Middleware)可(ke)稱為是RFID運作的中樞(shu),因(yin)為它可以加(jia)速關鍵應用的問世。
是什么讓零售商如此推崇RFID?
據Sanford C、Bernstein公司的零售業分析師估計,通過采用RFID,沃爾(er)瑪(ma)每年(nian)可以節省83、5億美元(yuan),其(qi)中大部分是因為不需要人(ren)工(gong)查看進貨的條碼而節省的勞動力成(cheng)本(ben)。盡管另外一些分析師認為80億美元這(zhe)個數字過于樂觀,但毫無疑問,RFID有(you)助于(yu)解決零售業兩(liang)個(ge)最大的難題:商品(pin)斷貨和損(sun)耗(因(yin)盜(dao)竊和供應鏈(lian)被攪亂而損(sun)失(shi)的產品(pin)),而現在(zai)單(dan)是(shi)盜(dao)竊一項,沃爾瑪一年的損(sun)失(shi)就差不多(duo)有(you)20億(yi)美(mei)元,如果一家(jia)合法企(qi)業(ye)的營業(ye)額能達到這個數(shu)字,就可以(yi)在美(mei)國1000家最(zui)大企(qi)業的排(pai)行(xing)榜中名列第694位。研究機構(gou)估計,這(zhe)種RFID技術能夠幫助把失竊和(he)存貨(huo)水平降低(di)25%。
RFID典型應用領域和具體應用
1、車輛(liang)自(zi)動識別(bie)治理
鐵路車號(hao)自動識別是射頻識別技術最普遍(bian)的應用。
2、高速公路收費及智能(neng)交通系統
高速公路自(zi)動收費(fei)系統(tong)是射頻識(shi)別技術最成(cheng)功的(de)應用之一(yi),它充(chong)分體現了(le)(le)(le)非接觸(chu)識(shi)別的(de)優(you)勢。在車(che)輛(liang)高速通過收費(fei)站的(de)同(tong)時(shi)完成(cheng)繳費(fei),解決(jue)了(le)(le)(le)交通的(de)瓶頸(jing)問題(ti),提高了(le)(le)(le)車(che)行速度,避免擁堵,提高了(le)(le)(le)收費(fei)結算效率(lv)。
3、貨物的跟蹤、治理(li)及(ji)監控
射頻識別技(ji)術(shu)為(wei)貨物(wu)的(de)跟(gen)蹤、治理及監控提供了(le)快捷、準確、自動(dong)化的(de)手段。以射頻識別技(ji)術(shu)為(wei)核心的(de)集裝箱(xiang)自動(dong)識別,成(cheng)為(wei)全(quan)球(qiu)范圍(wei)最大(da)的(de)貨物(wu)跟(gen)蹤治理應用。
4、倉儲、配送等(deng)物流環(huan)節
射(she)頻識別技術(shu)(shu)目前在(zai)(zai)倉儲、配送(song)等物(wu)流環(huan)節已有許多成(cheng)功的應用。隨著射(she)頻識別技術(shu)(shu)在(zai)(zai)開放(fang)的物(wu)流環(huan)節統(tong)一標準(zhun)的研究開發(fa),物(wu)流業(ye)將成(cheng)為射(she)頻識別技術(shu)(shu)最大的受益行業(ye)。
5、電(dian)(dian)子錢包、電(dian)(dian)子票(piao)證(zheng)
射(she)頻(pin)識別(bie)卡是(shi)射(she)頻(pin)識別(bie)技術的一(yi)個主要(yao)(yao)應用(yong)(yong)。射(she)頻(pin)識別(bie)卡的功能相當于電(dian)子錢(qian)包,實現非現金結算。目前主要(yao)(yao)的應用(yong)(yong)在交通方面。
6、生(sheng)產線產品加工(gong)過程自動控(kong)制(zhi)
主要應用(yong)在大型(xing)工廠的自(zi)動(dong)化流水作業線上,實現自(zi)動(dong)控制、監視,提高生產(chan)效率(lv),節(jie)約成本。
7、動物跟蹤和治(zhi)理
射頻識別技(ji)術(shu)可用(yong)于動物跟蹤。在(zai)大(da)型養殖廠,可通過采(cai)用(yong)射頻識別技(ji)術(shu)建立(li)飼養檔(dang)(dang)案(an)、預防接(jie)種檔(dang)(dang)案(an)等(deng),達到高(gao)效、自動化治理牲畜(chu)的目的,同(tong)時(shi)為食品(pin)安全(quan)提(ti)供了(le)保障。射頻識別技(ji)術(shu)還可用(yong)于信鴿比(bi)賽、賽馬識別等(deng),以準確測定到達時(shi)間。
無源RFID標簽結構組成以及工作原理
無源RFID標(biao)簽本身不帶電池,依靠讀卡器(qi)發送的電磁能量工作。由于它結構簡單、經濟實(shi)用,因而獲得廣泛的應用。無源RFID標簽由RFID IC、諧振電容C和天(tian)線L組成(cheng),天線與電容(rong)組成(cheng)諧振回路(lu),調諧在讀(du)卡器的載波頻率,以獲得(de)最佳性能。
生產廠商大多遵循國際電信聯盟的規范,RFID使(shi)用的頻率有6種(zhong),分(fen)別為135KHz、13、56MHz、43、3-92MHz、860-930MHz(即UHF)、2、45GHz以及(ji)5、8GHz。無(wu)源(yuan)RFID主要(yao)使用(yong)前二種頻率。
RFID標簽結構
RFID標簽天線有兩種天線形式:(1)線繞電感天線;(2)在介(jie)質基板上壓印(yin)或印(yin)刷刻腐的盤旋狀天(tian)(tian)線。天(tian)(tian)線形式由(you)載波頻率、標簽封裝(zhuang)形式、性能和組(zu)裝(zhuang)成(cheng)本等因(yin)素決定(ding)。例如,頻率小于400KHz時需要mH級電(dian)(dian)感量,這類(lei)天線只能用(yong)線繞電(dian)(dian)感制作;頻率在4~30MHz時,僅需幾(ji)個礖,幾(ji)圈線(xian)繞(rao)電感就可以,或使(shi)用介質基板(ban)上的刻腐天線(xian)。
選擇天線后,下一步就是如何將硅IC貼接在天線上。IC貼接也有兩種基(ji)本方法:(1)使用板上芯片(COB);(2)裸芯片(pian)直接貼接在天(tian)線上。前者(zhe)(zhe)常用(yong)于線繞(rao)天(tian)線;而后者(zhe)(zhe)用(yong)于刻(ke)腐天(tian)線。CIB是將諧振電容(rong)和RFID IC一起封裝在(zai)同一個管殼中,天(tian)線則(ze)用烙鐵(tie)或熔焊工藝(yi)連接在(zai)COB的2個(ge)外接(jie)端了上(shang)。由于大多數COB用于ISO卡(ka),一種(zhong)符合ISO標準厚度(0、76)規格(ge)的卡(ka),因此(ci)COB的典型厚度約為0、4mm。兩種常見的(de)COB封裝形式是(shi)IST采用的IOA2(MOA2)和(he)美國HEI公司采用的WorldⅡ。
裸芯片直接貼接減少了中間步驟,廣泛地用于低成本和大批量應用。直接貼接也有兩種方法可供選擇,(1)引線(xian)焊接;(2)倒(dao)裝工藝。采用倒(dao)裝工藝時,芯片焊(han)盤上需制作專門的焊(han)球(qiu),材(cai)料是(shi)金的,高度約25祄,然后將焊(han)球倒(dao)裝在天線(xian)的(de)印(yin)制走(zou)線(xian)上。引線(xian)焊(han)接(jie)工(gong)藝(yi)較簡(jian)單,裸芯片直接(jie)用引線(xian)焊(han)接(jie)在天線(xian)上,焊(han)接(jie)區再用黑色環氧樹脂(zhi)密(mi)封。對小批量生(sheng)產,這種工(gong)藝(yi)的(de)成本較低;而對于大批量生(sheng)產,最好采有倒(dao)裝工(gong)藝(yi)。
基本工作原理
無線RFID標簽的(de)性能受(shou)標簽大(da)小,調制形式、電路Q值、器件功耗以及調(diao)制(zhi)深度的(de)極大影響。下(xia)面簡要地介紹(shao)它的(de)工(gong)作原(yuan)理。
RFID IC內部備有一(yi)個154位存(cun)儲器,用以(yi)存(cun)儲標簽數據(ju)。IC內部還(huan)有一個通導電阻(zu)極低的調制門(men)控管(CMOS),以一定(ding)頻率工(gong)作。當讀(du)卡器發射電磁波(bo),使標(biao)簽天線電感式(shi)電壓(ya)達(da)到VPP時(shi),器(qi)件工(gong)作(zuo),以曼(man)徹(che)斯特格式將(jiang)數據發送回去(qu)。
數(shu)據發(fa)送(song)是通過調(diao)(diao)諧(xie)與(yu)去(qu)調(diao)(diao)諧(xie)外部諧(xie)振回路來(lai)完成的(de)。具(ju)體過程如下:當數(shu)據為邏輯高電平時,門控(kong)管截(jie)止,將調(diao)(diao)諧(xie)電路調(diao)(diao)諧(xie)于讀卡(ka)器(qi)的(de)截(jie)波(bo)頻率,這就是調(diao)(diao)諧(xie)狀態,感應電壓(ya)達到最大值(zhi)。如此進行(xing),調(diao)(diao)諧(xie)與(yu)去(qu)調(diao)(diao)諧(xie)在(zai)標簽線圈上產生(sheng)一(yi)個幅度(du)調(diao)(diao)制信號,讀卡(ka)器(qi)檢測電壓(ya)波(bo)形包絡,就能(neng)重構來(lai)自(zi)標簽的(de)數(shu)據信號。
門控管的開關頻率為70KHz,完成全部(bu)154位數據約(yue)需2、2ms。在發(fa)送完(wan)全(quan)部數據后,器件進(jin)入100 ms的(de)休眠模式。當一個(ge)標(biao)(biao)簽(qian)進入休眠模式時(shi),讀(du)卡(ka)器可以去讀(du)取其它標(biao)(biao)簽(qian)的(de)數(shu)據(ju),不(bu)會產生(sheng)任何數(shu)據(ju)沖突。當然,這個(ge)功能(neng)受到下列因(yin)素的(de)影響:標(biao)(biao)簽(qian)至(zhi)讀(du)卡(ka)器的(de)距離、兩者的(de)方位、標(biao)(biao)簽(qian)的(de)移動以及標(biao)(biao)簽(qian)的(de)空間(jian)分布。