RFID射频识别技术介绍及简单应用

1、RFID技术是什么

首先，RFID是物联网核心技术之一，属于物联网三层架构的感知层。RFID是Radio Frequency Identification的缩写，又称无线射频识别，是一种无线短距通信技术，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。而射频识别技术依据其标签的供电方式可分为三类：即无源RFID、有源RFID、与半有源RFID。根据频率分为超高频RFID、高频RFID、低频RFID、微波RFID四类。

一套完整RFID硬件系统由Reader（阅读器）与Tag（电子标签）两部份组成,其动作原理为由Reader发射一特定频率之无限电波能量给Tag,用以驱动Tag电路将內部之ID Code送出，此时Reader便接收此ID Code。Tag的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡故不怕脏污，且晶片密码为世界唯一无法复制，安全性高、长寿命。这里再举个例子：门禁锁的实现主要利用的就是无源RFID短距传输技术，这里的门禁卡就是Tag，而相应的感受器就是Reader。（后附：基本的门禁系统制作方式）

2、RFID技术产生背景与发展历程

1940年之后，由于雷达技术的发展和进步衍生出了RFID技术，而正式提出RFID技术的理论是1948年。直到1950-1960年期间，人们才慢慢开始对此技术进行探索，上世纪60年代，RFID技术才简单运用到生活中，上世纪70年代：RFID技术不断更新，产品研究逐步深入，对于RFID的测试开始进一步加速。并且实现了对相关系统得应用。21世纪之后，人们开始对RFID的标准化问题给予重视，并且在生活的多个领域可以见到RFID系统的身影。由于该技术被广泛运用，人们开始想办法降低其生产的成本，在认识到标准化的重要意义之后，将RFID技术根据标签的供电类型分为：有源、半有源、无源三类。RFID产品的种类进一步丰富发展，时至今日，人们研发单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、适应高速移动物体的RFID技术不断发展，并且相关产品也走入我们的生活，并开始广泛应用。生活中实例应用：公交卡、二代身份证、门禁卡、食堂餐卡等。

3、RFID工作原理及基本硬件组成

1.基本工作原理

射频识别系统的基本模型如图所示。其中，电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置、扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。

RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入阅读器后，接收阅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），阅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，是由阅读器与电子标签也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部分所组成，其工作原理是阅读器（Reader）发射一特定频率的无线电波能量，用以驱动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：感应耦合及后向散射耦合两种。一般低频的RFID大都采用第一种方式，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。阅读器和标签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标签提供能量和时序。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。

2.基本硬件组成：

阅读器(Reader)组成：

阅读器是将标签中的信息读出，或将标签所需要存储的信息写入标签的装置。根据使用的结构和技术不同，阅读器可以是读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。在RFID系统工作时，由阅读器在一个区域内发送射频能量形成电磁场，区域的大小取决于发射功率。在阅读器覆盖区域内的标签被触发，发送存储在其中的数据，或根据阅读器的指令修改存储在其中的数据，并能通过接口与计算机网络进行通信。阅读器的基本构成通常包括：收发天线，频率产生器，锁相环，调制电路，微处理器，存储器，解调电路和外设接口组成。

(1)收发天线：发送射频信号给标签，并接收标签返回的响应信号及标签信息。

(2)频率产生器：产生系统的工作频率。

(3)锁相环：产生所需的载波信号。

(4)调制电路：把发送至标签的信号加载到载波并由射频电路送出。

(5)微处理器：产生要发送往标签的信号，同时对标签返回的信号进行译码，并把译码所得的数据回传给应用程序，若是加密的系统还需要进行解密操作。

(6)存储器：存储用户程序和数据。

(7)解调电路：解调标签返回的信号，并交给微处理器处理。

(8)外设接口：与计算机进行通信。

电子标签(Tag)组成：

电子标签由收发天线、AC/DC电路、解调电路、逻辑控制电路、存储器和调制电路组成。

(1)收发天线：接收来自阅读器的信号，并把所要求的数据送回给读写器。

(2)AC/DC电路：利用阅读器发射的电磁场能量，经稳压电路输出为其它电路提供稳定的电源。

(3)解调电路：从接收的信号中去除载波，解调出原信号。

(4)逻辑控制电路：对来自阅读器的信号进行译码，并依读写器的要求回发信号。

(5)存储器：作为系统运作及存放识别数据的位置。

(6)调制电路：逻辑控制电路所送出的数据经调制电路后加载到天线送给阅读器。

4、基本概念解释

1.无源RFID：

在三类RFID产品中，无源RFID出现时间最早，最成熟，其应用也最为广泛。在无源RFID中，电子标签通过接受射频识别阅读器传输来的微波信号，以及通过电磁感应线圈获取能量来对自身短暂供电，从而完成此次信息交换。因为省去了供电系统，所以无源RFID产品的体积可以达到厘米量级甚至更小，而且自身结构简单，成本低，故障率低，使用寿命较长。但作为代价，无源RFID的有效识别距离通常较短，一般用于近距离的接触式识别。无源RFID主要工作在较低频段125KHz、13.56MKHz等。

2.有源RFID：

有源RFID兴起的时间不长，但已在各个领域，尤其是在高速公路电子不停车收费系统中发挥着不可或缺的作用。有源RFID通过外接电源供电，主动向射频识别阅读器发送信号。其体积相对较大。但也因此拥有了较长的传输距离与较高的传输速度。一个典型的有源RFID标签能在百米之外与射频识别阅读器建立联系，读取率可达1,700read/sec。有源RFID主要工作在900MHz、2.45GHz、5.8GHz等较高频段，且具有可以同时识别多个标签的功能。有源RFID的远距性、高效性，使得它在一些需要高性能、大范围的射频识别应用场合里必不可少。

3.半有源RFID：

无源RFID自身不供电，但有效识别距离太短。有源RFID识别距离足够长，但需外接电源，体积较大。而半有源RFID就是为这一矛盾而妥协的产物。半有源RFID又叫做低频激活触发技术。在通常情况下，半有源RFID产品处于休眠状态，仅对标签中保持数据的部分进行供电，因此耗电量较小，可维持较长时间。当标签进入射频识别阅读器识别范围后，阅读器先现以125KHz低频信号在小范围内精确激活标签使之进入工作状态，再通过2.4GHz微波与其进行信息传递。也即是说，先利用低频信号精确定位，再利用高频信号快速传输数据。其通常应用场景为：在一个高频信号所能所覆盖的大范围中，在不同位置安置多个低频阅读器用于激活半有源RFID产品。这样既完成了定位，又实现了信息的采集与传递。

4.超高频RFID：

•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 MHz之间。该频段的波长大概为30cm左右。

•目前，该频段功率输出目前统一的定义(美国定义为4W，欧洲定义为500mW)。可能欧洲限制会上升到2WEIRP。

•甚高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物资。相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来。

•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。

•该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。

•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。

5.高频RFID:

•工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22M。

•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。感应器需要离开金属一段距离。

•该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。

•感应器一般以电子标签的形式。

•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。

•该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签。

•可以把某些数据信息写入标签中。

•数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。

6.低频RFID（短距离传输）：

•工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz,它的工作频率为134.2KHz。该频段的波长大约为2500M。

•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。

•工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。

•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。

•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。

•相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢。

•感应器的价格相对与其他频段来说要贵。

7.微波RFID：

•它是一个全球性的频段，开发产品具有全球通用性；

•它整体的频宽胜于其他ISM频段，这就提高了整体数据传输速率，允许系统共存；

•2.4GHz无线电和天线的体积相当小，产品体积也更小。

5、适用场景

1、物流

物流仓储是RFID最有潜力的应用领域之一，UPS、DHL、Fedex等国际物流巨头都在积极实验RFID技术，以期在将来大规模应用于提升其物流能力。可应用的过程包括：物流过程中的货物追踪、信息自动采集、仓储管理应用、港口应用、邮政包裹、快递等。

2、交通

出租车管理、公交车枢纽管理、铁路机车识别等，已有不少较为成功的案例。

3、身份识别

RFID技术由于具有快速读取与难伪造性，所以被广泛应用于个人的身份识别证件中。如开展的电子护照项目、我国的第二代身份证、学生证等其他各种电子证件。

4、防伪

RFID具有很难伪造的特性，但是如何应用于防伪还需要政府和企业的积极推广。可以应用的领域包括贵重物品（烟、酒、药品）的防伪和票证的防伪等。

5、资产管理

可应用于各类资产的管理，包括贵重物品、数量大相似性高的物品或危险品等。随着标签价格的降低，RFID几乎可以管理所有的物品。

6、食品

可应用于水果、蔬菜、生鲜、食品等管理。该领域的应用需要在标签的设计及应用模式上有所创新。

7、信息统计

射频识别技术的运用，信息统计就变成了一件既简单又快速的工作。由档案信息化管理平台的查询软件传出统计清查信号，阅读器迅速读取馆藏档案的数据信息和相关储位信息，并智能返回所获取的信息和中心信息库内的信息进行校对。如针对无法匹配的档案，由管理者用阅读器展开现场核实，调整系统信息和现场信息，进而完成信息统计工作。

8、查阅应用

在查询档案信息时，档案管理者借助查询管理平台找出档号，系统按照档号在中心信息库内读取数据资料，核实后，传出档案出库信号，储位管理平台的档案智能识别功能模块会结合档号对应相关储位编号，找出该档案保存的具体部位。管理者传出档案出库信号后，储位点上的指示灯立即亮起。资料出库时，射频识别阅读器将获取的信息反馈至管理平台，管理者再次核实，对出库档案和所查档案核查相同后出库。而且，系统将记录信息出库时间。若反馈档案和查询档案不相符，安全管理平台内的警报模块就会传输异常预警。

9、安全控制

安全控制系统能实现对档案馆的及时监控和异常报警等功能，以避免档案被毁、失窃等。档案在被借阅归还时，特别是实物档案，常常用作展览、评价检查等，管理者对归还的档案仔细检查，并和档案借出以前的信息核实，能及时发现档案是否受损、缺失等。

附：基于Arduino开发板开发的基本RFID智能门禁

原材料：

硬件	数量
Arduino UNO	1
USB串口线	1
RFID-RC522	1
标准S50空白卡	1
异型卡	1
I2C_LCD1602显示屏	1
面包板	1
杜邦线	若干
RB—412舵机	1

PS：以上材料去淘宝搜索硬件名称就能搜到。

硬件实物展示：

RFID-RC522读写器、排线、空白卡、异型卡

PS：使用RFID-RC522读写器需要在IDE中导入一个库，库下载链接：https://download.csdn.net/download/weixin_43757283/11727332

怎么导入库可以自行百度，这里不作赘述啦。

Arduino UNO开发板

PS: 给Arduino编程需要用到IDE（集成开发环境），这是一款免费的软件。IDE的官方下载地址为：http://arduino.cc/en/Main/Software。

I2C_LCD1602显示屏

PS：使用I2C_LCD1602需要导入一个IDE自带的转接口的库文件（LiquidCrystal_I2C.h）。

接线原理图：

接线对照表

RC522读写器	Arduino	I2C_LCD1602	Arduino
3.3V	3.3V	VCC	5V
RST	2	GND	GND
GND	GND	SDA	A4
IRQ	7	SCL	A5
MISO	3
MOSI	4
SCK	5
SDA	6

使用该Arduino开发的智能门禁系统也可以加入更多的模块，来进行升级。

程序参考：

#include <rfid.h>                 //射频模块  

#include <LiquidCrystal_I2C.h>    //I²C接口

#include <Wire.h>                 //LCD

#include <Servo.h>                //舵机

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); //0x27:I2C接口的地址 16,2：可显示16*2的字符串

Servo myservo;                    //创建一个伺服对象"myservo"

RFID rfid;                        //创建一个可变类型的RFID

uchar serNum[5];                  //创建一个数组来储存ID

void setup()

{

  lcd.init();                     //初始化 LCD

  lcd.backlight();                //打开LCD的背光

  Serial.begin(9600);

  rfid.begin(7, 5, 4, 3, 6, 2);   //rfid.begin(IRQ_PIN,SCK_PIN,MOSI_PIN,MISO_PIN,NSS_PIN,RST_PIN)

  delay(100);

  rfid.init();                    //初始化 RFID

  lcd.setCursor(0,0);             //把光标定在显示屏的第0列第0行

  lcd.print("    Welcome!    ");  //在LCD"    Welcome!    "

  myservo.attach(8);              //说明8号针脚的舵机连接到伺服对象上

  myservo.write(0);               //舵机归位0°

  delay(2000);                    //delay 2s

}

void loop()

{

  uchar status;

  uchar str[MAX_LEN];

  //检测是否有ID卡，返回ID卡的类型

  status = rfid.request(PICC_REQIDL, str);

  if (status != MI_OK)            //检测是否有卡

  {

    return;

  }

  //显示卡的类型

  rfid.showCardType(str);

  //防止冲突，返回4字节的序列号的卡片

  status = rfid.anticoll(str);

  if (status == MI_OK)

  {

    Serial.print("The card's number is: ");

    lcd.setCursor(0,0);           //LCD的坐标：0列，0行

    lcd.print(" ID: ");

    memcpy(serNum, str, 5);      

    rfid.showCardID(serNum);      //show the card ID

    Serial.println();

    //确认IC卡的ID是否为 3AA9EA0B

    uchar* id = serNum;

    if(id[0]==0x3A && id[1]==0xA9 && id[2]==0xEA && id[3]==0x0B)

    { //该卡号可以更改为自己的IC卡号，包括校园卡等

      myservo.write(180);         //舵机旋转至180°

      Serial.println("Hello Arduino!");

      lcd.setCursor(0,1);         //显示的坐标：0列，1行

      lcd.print(" Hello Arduino! ");

      delay(2000);

      lcd.clear();                //LCD清屏

      myservo.write(0);

    }

    else

    { //若卡号与上述不符

      Serial.println("Hello unkown guy!");

      lcd.setCursor(0,1);

      lcd.print("Hello unkown guy");

      delay(2000);

      lcd.clear();

    }}

  lcd.setCursor(0,0);

  lcd.print("    Welcome!    ");

  delay(2000);

  rfid.halt();                    //让IC卡进入休眠状态、防抖

}

最后

以上就是伶俐老师为你收集整理的RFID射频识别技术介绍及简单应用的全部内容，希望文章能够帮你解决RFID射频识别技术介绍及简单应用所遇到的程序开发问题。

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