RFID技術(shù)原理、特點(diǎn)及應(yīng)用詳解 - 全文

RFID是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。目前，RFID雖然得到了巨大的發(fā)展，但對(duì)于遠(yuǎn)程的RFID還是存在著傳輸距離、防碰撞算法等一些問題。本文通過對(duì)RFID技術(shù)原理、特點(diǎn)、應(yīng)用，讓讀者更好的了解這個(gè)技術(shù)。

1 遠(yuǎn)程RFID原理

1 ）遠(yuǎn)程RFID的組成

在探討遠(yuǎn)程RFID的原理之前，我們必須先要研究一下RFID的組成。RFID的系統(tǒng)包括以下3個(gè)部分：電子標(biāo)簽（TAG）、讀寫器（Reader）和計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用軟件。電子標(biāo)簽主要由內(nèi)置天線和電路芯片組成的，功能是與射頻天線之間完成通信;讀寫器主要由天線、控制單元、射頻收發(fā)前段和通信接口這四個(gè)部分組成的，主要功能是讀取或?qū)懭腚娮訕?biāo)簽的信息;計(jì)算機(jī)和應(yīng)用軟件的功能則是通過讀寫器的通信接口而連接外部計(jì)的算機(jī)，或者是連接上位機(jī)主系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。

2 ）遠(yuǎn)程RFID的工作原理

讀寫器（Reader）與電子標(biāo)簽（TAG）組成了應(yīng)答器（Transponder），其工作原理是。Reader發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給Transponder用以驅(qū)動(dòng)Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)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。

2 遠(yuǎn)程RFID系統(tǒng)的特點(diǎn)

目前無源遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)程RFID系統(tǒng)有兩種工作頻段UHF和2.45 GHz。無源超高頻系統(tǒng)的讀寫距離可以長(zhǎng)達(dá)十米以上，比2.45 GHz系統(tǒng)要遠(yuǎn)很多，因此已經(jīng)成為了遠(yuǎn)程識(shí)別系統(tǒng)的主流部分。其優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

1）實(shí)時(shí)性：可以實(shí)時(shí)響應(yīng)，自動(dòng)讀出ID號(hào)，得到其信息;

2）防偽性：形成的微波標(biāo)示是不可偽造、更改和不可復(fù)制的;

3）聯(lián)網(wǎng)性：通過計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)對(duì)物流進(jìn)行監(jiān)控;

4）準(zhǔn)確性：讀出信息的準(zhǔn)確率非常高，可以高達(dá)99.99%;

5）低成本：使用時(shí)，只需要數(shù)元;

6）可靠性：適應(yīng)惡劣環(huán)境條件，如：多塵、潮濕等;

7）壽命長(zhǎng)：使用時(shí)不需要電池，只需無源卡，并且終身免維修;

由于遠(yuǎn)程RFID系統(tǒng)采用的是無線傳輸模式，無線環(huán)境又極其復(fù)雜，因此有很多因素都會(huì)影響遠(yuǎn)程RFID系統(tǒng)讀寫距離，主要有如下幾方面：

1）影響射頻卡讀寫距離的因素是讀寫器的RF輸出功率、反射的能量和射頻卡的功耗、讀寫器的接收的能量和接收靈敏度;

2）影響上述指標(biāo)的是射頻卡天線的有效接收和反射截面積，讀寫器的接收天線有效面積;

3）在視場(chǎng)范圍同樣的條件下，當(dāng)頻率升高時(shí)，無源RFID系統(tǒng)的作用距離就會(huì)減小。

3 RFID技術(shù)的應(yīng)用

（1）高速公路收費(fèi)及智能交通系統(tǒng)

高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)是射頻識(shí)別技術(shù)最成功的應(yīng)用之一。

目前中國(guó)的高速公路發(fā)展非?？?，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先決條件就是有便利的交通條件，而高速公路收費(fèi)卻存在一些問題，一是交通堵塞，在收費(fèi)站口，許多車輛要停車排隊(duì)交費(fèi)，成為交通瓶頸問題；二是少數(shù)不法的收費(fèi)員貪污收取的過路費(fèi)，使國(guó)家蒙受了財(cái)政收入損失。

REID技術(shù)應(yīng)用在高速公路自動(dòng)收費(fèi)上能夠充分體現(xiàn)該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。在車輛高速通過收費(fèi)站的同時(shí)自動(dòng)完成繳費(fèi)，解決了交通的瓶頸問題，提高了車行速度，避免了擁堵，提高了收費(fèi)計(jì)算效率，同時(shí)可以解決收費(fèi)員貪污收取的過路費(fèi)的問題。

（2）生產(chǎn)的自動(dòng)化及過程控制

RFID技術(shù)因其具有抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、非接觸識(shí)別等特點(diǎn)，在生產(chǎn)過程控制中有很多應(yīng)用。通過在大型工廠的自動(dòng)化流水作業(yè)線上使用RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了物料跟蹤和生產(chǎn)過程自動(dòng)控制、監(jiān)視，提高了生產(chǎn)效率，改進(jìn)了生產(chǎn)方式，降低了成本：

在生產(chǎn)線的自動(dòng)化及過程控制方面，德國(guó)BMW公司為保證汽車在流水線各位置準(zhǔn)確地完成裝配任務(wù)，將RFID系統(tǒng)應(yīng)用在汽車裝配線上。而Motoro 1 a公司則采用了RFID技術(shù)的自動(dòng)識(shí)別工序控制系統(tǒng)，滿足了半導(dǎo)體生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的特殊要求，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。

（3）車輛的自動(dòng)識(shí)別以及防盜

通過建立采用射頻識(shí)別技術(shù)的自動(dòng)車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)，能夠隨時(shí)了解車輛的運(yùn)行情況，不僅實(shí)現(xiàn)了車輛的自動(dòng)跟蹤管理，還可以大大減少發(fā)生事故的可能性，并且可以通過射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)車輛的主人進(jìn)行有效驗(yàn)證，防止車輛偷盜發(fā)生，在車輛丟失以后可以有效尋找丟失的車輛。

采用射頻識(shí)別技術(shù)可以對(duì)道路交通流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)、調(diào)度，還可以用作車輛闖紅燈記錄報(bào)警，被盜（可疑）車輛報(bào)警與跟蹤，特殊車輛跟蹤，肇事逃逸車輛排查等。據(jù)報(bào)道，英國(guó)計(jì)劃在汽車上安裝射頻芯片，行駛超速時(shí)將被自動(dòng)“舉報(bào)”。

（4）電子票證

使用電子標(biāo)簽來代替各種“卡”，實(shí)現(xiàn)非現(xiàn)金結(jié)算，解決了現(xiàn)金交易不方便也不安全以及以往的各種磁卡、IC卡容易損壞等問題。同時(shí)電子標(biāo)簽用起來方便、快捷，還可以同時(shí)識(shí)別幾張電子標(biāo)簽，并行收費(fèi)。。

射頻識(shí)別系統(tǒng)，特別是非接觸IC卡（電子標(biāo)簽）應(yīng)用潛力最大的領(lǐng)域之一就是公共交通領(lǐng)域。用電子標(biāo)簽作為電子車票，具有使用方便、可以縮短交易時(shí)間、降低運(yùn)營(yíng)成本等優(yōu)勢(shì)。

1996年1月韓國(guó)在首爾的600輛公共汽車上安裝射頻識(shí)別系統(tǒng)用于電子月票，實(shí)現(xiàn)了非現(xiàn)金結(jié)算，方便了市民出行。而德國(guó)漢莎航空公司則開始試用射頻卡（電子標(biāo)簽）作為飛機(jī)票，改變了傳統(tǒng)的機(jī)票購(gòu)銷方式，簡(jiǎn)化了機(jī)場(chǎng)入關(guān)手續(xù)。

（5）貨物跟蹤管理及監(jiān)控

射頻識(shí)別技術(shù)為貨物的跟蹤管理及監(jiān)控提供了方便、快捷、準(zhǔn)確的自動(dòng)化技術(shù)手段。

以射頻識(shí)別技術(shù)為核心的集裝箱自動(dòng)識(shí)別，成為全球范圍內(nèi)最大的貨物跟蹤管理應(yīng)用。將記錄有集裝箱位置、物品類別、數(shù)量等數(shù)據(jù)的電子標(biāo)簽安裝在集裝箱上，借助射頻識(shí)別技術(shù)，就可以確定集裝箱在貨場(chǎng)內(nèi)的確切位置。系統(tǒng)還可以識(shí)別未被允許的集裝箱移動(dòng)，有利于管理和安全。

在貨物的跟蹤、管理及監(jiān)控方面，澳大利亞和英國(guó)的希斯羅機(jī)場(chǎng)將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于旅客行李管理中，大大提高了分揀效率，降低了出錯(cuò)率。在幾年前，歐共體就要求從1997年開始生產(chǎn)的新車型必須具有基于射頻識(shí)別技術(shù)的防盜系統(tǒng)。目前我國(guó)鐵路部門也計(jì)劃推廣行包自動(dòng)追蹤管理系統(tǒng)，但真正應(yīng)用還要假以時(shí)日。

（6）倉(cāng)儲(chǔ)、配送等物流環(huán)節(jié)

將射頻識(shí)別系統(tǒng)用于智能倉(cāng)庫(kù)貨物管理，可以有效地解決倉(cāng)庫(kù)里與貨物流動(dòng)相關(guān)的信息的管理，監(jiān)控貨物信息，實(shí)時(shí)了解庫(kù)存情況，自動(dòng)識(shí)別貨物，確定貨物的位置。

（7）郵件、郵包的自動(dòng)分揀系統(tǒng)

射頻識(shí)別技術(shù)已經(jīng)被成功應(yīng)用到郵政領(lǐng)域的郵包自動(dòng)分揀系統(tǒng)中，該系統(tǒng)具有非接觸、非視線數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，所以包裹傳送中可以不考慮包裹的方向性問題。另外，當(dāng)多個(gè)目標(biāo)同時(shí)進(jìn)入識(shí)別區(qū)域時(shí)，可以同時(shí)識(shí)別，大大提高了貨物分揀能力和處理速度。另外，由于電子標(biāo)簽可以記錄包裹的所有特征數(shù)據(jù)，更有利于提高郵包分揀的準(zhǔn)確性。

（8）動(dòng)物跟蹤和管理

射頻識(shí)別技術(shù)可以用于動(dòng)物跟蹤與管理。將用小玻璃封裝的電子標(biāo)簽植于動(dòng)物皮下，可以標(biāo)識(shí)牲畜，監(jiān)測(cè)動(dòng)物健康狀況等重要信息，為牧場(chǎng)的管理現(xiàn)代化提供了可靠的技術(shù)手段。在大型養(yǎng)殖場(chǎng)，可以通過采用射頻識(shí)別技術(shù)建立飼養(yǎng)檔案、預(yù)防接種檔案等，達(dá)到高效、自動(dòng)化管理牲畜的目的，同時(shí)為食品安全提供保障。

在動(dòng)物的跟蹤及管理方面，許多發(fā)達(dá)國(guó)家采用射頻識(shí)別技術(shù)，通過對(duì)牲畜個(gè)體識(shí)別，保證牲畜大規(guī)模疾病爆發(fā)期間對(duì)感染者的有效跟蹤及對(duì)未感染者進(jìn)行隔離控制。

（9）門禁保安

未來的門禁保安系統(tǒng)都可以應(yīng)用電子標(biāo)簽，一卡可以多用，比如做工作證、出入證、停車證、飯店住宿證甚至旅游護(hù)照等。使用電子標(biāo)簽可以有效地識(shí)別人員身份，進(jìn)行安全管理以及高效收費(fèi)，簡(jiǎn)化了出入手續(xù)，提高了工作效率，并且有效地進(jìn)行了安全保護(hù)。人員出入時(shí)該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別身份，非法闖入時(shí)會(huì)有報(bào)警。安全級(jí)別要求高的地方，還可以結(jié)合其他的識(shí)別方式，將指紋、掌紋或顏面特征存入電子標(biāo)簽。

（10）防偽

偽造問題在世界各地都是令人頭疼的問題，現(xiàn)在應(yīng)用的防偽技術(shù)如全息防偽等同樣會(huì)被不法分子偽造。將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在防偽領(lǐng)域有它自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，它具有成本低而又很難偽造的優(yōu)點(diǎn)。電子標(biāo)簽的成本相對(duì)便宜，且芯片的制造需要有昂貴的工廠，使偽造者望而卻步。電子標(biāo)簽本身具有內(nèi)存，可以儲(chǔ)存、修改與產(chǎn)品有關(guān)的數(shù)據(jù)，利于進(jìn)行真?zhèn)蔚蔫b別。利用這種技術(shù)不用改變現(xiàn)行的數(shù)據(jù)管理體制，唯一的產(chǎn)品標(biāo)識(shí)號(hào)完全可以做到與已用數(shù)據(jù)庫(kù)體系兼容。

（11）運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)