一文读懂RFID射频识别技术

RFID射频识别技术

1. RFID的基本概念

射频识别，即RFID（Radio Frequency Identification），又称无线射频识别，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。

一套完整RFID硬件统由Reader与Transponder两部份组成，其原理为由Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder，用以驱动Transponder电路将內部的ID Code送出，由Reader接收此ID Code；Transponder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

物联网分为应用层、网络层和感知层，RFID处于感知层。其在物联网中的应用十分广泛

2. RFID的工作原理

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

FRID中间件: 为解决分布异构问题，人们提出了中间件(middleware)的概念。中间件是位于平台（硬件和操作系统）和应用之间的通用服务，这些服务具有标准的程序接口和协议。针对不同的操作系统和硬件平台，它们可以有符合接口和协议规范的多种实现

RFID中间件是一种面向消息的中间件，信息（Information）是以消息（Message）的形式，从一个程序传送到另一个或多个程序。信息可以以异步 （Asynchronous）的方式传送，所以传送者不必等待回应。面向消息的 中间 件包含的功能不仅是传递（Passing）信息，还必须包括解译数据、安全性、数据广播、错误恢复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序以及延伸的除错工具等服务。RFID中间件具有以下特点：

• 独立于架构（Insulation Infrastructure）RFID中间件独立并介于RFID读写器与后端应用程序之间，并且能够与多个RFID读写器以及多个后端应用程序连接，以减轻架构与维护的复杂性
• 数据流（Data Flow）RFID的主要目的在于将实体对象转换为信息环境下的虚拟对象，因此数据处理是RFID最重要的功能。RFID中间件具有数据的搜集、过滤、整合与传递等特性，以便将正确的对象信息传到企业后端的应用系统。
• 处理流（Process Flow）RFID中间件采用程序逻辑及存储再转送（Store-and-Forward）的功能来提供顺序的消息流，具有数据流设计与管理的能力

3. RFID的频率划分

目前定义的RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频（甚高频）、微波等频率范围。不同频段的RFID产品有不同的特性。具体的划分方法如下图：

• 125KHz~134KHz属于低频；
• 13.56MHz为高频；
• 860MHz~915MHz为超高频（甚高频）；
• 2.4GHz~5.0GHz为微波；

3.1 RFID低频

RFID低频主要应用于畜牧业管理系统、汽车防盗和无钥匙开门系统的应用、马拉松赛跑系统的应用 、自动停车场收费和车辆管理系统 、自动加油系统的应用、酒店门锁系统的应用、门禁和安全管理系统，其特性如下示：

• 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
• 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

3.2 RFID高频

RFID高频主要应用于图书管理系统的应用、瓦斯钢瓶的管理应用、服装生产线和物流系统的管理和应用、三表预收费系统、酒店门锁的管理和应用、大型会议人员通道系统、固定资产的管理系统、医药物流系统的管理和应用、智能货架的管理。其特性如下示：

• 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

3.3 RFID超高频

RFID超高频主要应用于供应链上的管理和应用、生产线自动化的管理和应用、航空包裹的管理和应用、集装箱的管理和应用、铁路包裹的管理和应用、后勤管理系统的应用。其特性如下示：

• 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。
• 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 2W EIRP。
• 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

3.4 RFID微波

RFID微波2.4GHz频段主要应用于船舶管理系统、煤矿人员定位系统、动态车辆识别系统、微型胶囊内窥镜系统。其特性如下示：

• 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

4. RFID的发展历程

RFID直接继承了雷达的概念，并由此发展出一种生机勃勃的AIDC新技术——RFID技术。1948年哈里.斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别RFID的理论基础。在20世纪中，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。RFID技术的发展可按10年期划分如下：

• 1941～1950年：雷达的改进和应用催生了RFID技术，1948年奠定了RFID技术的理论基础
• 1951～1960年：早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究
• 1961～1970年：RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试
• 1971～1980年：RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术测试得到加速。出现了一些最早的RFID应用
• 1981～1990年：RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现
• 1991～2000年：RFID技术标准化问题日趋得到重视，RFID产品得到广泛采用，RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分
• 2001～至今：标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。RFID技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID正在成为现实

最后

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