RFID技術(shù)及RFID系統(tǒng)組成分析

一般而言，RFID系統(tǒng)由5個組件構(gòu)成，包括傳送器、接收器、微處理器、天線，標(biāo)簽。傳送器、接收器和微處理器通常都被封裝在一起，又統(tǒng)稱為閱讀器(Reader)，所以工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為閱讀器，天線和標(biāo)簽三大組件，這三大組件一般都可由不同的生產(chǎn)商生產(chǎn)。RFID源于雷達(dá)技術(shù)，所以其工作原理和雷達(dá)極為相似。首先閱讀器通過天線發(fā)出電子信號，標(biāo)簽接收到信號后發(fā)射內(nèi)部存儲的標(biāo)識信息，閱讀器再通過天線接收并識別標(biāo)簽發(fā)回的信息，最后閱讀器再將識別結(jié)果發(fā)送給主機。體系架構(gòu)如圖所示。

電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過耦合元件實現(xiàn)射頻信號的空間(無接觸)耦合，在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時序關(guān)系，實現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。發(fā)生在閱讀器和電子標(biāo)之間的射頻信號耦合類型有兩種：一種是電感耦合，變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，理論依據(jù)為電磁感應(yīng)定律;另一種是電磁反向散射耦合，雷達(dá)模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標(biāo)后反射，同時攜帶回目標(biāo)信息，理論依據(jù)是電磁波在空間的傳播特性。

閱讀器

閱讀器是RFID系統(tǒng)最重要也最復(fù)雜的一個組件。因其上作模式一般是主動向標(biāo)簽詢問標(biāo)識信息，所以有時又被稱為詢問器(Interrogator)。圖2.10給出了幾種不同外觀的閱讀器。閱讀器一方面通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)口、RS232串口或USB接口同主機相連，另一方面通過天線同RFID標(biāo)簽通信。有時為了方便，閱讀器和天線以及智能終端設(shè)備會集成在起形成可移動的手持式閱讀器。

天線

天線同閱讀器相連，用于在標(biāo)簽和閱讀器之間傳遞射頻信號。閱讀器可以連接一個或多個天線，但每次使用時只能激活一個天線。天線的形狀和大小會隨著工作頻率和功能的不同而不同。RFID系統(tǒng)的工作頻率從低頻到微波，范圍很廣，這使得天線與標(biāo)簽芯片之間的匹配問題變得很復(fù)雜。

標(biāo)簽

1.概念

RFID標(biāo)簽(Tag)是由耦合元件、芯片及微型天線組成的，每個標(biāo)簽內(nèi)部有唯一的電子編碼，附著在物體上，用來標(biāo)識目標(biāo)對象。標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器掃描場以后，接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的電子編碼(被動式標(biāo)簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(主動式標(biāo)簽)。

RFID標(biāo)簽的原理和條形碼相似，但與其相比還具有以下優(yōu)點：

1)體積小且形狀多樣。RFID標(biāo)簽在讀收上并不受尺寸大小與形狀限制，不需要為了讀取精度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。

2)耐環(huán)境性。條形碼容易被污染而影響識別，但RFID對水、油等物質(zhì)卻有極強的抗污染性。另外，即使在黑暗的環(huán)境中，RFID標(biāo)簽也能夠被讀取。

3)可重復(fù)使用。標(biāo)簽具有讀寫功能，電子數(shù)據(jù)可被反復(fù)覆蓋，因此可以被回收而重復(fù)使用。

4)穿透性強。標(biāo)簽在被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包裹的情況下也可以進(jìn)行穿透性通信。

5)數(shù)據(jù)安全性。標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)通過循環(huán)冗余校驗的力法來保證標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

2.數(shù)據(jù)存儲方式

標(biāo)簽采用三種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲：電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)、鐵電隨機存取存儲器(FRAM)和靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)。一般射頻識別系統(tǒng)主要采用EEPR0M方式。這種方式的缺點是寫入過程中的功耗消耗很大，使用壽命一般為lO0000次。也有廠家采用FRAM方式。FRAM的寫入功耗消耗為EEPROM的1/100，寫入時間為EEPROM的1/1000。FRAM屬于非易失類存儲器。然而，F(xiàn)RAM由于生產(chǎn)方面的問題至今未獲得廣泛應(yīng)用。SRAM能快速寫入數(shù)據(jù)，適用于微波系統(tǒng)、但SRAM需要輔助電池不間斷供電，才能保存數(shù)據(jù)。

3.分類

標(biāo)簽根據(jù)是否內(nèi)置電源，可以分為三種類型：被動式標(biāo)簽、主動式標(biāo)簽和半主動式標(biāo)簽。

(1)被動式標(biāo)簽

被動式標(biāo)簽因內(nèi)部沒有電源設(shè)備又被稱為無源標(biāo)簽。被動式標(biāo)簽內(nèi)部的集成電路通過接收由閱讀器發(fā)出的電磁波進(jìn)行驅(qū)動，向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)。被動式標(biāo)簽的通信頻率可以是高頻(HF)或超高頻(UHF)。第一代被動式標(biāo)簽采用高頻通信，其通信頻段為13.56MHz。通信距離較短，最長只能到達(dá)1m左右，主要用于訪問控制和非接觸式付款。第二代被動式標(biāo)簽采用超高頻通信，其通信頻段為860～960MHz。通信距離較長，可達(dá)3～5m，并且支持多標(biāo)簽識別，即間讀器可同時準(zhǔn)確識別多個標(biāo)簽。迄今為止，第二代被動式標(biāo)簽也是應(yīng)用最為廣泛的RFID標(biāo)，主要用于工業(yè)自動化、資產(chǎn)管理、貨物監(jiān)控、個人標(biāo)識和訪問控制等領(lǐng)域。

(2)主動式標(biāo)簽

主動式標(biāo)簽因標(biāo)簽內(nèi)部攜帶電源又被稱為有源標(biāo)簽。電源設(shè)備和與其相關(guān)的電路決定了主動式標(biāo)簽要比被動式標(biāo)簽體積大、價格昂貴。但主動式標(biāo)簽通信距離更遠(yuǎn)，可達(dá)上百米遠(yuǎn)。主動式標(biāo)簽有兩種工作模式，一種是主動模式，在這種模式下標(biāo)簽主動向四周進(jìn)行周期性廣播，即使沒有閱讀器存在也會這樣做;另一種為喚醒模式，為了節(jié)約電源并減小射頻信號噪聲。標(biāo)一開始處于低耗電量的休眠狀態(tài)。閱讀器識別時需先廣播一個喚醒命令，只有當(dāng)標(biāo)簽接收到喚醒命令時才會開始廣播自己的編碼。這種低能耗的喚醒模式通常可以使主動式標(biāo)簽的壽命長達(dá)好幾年，如RFCode主動標(biāo)簽就可以使用7年以上。

(3)半主動式標(biāo)簽

半主動式標(biāo)兼有被動式標(biāo)簽和主動式標(biāo)簽的所有優(yōu)點，內(nèi)部攜帶電池，能夠為標(biāo)簽內(nèi)部計算提供電源。這種標(biāo)簽可以攜帶傳感器，可用于檢測環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、移動性等。和主動式標(biāo)簽不同的是，它們的通信并不需要電池提供能量，而是像被動式標(biāo)簽一樣通過閱讀器發(fā)射的電磁波取通信能量。