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射频识别(RFID)技术简介
RFID是RadioFrequencyIdentification的缩写,即射频识别,俗称电子标签。
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。
埃森哲实验室首席科学家弗格森认为RFID是一种突破性的技术:第一,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,其采用无线电射频,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,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,储存的信息量也非常大。
RFID的基本组成部分
最基本的RFID系统由三部分组成:
a) 标签: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;
b) 阅读器: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;
c) 天线:在标签和读取器间传递射频信号。
RFID技术的基本工作原理
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(PassiveTag,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag,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。
RFID技术的发展现状及其应用
据SanfordC.Bernstein公司的零售业分析师估计,通过采用RFID,沃尔玛每年可以节省83.5亿美元,其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳动力成本。尽管另外一些分析师认为80亿美元这个数字过于乐观,但毫无疑问,RFID有助于解决零售业两个最大的难题:商品断货和损耗(因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品),而现在单是盗窃一项,沃尔玛一年的损失就差不多有20亿美元,如果一家合法企业的营业额能达到这个数字,就可以在美国1000家最大企业的排行榜中名列第694位。研究机构估计,这种
RFID技术能够帮助把失窃和存货水平降低25%。其典型应用为物流和供应管理;
生产制造和装配;
航空行李处理;
邮件/快运包裹处理;文档追踪/图书馆管理;动物身份标识;运动计时;
门禁控制/电子门票;道路自动收费。
4RFID自动识别术语解释
•微波:波长为0.1—100厘米或频率在1—100GHZ的电磁波。
•射频:一般指微波。
电子标签:以电子数据形式存储标识物体代码的标签,也叫射频卡。
被动式电子标签:内部无电源、靠接收微波能量工作的电子标签。
主动式电子标签:靠内部电池供电工作的电子标签。
微波天线:用于发射和接受微波信号。
读出装置:用于读取电子标签内电子数据。
阅读器:用于读取电子标签内电子数据。
编程器:用于将电子数据写入电子标签或查阅电子标签内存储数据。
波束范围:指天线发射微波的照射功率范围。
标签容量:电子标签编程时所能写入的字节数或逻辑位数。
a-Biz—自动识别技术的应用案例框架
ASN—高级货运通知
BIS—商业信息系统
DA—发货通知
EAN—欧洲物品编码组
EPCTM—产品电子码
ONS—对象名解析服务
PML—实体标记语言
ucc—统一编码委员会
UML—统一建模语言
4RFID系统组成和工作原理
最基本的RFID系统由三部分组成:
a) 标签(Tag,即射频卡):由耦合元件及芯片组成,标签含有内置天线,用于和射频天线间进行通信。
b) 阅读器:读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。
c) 天线:在标签和读取器间传递射频信号。
有些系统还通过阅读器的RS232或RS485接口与外部计算机(上位机主系统)连接,进行数据交换。
系统的基本工作流程是:阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号,当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流,射频卡获得能量被激活;射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去;系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号,经天线调节器传送到阅读器,阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号控制执行机构动作。
在耦合方式(电感-电磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、从射频卡到阅读器的数据传输方法(负载调制、反向散射、高次谐波)以及频率范围等方面,不同的非接触传输方法有根本的区别,但所有的阅读器在功能原理上,以及由此决定的设计构造上都很相似,所有阅读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。高频接口包含发送器和接收器,其功能包括:产生高频发射功率以启动射频卡并提供能量;对发射信号进行调制,用于将数据传送给射频卡;接收并解调来自射频卡的高频信号。不同射频识别系统的高频接口设计具有一些差异,电感耦合系统的高频接口原理图如图所示。
阅读器的控制单元的功能包括:与应用系统软件进行通信,并执行应用系统软件发来的命令;控制与射频卡的通信过程
(主-从原则);信号的编解码。对一些特殊的系统还有执行反碰撞算法,对射频卡与阅读器间要传送的数据进行加密和解密,以及进行射频卡和阅读器间的身份验证等附加功能。
射频识别系统的读写距离是一个很关键的参数。目前,长距离射频识别系统的价格还很贵,因此寻找提高其读写距离的方法很重要。影响射频卡读写距离的因素包括天线工作频率、阅读器的RF输出功率、阅读器的接收灵敏度、射频卡的功耗、天线及谐振电路的Q值、天线方向、阅读器和射频卡的耦合度,以及射频卡本身获得的能量及发送信息的能量等。大多数系统的读取距离和写入距离是不同的,写入距离大约是读取距离的40%〜80%。
5总结
RFID技术利用无线射频方式在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输,以达到目标识别和数据交换的目的。与传统的条型码、磁卡及IC卡相比,射频卡具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用的特点和具有防冲突功能,能同时处理多张卡片。在国外,射频识别技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。
RadioFrequencyIdentification(RFID)technologyIntroduction
RFIDistheabbreviationforRadioFrequencyIdentification,calledelectronicslabel.
RFIDrecognitionisanon-contactautomaticidentificationtechnology,rfsignalthroughitsautomatictargetrecognitionandaccesstorelevantdata,identifyworkwithoutmanualintervention,itcanworkinvariounvironments.RFIDtechnologycanidentifyhigh-speedmovingobjectsandcanidentifymultipletags,theoperationisfastandconvenient.
Accenturelaboratory'schiefscientistsiralexfergusonfeelsRFIDisabreakthroughtechnology:"first,canidentifyaveryspecificobjects,ratherlikethecodethatcanidentifyclassobjects;cond,theuofrf,canreaddatathroughexternalmaterials,andbarcodemustrelyonlartoreadinformation;third,canalsoreadontomultipleobjects,andbarcodecanonlyreadonebyone.Inaddition,storeofinformationisalsoverybig."
ThebasiccomponentsofRFID
ThemostbasicRFIDsystemconsistsofthreeparts:
Tag:Tagconsistsofcomponentsandchips,eachTaghasonlyelectroniccoding,adheretotheobjectforidentifieringtarget;
Reader:read(sometimesalsocanwrite)labelinformationequipment,itcan
bedesignedforportableorfixed;
Antenna:Transmitradiofrequencysignalsbetweeninthelabelandreader.
ThebasicworkingprincipleofRFIDtechnology
ThebasicprincipleofRFIDtechnologyisnotcomplex:Labelintothefield,Receiveradiofrequencysignalsfromreadercollision,withalltheenergystoredinachipoftheproductinformation(passivetag,thereisnosourcelabelorlabels),Oractivelytondafrequencysignals(activetagandtolabelorlabels);toreadinformationandunderstandingofthedecoderafterthecentralinformationsystemsto
carryouttherelevantdataprocessing.
DevelopmentofRFIDtechnologyanditsapplication
SanfordBernsteincristiano,accordingtoanalyststimatetheretailingcompany,byadoptingtheRFID,wal-martcansave$8.35billioneachyear,mostlybecauofthepurchaofartificialviewdoesnotneedtosavethecostoflaborcode.Althoughsomeanalyststhink$8billioninthedigitaltoooptimistic,butundoubtedly,RFIDhelpsolvetheproblem:thetwobiggestretailcommoditiesandloss(brokenbytheftandsupplychainwasunttledandlossofproducts),nowawal-mart,stealingalossisalmost20billiondollars,ifalegitimatebusinessturnovercanachievethisnumber,caninAmerican1,000enterpri'slistoftopfirst694.Rearchorganizationstimate,Thisrfidtechnologycanhelptoreducethelevelof25%reductionandstock.Typicalapplications:
Logisticsandsupplymanagement;
Manufacturingandasmbly;
Airlinebaggagehandling;
Mail/expressparcel;
Adocumenttracking/librarymanagement;
Animalidentitytags;
Movement;
Accesscontrol/electronictickets;
Automaticcharge.Road.
CompositionandworkingprinciplesofRFIDsystems
microwave:wavelengthof0.1-100centimetersorfrequencyin1-100GHZ
electromagneticwave.
radiationfrequency:usuallymicrowave.
electronictags:storeddataobjectcodeidentificationtag,alsocalled
rfCARDS.
passivetags:withoutpowerandinternalbyreceivingmicrowaveenergywork.
activetags:byinternalbatteriesworklabels.
microwaveantenna:udforlaunchingandreceiveasignal.
readdevice:Udtoreadthelabelsinelectronicdata.
programmingdevice:forelectronicdatawrittentothelabelorlabelsforthestoreddata.
beambracketing:referstotheantennabeamrangeofmicrowaveirradiationrangelaunchpower.
tagcapacity:Thelabelofprogrammingcanbewritteninthenumberofdigitsorlogical.
A-Biz-utomaticidentificationtechnologyapplicationcaframe
ASN-niorfreightnotice
BIS-commercialinformationsystem
DA-shipmentnotification
EAN--EuropeanarticlescodingEPCTM-electronicproducts
ONS-objectsnameresolutionrvices
PML-entitymarkuplanguage
UCC-unitycodingcommittee
UML-unifiedmodelinglanguage
Systemcompositionandworkingprinciple
ThemostbasicRFIDsystemconsistsofthreeparts:
Tag:Tagconsistsofcomponentsandchips,eachTaghasonlyelectroniccoding,adheretotheobjectforidentifieringtarget;
Reader:read(sometimesalsocanwrite)labelinformationequipment,itcanbedesignedforportableorfixed;
Antenna:Transmitradiofrequencysignalsbetweeninthelabelandreader.
SomesystemshavereadersRS232orRS485interfacewithexternalcomputer(uppercomputersystem)connection,andexchangedata.
Thesystemofbasicworkflowis:readerthroughtheantennandcertainfrequenciesofrfsignals,whentherfcardtoentertheantennaworkingareainducedcurrent,rfcardsgainenergytobeactivated,rfcardswillowncodinginformationthroughthecardbuilt-intransmittingantennandout,Systemreceivingaerialfromrfcardfromthecarriersignal,theantennaofaregulatortothereader,thereadertoreceiveasignalanddemodulatesanddecodestothesystemtodealwiththerelevant;themainsystembadonlogic,determinethelegalityofsmartcards,indifferentttingsmaketheappropriatetreatmentandcontrolsignalscontrolanddirectionofmovement.inthecouplingbetweeninductorsandelectromagneticway(),communicationprocess(FDX,HDX,SEQ)、Fromrfcardtothereaderofdatatransmissionoftheloadmethod(modulation,reverscattering,hightimeharmonics)andfrequency,fromthecontactmethodtransmissionafundamentaldifference,butallthereaderinprinciple,andthedecisionofthedesignstructuresareverysimilar.allthereaderisasimplematterofhighfrequencyandcontrolunittwobasicmodule.highfrequencyinterfaceincludesbothtransmittersandreceivers,itsfunctionsinclude:toproducehigh-frequencytransmitpowertostartandproviderfcardenergy.TolaunchsignaludtonddatatorfCARDS,ReceiveanddemodulationofhighfrequencysignalsfromrfCARDS.Differentrfidsystemwithsomedifferencefrequencyinterfacedesign,thesystemfrequencyinductivecouplinginterfacediagramshown.
Readersofthecontrolunitfeaturesinclude:communicatewiththeapplicationsoftware,Applicationsoftwareandtoexecutetheorderofradiofrequencies;controlandcommunicationfromtheprincipleofthelord-();signalofthedecoding.tosomespecificsystemsarethecollision,thealgorithmtorfcardreader,andtothetransferofdataencryptionanddecryption,aswellasonradiofrequencies
andthereader'sauthenticationforanadditionalfunction.
Therfidsystemisakeyanddistanceoftheparameters.Atprent,thepriceoflong-distancerfidsystemisveryexpensive,thustoimprovetheirreadingfordistanceofthemethodisveryimportant.InfluencefactorsofdistanceandRFcardreader,includingantennaworkingfrequencyofRFoutputpower,reader'sreceptionnsitivity,RFcardpower,antennaandtheresonantcircuitQvalue,antenna,RFcardreaderandthedirectionofthecoupling,andRFcarditlfofenergyandndinformationenergyetc.Mostofthesystemofwritingisreadandwritedifferent,readthedistanceisabout40%to80%.
5Summary
RFIDtechnologyUSESradio-frequencymodeinthereaderandrfcardnocontactbetweenthebidirectionaldatatransmission,inordertoachievetargetrecognitionanddataexchange.Andthetraditionofcode,magneticandICcard,comparedwithnon-contact,rfcardreadingspeed,wear,notbyenvironmentalimpact,longlife,easytouandhasthecharacteristicsofanti-collisionfunction,canhandlemoreCARDS.Abroad,rfidtechnologyhasbeenwidelyudinindustrialautomation,commercialautomation,transportationcontrol,etc.