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物聯(lián)網(wǎng)射頻識別技術(shù)RFID概念及應(yīng)用

來源： | 2021-10-04

射頻識別（RFID）是 Radio Frequency Identification 的縮寫。是自動識別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。

射頻識別原理為閱讀器與標(biāo)簽之間進(jìn)行非接觸式的數(shù)據(jù)通信，達(dá)到識別目標(biāo)的目的。RFID 的應(yīng)用非常廣泛，目前典型應(yīng)用有動物晶片、汽車晶片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產(chǎn)線自動化、物料管理。

無線射頻識別技術(shù)通過無線電波不接觸快速信息交換和存儲技術(shù)，通過無線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，然后連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，加以實現(xiàn)非接觸式的雙向通信，從而達(dá)到了識別的目的，用于數(shù)據(jù)交換，串聯(lián)起一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)。在識別系統(tǒng)中，通過電磁波實現(xiàn)電子標(biāo)簽的讀寫與通信。根據(jù)通信距離，可分為近場和遠(yuǎn)場，為此讀/寫設(shè)備和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)交換方式也對應(yīng)地被分為負(fù)載調(diào)制和反向散射調(diào)制。

二、射頻識別技術(shù)RFID工作原理
RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

一套完整的RFID系統(tǒng)，是由閱讀器與電子標(biāo)簽也就是所謂的應(yīng)答器及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個部分所組成，其工作原理是閱讀器（Reader）發(fā)射一特定頻率的無線電波能量，用以驅(qū)動電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù)，送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。

以RFID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看大致上可以分成：感應(yīng)耦合及后向散射耦合兩種。一般低頻的RFID大都采用第一種方式，而較高頻大多采用第二種方式。

閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和標(biāo)簽之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時閱讀器通過耦合給無源標(biāo)簽提供能量和時序。在實際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過Ethernet或WLAN等實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。

三、射頻識別技術(shù)RFID組成部分
完整的RFID系統(tǒng)由讀寫器(Reader)、電子標(biāo)簽(Tag)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分組成。

1、關(guān)于閱讀器
閱讀器是將標(biāo)簽中的信息讀出，或?qū)?biāo)簽所需要存儲的信息寫入標(biāo)簽的裝置。根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同，閱讀器可以是讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。在RFID系統(tǒng)工作時，由閱讀器在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)送射頻能量形成電磁場，區(qū)域的大小取決于發(fā)射功率。在閱讀器覆蓋區(qū)域內(nèi)的標(biāo)簽被觸發(fā)，發(fā)送存儲在其中的數(shù)據(jù)，或根據(jù)閱讀器的指令修改存儲在其中的數(shù)據(jù)，并能通過接口與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。閱讀器的基本構(gòu)成通常包括：收發(fā)天線，頻率產(chǎn)生器，鎖相環(huán)，調(diào)制電路，微處理器，存儲器，解調(diào)電路和外設(shè)接口組成。
(1)收發(fā)天線：發(fā)送射頻信號給標(biāo)簽，并接收標(biāo)簽返回的響應(yīng)信號及標(biāo)簽信息。
(2)頻率產(chǎn)生器：產(chǎn)生系統(tǒng)的工作頻率。
(3)鎖相環(huán)：產(chǎn)生所需的載波信號。
(4)調(diào)制電路：把發(fā)送至標(biāo)簽的信號加載到載波并由射頻電路送出。
(5)微處理器：產(chǎn)生要發(fā)送往標(biāo)簽的信號，同時對標(biāo)簽返回的信號進(jìn)行譯碼，并把譯碼所得的數(shù)據(jù)回傳給應(yīng)用程序，若是加密的系統(tǒng)還需要進(jìn)行解密操作。
(6)存儲器：存儲用戶程序和數(shù)據(jù)。
(7)解調(diào)電路：解調(diào)標(biāo)簽返回的信號，并交給微處理器處理。
(8)外設(shè)接口：與計算機(jī)進(jìn)行通信。

2、關(guān)于電子標(biāo)簽
電子標(biāo)簽由收發(fā)天線、AC/DC電路、解調(diào)電路、邏輯控制電路、存儲器和調(diào)制電路組成。
(1)收發(fā)天線：接收來自閱讀器的信號，并把所要求的數(shù)據(jù)送回給閱讀器。
(2)AC/DC電路：利用閱讀器發(fā)射的電磁場能量，經(jīng)穩(wěn)壓電路輸出為其它電路提供穩(wěn)定的電源。
(3)解調(diào)電路：從接收的信號中去除載波，解調(diào)出原信號。
(4)邏輯控制電路：對來自閱讀器的信號進(jìn)行譯碼，并依閱讀器的要求回發(fā)信號。
(5)存儲器：作為系統(tǒng)運作及存放識別數(shù)據(jù)的位置。
(6)調(diào)制電路：邏輯控制電路所送出的數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制電路后加載到天線送給閱讀器。

四、射頻識別技術(shù)RFID分類
射頻識別技術(shù)依據(jù)其標(biāo)簽的供電方式可分為三類，即無源RFID，有源RFID，與半有源RFID。

1、無源RFID。
在三類RFID產(chǎn)品中，無源RFID出現(xiàn)時間最早，最成熟，其應(yīng)用也最為廣泛。在無源RFID中，電子標(biāo)簽通過接受射頻識別閱讀器傳輸來的微波信號，以及通過電磁感應(yīng)線圈獲取能量來對自身短暫供電，從而完成此次信息交換。因為省去了供電系統(tǒng)，所以無源RFID產(chǎn)品的體積可以達(dá)到厘米量級甚至更小，而且自身結(jié)構(gòu)簡單，成本低，故障率低，使用壽命較長。但作為代價，無源RFID的有效識別距離通常較短，一般用于近距離的接觸式識別。無源RFID主要工作在較低頻段125KHz、13.56MKHz等，其典型應(yīng)用包括：公交卡、二代身份證、食堂餐卡等。

2、有源RFID。
有源RFID興起的時間不長，但已在各個領(lǐng)域，尤其是在高速公路電子不停車收費系統(tǒng)中發(fā)揮著不可或缺的作用。有源RFID通過外接電源供電，主動向射頻識別閱讀器發(fā)送信號。其體積相對較大。但也因此擁有了較長的傳輸距離與較高的傳輸速度。一個典型的有源RFID標(biāo)簽?zāi)茉诎倜字馀c射頻識別閱讀器建立聯(lián)系，讀取率可達(dá)1,700read/sec。有源RFID主要工作在900MHz、2.45GHz、5.8GHz等較高頻段，且具有可以同時識別多個標(biāo)簽的功能。有源RFID的遠(yuǎn)距性、高效性，使得它在一些需要高性能、大范圍的射頻識別應(yīng)用場合里必不可少。

3、半有源RFID。
無源RFID自身不供電，但有效識別距離太短。有源RFID識別距離足夠長，但需外接電源，體積較大。而半有源RFID就是為這一矛盾而妥協(xié)的產(chǎn)物。半有源RFID又叫做低頻激活觸發(fā)技術(shù)。在通常情況下，半有源RFID產(chǎn)品處于休眠狀態(tài)，僅對標(biāo)簽中保持?jǐn)?shù)據(jù)的部分進(jìn)行供電，因此耗電量較小，可維持較長時間。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入射頻識別閱讀器識別范圍后，閱讀器先現(xiàn)以125KHz低頻信號在小范圍內(nèi)精確激活標(biāo)簽使之進(jìn)入工作狀態(tài)，再通過2.4GHz微波與其進(jìn)行信息傳遞。也即是說，先利用低頻信號精確定位，再利用高頻信號快速傳輸數(shù)據(jù)。其通常應(yīng)用場景為：在一個高頻信號所能所覆蓋的大范圍中，在不同位置安置多個低頻閱讀器用于激活半有源RFID產(chǎn)品。這樣既完成了定位，又實現(xiàn)了信息的采集與傳遞。

五、射頻識別技術(shù)RFID特點
通常來說，射頻識別技術(shù)具有如下特性：

1、適用性：RFID技術(shù)依靠電磁波，并不需要連接雙方的物理接觸。這使得它能夠無視塵、霧、塑料、紙張、木材以及各種障礙物建立連接，直接完成通信。

2、高效性：RFID系統(tǒng)的讀寫速度極快，一次典型的RFID傳輸過程通常不到100毫秒。高頻段的RFID閱讀器甚至可以同時識別、讀取多個標(biāo)簽的內(nèi)容，極大地提高了信息傳輸效率。

3、獨一性：每個RFID標(biāo)簽都是獨一無二的，通過RFID標(biāo)簽與產(chǎn)品的一一對應(yīng)關(guān)系，可以清楚的跟蹤每一件產(chǎn)品的后續(xù)流通情況。

4、簡易性：RFID標(biāo)簽結(jié)構(gòu)簡單，識別速率高、所需讀取設(shè)備簡單。尤其是隨著NFC技術(shù)在智能手機(jī)上逐漸普及，每個用戶的手機(jī)都將成為最簡單的RFID閱讀器。

六、射頻識別技術(shù)RFID優(yōu)缺點
1、優(yōu)勢
射頻識別技術(shù)能夠被廣泛的應(yīng)用到多個產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域，必然有其“過人之處”。
就其外在表現(xiàn)形式來講，射頻識別技術(shù)的載體一般都是要具有防水、防磁、耐高溫等特點，保證射頻識別技術(shù)在應(yīng)用時具有穩(wěn)定性。就其使用來講，射頻識別在實時更新資料、存儲信息量、使用壽命、工作效率、安全性等方面都具有優(yōu)勢。射頻識別能夠在減少人力物力財力的前提下，更便利的更新現(xiàn)有的資料，使工作更加便捷；射頻識別技術(shù)依據(jù)電腦等對信息進(jìn)行存儲，最大可達(dá)數(shù)兆字節(jié)，可存儲信息量大，保證工作的順利進(jìn)行；射頻識別技術(shù)的使用壽命長，只要工作人員在使用時注意保護(hù)，它就可以進(jìn)行重復(fù)使用；射頻識別技術(shù)改變了從前對信息處理的不便捷，實現(xiàn)了多目標(biāo)同時被識別，大大提高了工作效率；而射頻識別同時設(shè)有密碼保護(hù)，不易被偽造，安全性較高。與射頻識別技術(shù)相類似的技術(shù)是傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)，傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)在更新資料、存儲信息量、使用壽命、工作效率、安全性等方面都較射頻識別技術(shù)差，不能夠很好的適應(yīng)我國當(dāng)前社會發(fā)展的需求，也難以滿足產(chǎn)業(yè)以及相關(guān)領(lǐng)域的需要。

2、缺點
（1）技術(shù)成熟度不夠。RFID技術(shù)出現(xiàn)時間較短，在技術(shù)上還不是非常成熟。由于超高頻RFID電子標(biāo)簽具有反向反射性特點，使得其在金屬、液體等商品中應(yīng)用比較困難。
（2）成本高。RFID電子標(biāo)簽相對于普通條碼標(biāo)簽價格較高，為普通條碼標(biāo)簽的幾十倍，如果使用量大的話，就會造成成本太高，在很大程度上降低了市場使用RFID技術(shù)的積極性。
（3）安全性不夠強。RFID技術(shù)面臨的安全性問題主要表現(xiàn)為RFID電子標(biāo)簽信息被非法讀取和惡意篡改。
（4）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。

七、射頻識別技術(shù)RFID應(yīng)用領(lǐng)域
1、物流
物流倉儲是RFID最有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域之一，UPS、DHL、Fedex等國際物流巨頭都在積極實驗RFID技術(shù)，以期在將來大規(guī)模應(yīng)用于提升其物流能力?？蓱?yīng)用的過程包括：物流過程中的貨物追蹤、信息自動采集、倉儲管理應(yīng)用、港口應(yīng)用、郵政包裹、快遞等。

2、交通
出租車管理、公交車樞紐管理、鐵路機(jī)車識別等，已有不少較為成功的案例。

3、身份識別
RFID技術(shù)由于具有快速讀取與難偽造性，所以被廣泛應(yīng)用于個人的身份識別證件中。如現(xiàn)在開展的電子護(hù)照項目、我國的第二代身份證、學(xué)生證等其他各種電子證件。

4、防偽
RFID具有很難偽造的特性，但是如何應(yīng)用于防偽還需要政府和企業(yè)的積極推廣。可以應(yīng)用的領(lǐng)域包括貴重物品（煙、酒、藥品）的防偽和票證的防偽等。

5、資產(chǎn)管理
可應(yīng)用于各類資產(chǎn)的管理，包括貴重物品、數(shù)量大相似性高的物品或危險品等。隨著標(biāo)簽價格的降低，RFID幾乎可以管理所有的物品。

6、食品
可應(yīng)用于水果、蔬菜、生鮮、食品等管理。該領(lǐng)域的應(yīng)用需要在標(biāo)簽的設(shè)計及應(yīng)用模式上有所創(chuàng)新。

7、信息統(tǒng)計
射頻識別技術(shù)的運用，信息統(tǒng)計就變成了一件既簡單又快速的工作。由檔案信息化管理平臺的查詢軟件傳出統(tǒng)計清查信號，閱讀器迅速讀取館藏檔案的數(shù)據(jù)信息和相關(guān)儲位信息，并智能返回所獲取的信息和中心信息庫內(nèi)的信息進(jìn)行校對。如針對無法匹配的檔案，由管理者用閱讀器展開現(xiàn)場核實，調(diào)整系統(tǒng)信息和現(xiàn)場信息，進(jìn)而完成信息統(tǒng)計工作。

8、查閱應(yīng)用
在查詢檔案信息時，檔案管理者借助查詢管理平臺找出檔號，系統(tǒng)按照檔號在中心信息庫內(nèi)讀取數(shù)據(jù)資料，核實后，傳出檔案出庫信號，儲位管理平臺的檔案智能識別功能模塊會結(jié)合檔號對應(yīng)相關(guān)儲位編號，找出該檔案保存的具體部位。管理者傳出檔案出庫信號后，儲位點上的指示燈立即亮起。資料出庫時，射頻識別閱讀器將獲取的信息反饋至管理平臺，管理者再次核實，對出庫檔案和所查檔案核查相同后出庫。而且，系統(tǒng)將記錄信息出庫時間。若反饋檔案和查詢檔案不相符，安全管理平臺內(nèi)的警報模塊就會傳輸異常預(yù)警。

9、安全控制
安全控制系統(tǒng)能實現(xiàn)對檔案館的及時監(jiān)控和異常報警等功能，以避免檔案被毀、失竊等。檔案在被借閱歸還時，特別是實物檔案，常常用作展覽、評價檢查等，管理者對歸還的檔案仔細(xì)檢查，并和檔案借出以前的信息核實，能及時發(fā)現(xiàn)檔案是否受損、缺失等。

八、射頻識別技術(shù)RFID發(fā)展趨勢
1、射頻識別標(biāo)簽趨勢
隨著標(biāo)準(zhǔn)的制定、應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛、應(yīng)用數(shù)量的增加、工藝的不斷提高、技術(shù)的飛速進(jìn)步（如在圖書方面，在封面或版權(quán)頁上用導(dǎo)電油墨直接在印制射頻識別天線），其成本會更低；其次識別距離更遠(yuǎn)，即使是無源射頻識別標(biāo)簽也能達(dá)到幾十米；體積也將更小。

2、高頻化
超高頻射頻識別系統(tǒng)與低頻系統(tǒng)相比，具有別距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)交換速度更快、偽造難度更高、對外界的抗干擾能力更強、體積小巧,且隨著制造成本的降低和高頻技術(shù)的進(jìn)一步完善，超高頻系統(tǒng)的應(yīng)用將會更加廣泛。

3、網(wǎng)絡(luò)化
部分應(yīng)用場合需要將不同系統(tǒng)（或多個閱讀器）所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，然后提供給用戶使用，如我們使用二代身份證在自動取票機(jī)取火車票，這就需要將射頻識別系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化管理，來實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制與管理。

4、多能化
隨著移動計算技術(shù)的不斷提高和普及，射頻識別閱讀器設(shè)計與制造的發(fā)展趨勢是將向多功能、多接口、多制式，并向模塊化、小型化、便攜式、嵌入式方向發(fā)展；同時，多閱讀器協(xié)調(diào)與組網(wǎng)技術(shù)將成為未來發(fā)展方向之一。
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