射频识别即RFID(Radio Frequency IDentification)技术,又称电子标签、无线射频识别,是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频(125k~134.2K)、高频(13.56Mhz)、超高频,无源等技术。RFID读写器也分移动式的和固定式的,目前RFID技术应用很广,如:图书馆,门禁系统,食品安全溯源等
RFID技术简介
最初在技术领域,应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块,近些年,由于射频技术发展迅猛,应答器有了新的说法和含义,又被叫做智能标签或标签。RFID电子电梯合格证的阅读器(读写器)通过天线与RFID电子标签进行无线通信,可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。 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,识别工作无需人工干预,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是一种简单的无线系统,只有两个基本器件,该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。 RFID的基本组成部分
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rfid读写器(如:C5000W)或固定式读写器;
RFID技术的工作原理
RFID技术的基本工作原理并不复杂: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(Passive Tag,无源标签或被动标签),或者由标签主动发送某一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签),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。 一套完整的RFID系统, 是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部份所组成,其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder,用以驱动Transponder电路将内部的数据送出,此时 Reader便依序接收解读数据, 送给应用程序做相应的处理。 以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成:感应耦合(Inductive Coupling) 及后向散射耦合(BackscatterCoupling)两种。一般低频的RFID大都采用第一种式,而较高频大多采用第二种方式。 阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置,是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换,同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中,可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体,目前应答器大多是由耦合原件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元。
工作频率指南和应用
不同频段的RFID产品会有不同的特性,下面详细介绍无源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主要的应用。
目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品,而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。其中感应器有无源和有源两种方式,下面详细介绍无源的感应器在不同工作频率产品的特性以及主要的应用。
低频 (从125KHz到135KHz)
其实RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作, 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用。通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流,可作供电电压使用. 磁场区域能够很好的被定义,但是场强下降的太快。 特性: 1. 工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz,TI的工作频率为134.2KHz。该频段的波长大约为2500m. 2. 除了金属材料影响外,一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。 3. 工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。 4.低频产品有不同的封装形式。好的封装形式就是价格太贵,但是有10年以上的使用寿命。 5.虽然该频率的磁场区域下降很快,但是能够产生相对均匀的读写区域。 6.相对于其他频段的RFID产品,该频段数据传输速率比较慢。 7.感应器的价格相对与其他频段来说要贵。 主要应用: 1. 畜牧业的管理系统。 2. 汽车防盗和无钥匙开门系统的应用。 3. 马拉松赛跑系统的应用。 4. 自动停车场收费和车辆管理系统。 5. 自动加油系统的应用。 6. 酒店门锁系统的应用。 7. 门禁和安全管理系统。 符合国际标准的: a) ISO 11784 RFID畜牧业的应用-编码结构。 b) ISO 11785 RFID畜牧业的应用-技术理论。 c) ISO 14223-1 RFID畜牧业的应用-空气接口。 d) ISO 14223-2 RFID畜牧业的应用-协议定义。 e) ISO 18000-2 定义低频的物理层、防冲撞和通讯协议。 f) DIN 30745 主要是欧洲对垃圾管理应用定义的标准。
高频(工作频率为13.56MHz)
在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制,可以通过腐蚀或者印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式进行工作。也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化,实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开,那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。 值得关注的是,在13.56MHz频段中主要有ISO14443和ISO15693两个标准来组成,ISO14443俗称现在的Mifare 1系列产品,识别距离近但价格低保密性好,常作为公交卡、门禁卡来使用。ISO15693的最大优点在于他的识别效率,通过较大功率的阅读器可将识别距离扩展至1.5米以上,由于波长的穿透性好在处理密集标签时有优于超高频的读取效果。 特性: 1. 工作频率为13.56MHz,该频率的波长大概为22m。 2. 除了金属材料外,该频率的波长可以穿过大多数的材料,但是往往会降低读取距离。标签需要离开金属4mm以上距离,其抗金属效果在几个频段中较为优良。 3. 该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。 4. 感应器一般以电子标签的形式。 5. 虽然该频率的磁场区域下降很快,但是能够产生相对均匀的读写区域。 6. 该系统具有防冲撞特性,可以同时读取多个电子标签。 7. 可以把某些数据信息写入标签中。 8. 数据传输速率比低频要快,价格不是很贵。 主要应用: 1.图书管理系统的应用 2.瓦斯钢瓶的管理应用 3.服装生产线和物流系统的管理和应用 4.三表预收费系统 5.酒店门锁的管理和应用 6.大型会议人员通道系统 7.固定资产的管理系统 8.医药物流系统的管理和应用 9.智能货架的管理 10.珠宝盘点管理。 符合的国际标准: a) ISO/IEC 14443 近耦合IC卡,最大的读取距离为10cm. b) ISO/IEC 15693 疏耦合IC卡,最大的读取距离为1m. c) ISO/IEC 18000-3 该标准定义了13.56MHz系统的物理层,防冲撞算法和通讯协议。 d) 13.56MHz ISM Band Class 1 定义13.56MHz符合EPC的接口定义。
超高频 (工作频率为860MHz到960MHz之间)
超高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是很快,但是读取的区域不是很好进行定义。该频段读取距离比较远,无源可达10m左右。主要是通过电容耦合的方式进行实现。 特性: 1. 在该频段,全球的定义不是很相同-欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz,北美定义的频段为902到905MHz之间,在日本建议的频段为950到956之间。该频段的波长大概为30cm左右。 2. 目前,该频段功率输出目前没有统一的定义(美国定义为4W,欧洲定义为500mW,可能欧洲限制会上升到2W EIRP。 3. 超高频频段的电波不能通过许多材料,特别是金属,液体,灰尘,雾等悬浮颗粒物质,可以说环境对超高频段的影响是很大的。 4. 电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计,满足不同应用的需求。 5. 该频段有好的读取距离,但是对读取区域很难进行定义。 6. 有很高的数据传输速率,在很短的时间可以读取大量的电子标签。 主要应用: 1. 供应链上的管理和应用 2. 生产线自动化的管理和应用 3. 航空包裹的管理和应用 4. 集装箱的管理和应用 5. 铁路包裹的管理和应用 6. 后勤管理系统的应用。 符合的国际标准: a) ISO/IEC 18000-6 定义了超高频的物理层和通讯协议;空气接口定义了Type A和Type B两部分;支持可读和可写操作。 b) EPCglobal 定义了电子物品编码的结构和甚高频的空气接口以及通讯的协议。例如:Class 0,Class 1,UHF Gen2。 c) Ubiquitous ID 日本的组织,定义了UID编码结构和通信管理协议。 在将来,超高频的产品会得到大量的应用。例如WalMart,Tesco,美国国防部和麦德龙超市都会在它们的供应链上应用RFID技术。 有源RFID技术(2.45GHz、5.8G) 有源RFID具备低发射功率、通信距离长、传输数据量大,可靠性高和兼容性好等特点,与无源RFID相比,在技术上的优势非常明显。被广泛地应用到公路收费、港口货运管理等应用中。 射频识别作为一种新兴的自动识别技术,在中国拥有巨大的发展潜力。 射频识别技术(RFID,Radio Frequency Identification)实际上是自动识别技术(AEI,Automatic Equipment Identification)在无线电技术方面的具体应用与发展。该项技术的基本思想是,通过采用一些先进的技术手段,实现人们对各类物体或设备(人员、物品) 在不同状态(移动、静止或恶劣环境)下的自动识别和管理。
RFID市场发展
一、超高频技术不完善,制约应用发展。目前,在无源超高频电子标签技术上还存在着系统集成稳定性差、超高频标签性能本身有一些物理缺陷等许多技术方面不完善的问题。 在系统集成方面,现阶段中国十分缺乏专业、高水平的超高频系统集成公司,整体而言无源超高频电子标签应用解决方案还不够成熟。这种现状便造成应用系统的稳定性不高,常会出现“大毛病没有,小毛病不断”的现象,进而影响了终端用户采用超高频应用方案的信心。 从超高频标签产品本身而言,存在着标签读写性能稳定性不高、在复杂环境下漏读或读取准确率低等诸多问题。 二、超高频标准不统一,制约产业发展 目前,无源超高频电子标签在国内尚无形成统一的标准,国际上制定的ISO18000-6C/EPCClass1Gen2协议,由于涉及多项专利,所以很难把它作为国家标准来颁布和实施,国内超高频市场上相关的标准及检测体系实际上是处于缺位状态。在没有统一标准的环境下,十分制约产业和应用的发展。 三、超高频成本瓶颈,制约市场发展 尽管近两年来,无源超高频电子标签价格下降很快,但是从RFID芯片以及包含读写器、电子标签、中间件、系统维护等整体成本而言,超高频RFID系统价格依然偏高,而项目成本是应用超高频RFID系统最终用户权衡项目投资收益的重要指标。所以,超高频系统的成本瓶颈,也是制约中国超高频市场发展的重要因素。 2010年以来,由于经济形势的好转和物联网产业发展等利好因素推动,全球RFID市场也持续升温,并呈现持续上升趋势,预计2012年,市场规模将达到200多亿美元。与此同时,RFID的应用领域越来越多,人们对RFID产业发展的期待也越来越高。目前RFID技术正处于迅速成熟的时期,许多国家都将RFID作为一项重要产业予以积极推动。 总之,目前中国无源超高频市场还处于发展的初期,核心技术急需突破,商业模式有待创新和完善,产业链需要进一步发展和壮大,只有核心问题得到有效解决,才能够真正迎来RFID无源超高频市场发展。[4] RFID的应用——发现服务 发现服务主要是指将RFID信息存储到一个轻量级的数据库中,便于用户使用RFID编号进行查询,用于物联网的形成。