物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中非接觸近場(chǎng)通信方案RFID技術(shù)詳解（四）_RFID芯片篇

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物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為什么要使用RFID芯片

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用RFID芯片的原因主要可以歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：

非接觸式自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)采集

RFID芯片通過(guò)無(wú)線電波與讀寫(xiě)器進(jìn)行通信，無(wú)需物理接觸即可實(shí)現(xiàn)信息的讀取和寫(xiě)入，這極大地提高了數(shù)據(jù)交換的便捷性和效率。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，RFID芯片能夠自動(dòng)識(shí)別和采集物品的身份信息、位置信息以及狀態(tài)信息等，無(wú)需人工干預(yù)，從而降低了人為錯(cuò)誤和提高了數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

高效的數(shù)據(jù)處理能力

隨著技術(shù)的進(jìn)步，RFID芯片的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量日益增大，能夠存儲(chǔ)更多的信息，滿足復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景的需求。同時(shí)，RFID芯片具備高速的數(shù)據(jù)處理能力，能夠迅速響應(yīng)讀寫(xiě)器的指令，并實(shí)時(shí)返回?cái)?shù)據(jù)，這為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供了高效的數(shù)據(jù)支持。

促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能化升級(jí)

RFID芯片與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的其他技術(shù)（如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等）深度融合，共同推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能化升級(jí)。通過(guò)RFID芯片采集的數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物品的實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)性維護(hù)、智能調(diào)度等功能，為企業(yè)提供更為精準(zhǔn)、高效的管理決策支持。例如，在智能倉(cāng)庫(kù)管理中，RFID芯片可以實(shí)時(shí)追蹤貨物的位置和狀態(tài)，提高庫(kù)存管理的準(zhǔn)確性和效率。

增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性與可追溯性

RFID芯片采用多種加密技術(shù)和安全協(xié)議，確保數(shù)據(jù)在傳輸和存儲(chǔ)過(guò)程中的安全性和完整性，防止信息泄露和篡改。這對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性至關(guān)重要。同時(shí)，RFID芯片還具備防偽溯源的功能，能夠確保物品從生產(chǎn)到消費(fèi)的全鏈條可追溯，為食品安全、藥品監(jiān)管等領(lǐng)域提供了有力的技術(shù)支持。

適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境與應(yīng)用場(chǎng)景

RFID芯片具有耐環(huán)境性，能夠在各種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。例如，在高溫、低溫、潮濕等環(huán)境下，RFID芯片仍能保持穩(wěn)定的性能，確保數(shù)據(jù)的正常傳輸。這使得RFID芯片在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，包括物流管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理、生產(chǎn)制造、人員考勤和門(mén)禁控制等多個(gè)領(lǐng)域。

RFID芯片的具體應(yīng)用場(chǎng)景

RFID芯片的應(yīng)用場(chǎng)景非常廣泛，包括但不限于以下幾個(gè)方面：

物流管理：在貨物運(yùn)輸過(guò)程中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)追蹤和監(jiān)控。

庫(kù)存管理：快速準(zhǔn)確地盤(pán)點(diǎn)庫(kù)存物品。

門(mén)禁系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式門(mén)禁控制。

支付系統(tǒng)：在零售、交通等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速支付。

資產(chǎn)管理：對(duì)固定資產(chǎn)進(jìn)行追蹤和管理。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用RFID芯片的原因主要包括非接觸式自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)采集的高效性、高效的數(shù)據(jù)處理能力、促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能化升級(jí)、增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性與可追溯性以及適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境與應(yīng)用場(chǎng)景的能力。這些因素共同推動(dòng)了RFID芯片在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

本文會(huì)再為大家詳解無(wú)線通信模塊家族中的一員——RFID芯片。

02

RFID芯片的定義

RFID芯片，全稱無(wú)線射頻識(shí)別芯片，是一種利用射頻信號(hào)進(jìn)行非接觸式數(shù)據(jù)交換的微型電子裝置。它集成了存儲(chǔ)、處理和控制電路，通過(guò)無(wú)線電波與讀寫(xiě)器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、寫(xiě)入和存儲(chǔ)。RFID芯片就像是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的一個(gè)個(gè)“隱形身份證”，為每一個(gè)物體賦予了唯一的身份標(biāo)識(shí)和信息載體。

03

RFID芯片的原理

RFID芯片的工作原理基于電磁感應(yīng)或電磁波反射的原理。當(dāng)RFID標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器的射頻場(chǎng)時(shí)，標(biāo)簽會(huì)接收到讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻信號(hào)，并憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（無(wú)源標(biāo)簽）或由標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（有源標(biāo)簽）。讀寫(xiě)器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

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RFID芯片的分類

RFID芯片可以按照多種方式進(jìn)行分類，以下是一些常見(jiàn)的分類方式：

按頻率分類：低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）以及微波頻段（Microwave）芯片。低頻芯片穩(wěn)定性高，適用于短距離應(yīng)用；高頻芯片數(shù)據(jù)傳輸速度快，適用于票務(wù)、支付等；超高頻芯片標(biāo)簽識(shí)別距離遠(yuǎn)，適用于物流跟蹤；微波頻段芯片速度更快，適用于高速移動(dòng)物體跟蹤。

按供電方式分類：被動(dòng)式標(biāo)簽芯片（無(wú)需電池供電，由讀寫(xiě)器供電）、半主動(dòng)標(biāo)簽芯片（帶有一個(gè)電池供電的傳感器模塊，可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)和上傳傳感器數(shù)據(jù)）和主動(dòng)式標(biāo)簽芯片（自帶電池，可以主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)）。

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RFID芯片與NFC芯片的區(qū)別

RFID芯片和NFC芯片在功能層面都是通過(guò)射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)短距離通信，但它們?cè)诙鄠€(gè)方面存在顯著差異：

結(jié)構(gòu)組成：RFID系統(tǒng)包含閱讀器、標(biāo)簽和天線；而NFC將非接觸讀卡器、非接觸卡和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)功能整合進(jìn)一塊單芯片上。

通信方式：RFID實(shí)現(xiàn)單向無(wú)線通信，而NFC可以單向和雙向通信，支持更復(fù)雜的交互。

通信距離：RFID的傳輸范圍可以達(dá)到幾米甚至幾十米，而NFC的傳輸范圍通常限制在幾厘米內(nèi)。

應(yīng)用場(chǎng)景：RFID更多被應(yīng)用在生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理等領(lǐng)域；而NFC則更多應(yīng)用于門(mén)禁、公交、手機(jī)支付等消費(fèi)類電子設(shè)備相互通訊的場(chǎng)景。

06

RFID芯片的選型參數(shù)

在選擇RFID芯片時(shí)，需要考慮以下主要參數(shù)：

頻率：根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的頻率范圍，如低頻、高頻、超高頻或微波頻段。

存儲(chǔ)容量：根據(jù)需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量選擇合適的存儲(chǔ)容量。

讀寫(xiě)速度：根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)讀寫(xiě)速度的要求進(jìn)行選擇。

安全性：考慮是否需要加密功能以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

成本：根據(jù)預(yù)算選擇合適的芯片型號(hào)。

07

RFID芯片的使用注意事項(xiàng)

在使用RFID芯片時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

標(biāo)簽類型匹配：根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的RFID標(biāo)簽類型，如有源、無(wú)源、高頻、超高頻等。

標(biāo)簽方向與位置：標(biāo)簽的放置方向和位置對(duì)讀卡效果有很大影響，應(yīng)確保標(biāo)簽垂直于讀取器的天線方向，并盡量避免被金屬物體遮擋。

參數(shù)設(shè)置合理：合理設(shè)置讀取器的各項(xiàng)參數(shù)，如發(fā)射功率、讀取速率、頻率等，以避免電磁干擾和確保有效讀取。

環(huán)境控制：注意控制使用環(huán)境的溫濕度條件，避免極端環(huán)境對(duì)RFID標(biāo)簽和讀取器性能的影響。

加密傳輸：在RFID數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中采用加密技術(shù)，確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性。

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RFID芯片的廠商

RFID芯片市場(chǎng)上有許多知名的廠商，如NXP（恩智浦）、TI（德州儀器）、ST（意法半導(dǎo)體）、Alien Technology等。這些廠商提供多種類型的RFID芯片，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。請(qǐng)注意，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)的變化，新的廠商和產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，建議在選擇時(shí)仔細(xì)比較不同產(chǎn)品的性能和價(jià)格。

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供應(yīng)商A：中科微

1、產(chǎn)品能力

（1）選型手冊(cè)

（2）主推型號(hào)1：Si24R2E

產(chǎn)品詳情介紹

Si24R2E 是一顆工作在 2.45GHz ISM 頻段，專為低功耗有源 RFID 應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)， 集成嵌入式 2.45GHz 無(wú)線射頻發(fā)射器模塊、128 次可編程 NVM 存儲(chǔ)器模塊以及自動(dòng)發(fā) 射控制器模塊等。工作頻率范圍為 2400MHz-2525MHz，共有 126 個(gè) 1MHz 帶寬的信道。 內(nèi)部集成高 PSRR 的 LDO 電源，保證 1.9-3.6V 寬電源范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

Si24R2E 采用 GFSK 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)。數(shù)據(jù)傳輸速率可配置，支持 2Mbps、 1Mbps 和 250Kbps 三種數(shù)據(jù)速率。高的數(shù)據(jù)速率可以在更短的時(shí)間完成同樣的數(shù)據(jù)收 發(fā)，因此可以具有更低的功耗。芯片輸出功率可調(diào)節(jié)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合配置相應(yīng)適合 的輸出功率，節(jié)省系統(tǒng)的功耗。

Si24R2E 針對(duì)低功耗應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行了特別優(yōu)化，在關(guān)斷模式下，所有寄存器值與 FIFO 值保持不變，關(guān)斷電流為 700nA；在待機(jī)模式下，時(shí)鐘保持工作，工作電流為 15uA， 并且可以在最長(zhǎng) 130uS 時(shí)間內(nèi)開(kāi)始數(shù)據(jù)的發(fā)射。

Si24R2E 開(kāi)啟自動(dòng)發(fā)射功能，內(nèi)部 Watchdog 與內(nèi)部 RCOSC 時(shí)鐘工作，內(nèi)部 Timer 計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，芯片工作在睡眠狀態(tài)下，此時(shí)待機(jī)電流僅為 700nA。當(dāng)內(nèi)部 Timer 計(jì) 時(shí)器計(jì)滿，自動(dòng)發(fā)射控制器自動(dòng)完成數(shù)據(jù)從 NVM 存儲(chǔ)器的裝載與發(fā)射，數(shù)據(jù)發(fā)射完成 后，芯片立即進(jìn)入睡眠狀態(tài)。Si24R2E 的平均功耗非常低，特別適合紐扣電池供電的應(yīng) 用系統(tǒng)。

Si24R2E 操作方便，不需要外部 MCU，即可以自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的裝載與發(fā)射。NVM 存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)寄存器配置與發(fā)射的數(shù)據(jù)內(nèi)容，掉電后不會(huì)丟失，數(shù)據(jù)可保持 10 年以 上。在 3.3V 供電電壓下，無(wú)需外部高壓，外部 MCU 可以通過(guò)芯片的四線 SPI 接口完 成 NVM 的配置編程，芯片最大可編程次數(shù)為 128 次，芯片支持 NMV 加鎖，防止 NVM 配置數(shù)據(jù)回讀，保證用戶數(shù)據(jù)安全。

Si24R2E 具有非常低的系統(tǒng)應(yīng)用成本，不需要外部 MCU，僅少量外圍無(wú)源器件即 可以組成一個(gè)有源 RFID 無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射系統(tǒng)。

硬件參考設(shè)計(jì)

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