无线射频识别技术RFID相关知识

2019-07-31 09:34 易库易

无线射频识别技术（Radio Frequency Idenfication，RFID）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。在应用领域中常被称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等等。

RFID系统至少包含电子标签和阅读器两部分。电子标签是射频识别系统的数据载体，电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。依据电子标签供电方式的不同，可以分为以下3类：

标签形态	读写距离	特点
被动式Passive tag	<4米	没有电池，最便宜
半被动式Active tag	10米	部分依靠电池工作，精确度高
主动式Semi—passive tag	>100米	有电池，效率高，有成本问题

当然，电子标签还可以依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。依据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。

RFID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系统相关知识

1.工作方式

射频识别系统的基本工作方式分为全双工（Full Duplex）、半双工（Half Duplex）系统和时序（SEQ）系统。全双工表示射频标签与读写器之间可在同一时刻互相传送信息。半双工表示射频标签与读写器之间可以双向传送信息，但在同一时刻只能向一个方向传送信息。

2．数据量

射频识别射频标签的数据量通常在几个字节到几千个字节之间。但是，有一个例外，这就是1比特射频标签。它有1比特的数据量就足够了，使阅读器能够作出以下两种状态的判断："在电磁场中有射频标签"或"在电磁场中无射频标签"。这种要求对于实现简单的监控或信号发送功能是完全足够的。因为1比特的射频标签不需要电子芯片，所以射频标签的成本可以做得很低。由于这个原因，大量的1比特射频标签在百货商场和商店中用于商品防盗系统（EAS）。当带着没有付款的商品离开百货商场时，安装在出口的读写器就能识别出"在电磁场中有射频标签"的状况，并引起相应的反应。对按规定已付款的商品来说，1比特射频标签在付款处被除掉或者去活化。

3．可编程

能否给射频标签写入数据是区分射频识别系统的另外一个因素。对简单的射频识别系统来说，射频标签的数据大多是简单的（序列）号码，可在加工芯片时集成进去，以后不能再变。与此相反，可写入的射频标签通过读写器或专用的编程设备写入数据。

4．数据载体

为了存贮数据，主要使用三种方法：EEPROM、FRAM、SRAM。对一般的射频识别系统来说，使用电可擦可编程只读存贮器（EEPROM）是主要方法。然而，使用这种方法的缺点是：写入过程中的功率消耗很大，使用寿命一般为写入100,000次。铁电随机存取存贮器（FRAM），与电可擦可编程只读存贮器相比，铁电随机存取存贮器的写入功率消耗减少100倍，写入时间甚至减少1000倍，FRAM属于非易失类存贮器。

对微波系统来说，还使用静态随机存取存贮器（SRAM），存贮器能很快写入数据。为了永久保存数据，需要用辅助电池作不中断的供电。

5．能量供应

射频识别系统的一个重要的特征是射频标签的供电。无源的射频标签自已没有电源。因此，无源的射频标签工作用的所有能量必须从阅读器发出的电磁场中取得。与此相反，有源的射频标签包含一个电池，为微型芯片的工作提供全部或部分（"辅助电池"）能量。

6．频率范围

射频识别系统的另一个重要特征是系统的工作频率和阅读距离。可以说工作频率与阅读距离是密切相关的，这是由电磁波的传播特性所决定的。通常把射频识别系统的工作频率定义为阅读器读射频标签时发送射频信号所使用的频率。在大多数情况下，把它叫做阅读器发送频率（负载调制、反向散射）。不管在何种情况下，射频标签的"发射功率"要比阅读器发射功率低很多。

分类	频段	距离	应用领域及特点	对应国标
低频 (LF, Low Frequency)	30kHz ~ 300kHz	<1米	动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗（带有内置应答器的汽车钥匙）等	ISO11784/11785（用于动物识别）、ISO18000-2（125-135 kHz）
中高频	3MHz ~ 30MHz	<1米	电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）等	ISO14443、ISO15693、ISO18000-3（13.56MHz）
超高频与微波	433.92MHz，862(902)~928MHz，2.45GHz，5.8GHz	4~6米，最大可达10米以上	移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗（电子遥控门锁控制器）2.45GHz，5.8GHz供工,科,医用设备使用	ISO10374，ISO18000-4（2.45GHz）、-5（5.8GHz）、-6（860-930 MHz）、-7（433.92 MHz），ANSI NCITS256-1999等

7，中间件（Middleware）

可称为是RFID运作的中枢，因为它可以加速关键应用的问世。

前各式各样RFID的应用，企业最想问的第一个问题是：“我要如何将我现有的系统与这些新的RFID Reader连接？”这个问题的本质是企业应用系统与硬件接口的问题。因此，通透性是整个应用的关键，正确抓取数据、确保数据读取的可靠性、以及有效地将数据传送到后端系统都是必须考虑的问题。传统应用程序与应用程序之间（Application to Application）数据通透是通过中间件架构解决，并发展出各种Application Server应用软件；同理，中间件的架构设计解决方案便成为RFID应用的一项极为重要的核心技术。

RFID面临的问题

RFID在推广应用中遇到了不少挑战，主要表现在成本、标准、精确度与应用模式等方面。

1．标准化是个大问题

标准化是推动产品广泛获得市场接受的必要措施，但射频识别读取机与标签的技术仍未见其统一，因此无法一体化使用。而不同制造商所开发的标签通讯协定，使用不同频率，且封包格式不一。而RFID技术又不像条码，虽有常用的共同频率范围，但制造厂商可以自行改变，此外，标签上的芯片性能，存储器存储协议与天线设计约定等，也都没有统一标准。

2．价格问题是制约RFID标签推广应用市场发展的巨大瓶颈之一

RFID系统不论是标签、读取器和天线，其价格都比较昂贵。在新的制造工艺没有普及推广之前，高成本的RFID标签只能用于一些本身价值较高的产品。目前一个RFID标签的价格约为0.20～0.60美元，对一些价位较低商品，采用高档RFID标签显然不划算。

3．技术的突破

金属和多水环境也是阻止RFID大量使用的一个很大因素。无线电波会从金属物体上反射回来，会被水吸收。这会使跟踪金属物体或是含水较高的物体产生困难。但是精心设计的系统能解决这些问题。

4．隐私保护以及安全问题

RFID应用最让外界质疑的是RFID后端系统所连接的大量厂商数据库可能引发的商业信息安全问题，尤其是消费者的信息隐私权。通过大量RFID读写器的布置，人类的生活与行为将因RFID而容易追踪。当前的无源RFID系统没有读写能力，所以无法使用密钥验证方法来进行身份验证，如果标签是有源的，并且会收到不断变化的验证密钥，那将会大大提高其安全性，不过这又会增加其成本。

——部分资料收集整理自物联网世界