RFID技术简介

1、2014.10.11RFID=Radio Frequency Identification；中文称为“无线射频识别”技术；是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据；可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体，并可同时识别多个标签。319411950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。19511960年。早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。19611970年。RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。19711980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

2、些最早的RFID应用。419811990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。19912000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成为现实。项目项目RFIDRFID标签标签芯片卡芯片卡条形码条形码媒介电磁波

3、电光资料特性可固定可变动可变固定重置数据无需接触接触重做操作时瞄准不需要对准插槽必须最小尺寸0.4x0.4mm1x1cmlx3cm形状各种尺寸与形式方形直接印制表面损毁不影响资料读取有一定影响资料读取环境耐久性可抗化学侵蚀可抗化学侵蚀不抗损毁读取距离0100米很近（接触式）最多12米编写距离0100米很近（接触式）不可重新编写数据量数据量一次一次1010次次100100次次10001000次次人工录入人工录入10秒100秒100秒2小时47分条形码扫描条形码扫描2秒20秒200秒33分射频识别射频识别0.1秒1秒10秒1分40秒电子标签(Tag)：由IC芯片及一些耦合元件组成；读写器（Read

4、er）：读取电子标签信息的设备；计算机：进行数据管理。数据时序能量（1）无功近场区）无功近场区又称为电抗近场区；是天线辐射场中紧邻天线口径的一个场区域。在该区域中电抗性贮能场占主导地位，其中的电场与磁场的转换类似于变压器中的电磁、磁电之间场的转换；在该区域中束缚于天线的电磁场未曾做功（只是进行相互交换），因而称为无功近场区。（2 2）辐射近场区）辐射近场区越过电抗近场区为辐射场区；辐射场区的电磁场已脱离了天线的束缚并作为电磁波进入空间。在辐射近场区中，辐射场占优势，并且辐射场的角度分布与距天线口径的（3 3）辐射远场区）辐射远场区电磁偶合方式： 阅读器天线将阅读器产生的读写射频能量以电磁波的方

5、式发送到定向的空间范围内，形成阅读器的有效阅读区域，射频标签从电磁场中提取工作能源，并通过标签的内部电路及标签天线将内存的数据信息传送到阅读器，阅读器对信号解码后送计算机系统进行处理。差别： 电磁耦合方式中阅读器将射频能量以电磁波的形式发送出去； 在电感耦合方式中，阅读器将射频能量束缚在阅读器电感线圈周围，通过交变闭合的线圈磁场，沟通阅读器线圈与射频标签之间的射频通道，没有向空间辐射电磁能量。 射频识别系统中，射频识别系统中，RFIDRFID标签与读写器之间的标签与读写器之间的作用距离是射频识别系统中的一个重要问题。作用距离是射频识别系统中的一个重要问题。 根据射频识别系统作用距离的远近情况，

6、射根据射频识别系统作用距离的远近情况，射频识别系统可分为密耦合、遥耦合和远距离三类。频识别系统可分为密耦合、遥耦合和远距离三类。 作用距离1cm以下，工作频率一般在30MHZ以下；利用射频标签与读写器之间的电感耦合构成无接触的空间信息传输射频通道工作，也称变压器方式。阅读器一方的天线相当于变压器的初级线圈，射频标签一方的天线相当于变压器的次级，耦合磁场在阅读器线圈初级与射频标签线圈次级之间构成闭合回路。电感耦合方式是低频近距离无接触射频识别系统的一般耦合方式。 密耦合系统中射频标签一般是无源标签，密耦合系统中射频标签一般是无源标签， 天线场区天线场区：为无功近场区，：为无功近场区， 能量传输：

7、能量传输：通过电感耦合方式来实现。通过电感耦合方式来实现。 数据传输：数据传输：电容（电场）耦合的负载调制实现。电容（电场）耦合的负载调制实现。 负载调制：负载调制： 射频标签天线上的负载电阻的接射频标签天线上的负载电阻的接通和断开，将影响读写器天线上的电压发生变通和断开，将影响读写器天线上的电压发生变化，从而实现远距离射频标签对读写器天线上化，从而实现远距离射频标签对读写器天线上的电压进行振幅调制。通过数据控制负载电压的电压进行振幅调制。通过数据控制负载电压的变化，数据就能从射频标签传输到读写器。的变化，数据就能从射频标签传输到读写器。采用电感耦合可分为近耦合（典型作用距离为15厘米）和疏耦

8、合（典型作用距离为1M）两类。 国际标准可参考的有ISO14443（近耦合）和ISO15693（疏耦合） 遥耦合标签几乎是无源标签，通常是由单个芯片遥耦合标签几乎是无源标签，通常是由单个芯片以及作为天线的大面积线圈所组成。遥耦合系统目前以及作为天线的大面积线圈所组成。遥耦合系统目前仍是低成本射频识别系统的主流，其典型工作频率为仍是低成本射频识别系统的主流，其典型工作频率为13.56MHZ13.56MHZ。 天线场区天线场区：为无功近场区，：为无功近场区， 能量传输：能量传输：通过电感耦合方式来实现。通过电感耦合方式来实现。 数据传输：数据传输：通过电感（磁场）耦合的负载调制实现。通过电感（磁场

9、）耦合的负载调制实现。工作距离：几米到几十米；频率：915MHZ、2.45GHZ 国际标准：ISO10374、 ISO18000-4-5-6等。 天线场区：天线场区：辐射远场区辐射远场区 数据传输：数据传输：远距离系统均是利用射频标签与读写器远距离系统均是利用射频标签与读写器之间的电磁耦合（电磁波发射与反射）构成无接触的之间的电磁耦合（电磁波发射与反射）构成无接触的空间信息传输射频通道工作。采用反射调制工作方式空间信息传输射频通道工作。采用反射调制工作方式实现射频标签到读写器的数据传输。实现射频标签到读写器的数据传输。 满足以下特点的远距离系统是理想的射频识别满足以下特点的远距离系统是理想的射

10、频识别系统。系统。 （1 1）射频标签无源。）射频标签无源。 （2 2）射频标签可无线读写。）射频标签可无线读写。 （3 3）射频标签与读写器支持多标签读写。）射频标签与读写器支持多标签读写。 （4 4）适合应用于高速移动物体的识别。）适合应用于高速移动物体的识别。 （5 5）远距离（读写极力大于）远距离（读写极力大于5-105-10米）。米）。 （6 6）低成本（可满足一次性使用要求）。）低成本（可满足一次性使用要求）。 （1 1）读写器将无线载波信号经发射天线向外发射。）读写器将无线载波信号经发射天线向外发射。 （2 2）射频标签进入读写器发射天线工作区时被激活，并将）射频标签进入读写器发

11、射天线工作区时被激活，并将自身信息代码经天线发射出去。自身信息代码经天线发射出去。 （3 3）系统的接收天线收到射频标签发出的载波信号，经天）系统的接收天线收到射频标签发出的载波信号，经天线的调节器传给读写器，读写器对信号进行解码，送后台电脑线的调节器传给读写器，读写器对信号进行解码，送后台电脑控制器。控制器。 （4 4）电脑控制器针对不同的设定作出相应的处理和控制，）电脑控制器针对不同的设定作出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构的动作。发出指令信号控制执行机构的动作。 （5 5）执行机构按电脑的指令动作。）执行机构按电脑的指令动作。 （6 6）通过计算机网络根据不同的项目用不同的软件

12、来完成）通过计算机网络根据不同的项目用不同的软件来完成要达到的功能。要达到的功能。 3、射频识别系统空间传输通道中发生的过程可归结为三种事件模型： （1）能量是基础。 （2）时序是数据交换的实现方式。 （3）数据交换是目的。 4、能量。阅读器向射频标签供给射频能量。 无源标签：工作能量来自阅读器射频能量。 半有源标签：阅读器的射频能量起到唤醒标签转入工作状态的作用。 有源标签：不需利用阅读器的射频能量。 5、时序 （1）双向系统（阅读器向标签发送命令和数据，标签向阅读器返回所存储的数据） 阅读器先讲方式 射频标签先讲方式 （2）多标签识别系统 一般情况下，采用阅读器先讲方式，阅读器通过发出一系

13、列的隔离指令，使得读出范围内的多个射频标签逐一或逐批地被隔离（令其睡眠）出去，最后保留一个处于活动状态的标签与阅读器建立无冲撞的通信。 6、数据传输 （1）从阅读器向射频标签方向的数据交换 从射频标签存储信息的注入方式来分，可分为有线写入方式和无线写入方式两种情况。 从阅读器向射频标签是否发送命令来分，可分为射频标签只能接受能量激励和既接受能量激励也接受阅读器代码命令。 （2）从射频标签向阅读器方向的数据交换。其工作方式包括： 射频标签收到阅读器发送的射频能量时被激活，并向阅读器反射标签存储的信息（此方式属单向通信）。 射频标签收到阅读器发送的射频能量被激励后，根据阅读器发送的指令转入发送数据

14、状态或“休眠”状态（此方式为半双工双向通信）。 电子标签（Tag）是射频识别系统真正的数据载体，Tag具有智能读写和加密通讯的功能，它的基本构成是由IC芯片和一些外围元件组成。 射频识别标签一般由天线、调制器、编码射频识别标签一般由天线、调制器、编码发生器、时钟及存储器构成。发生器、时钟及存储器构成。天线调制器控制器（CPU）电源编码发生器时钟存储器wristbandPcb cardKey tagMetal tagGlass tageSealBlocker tagtag + temp. sensor以电源方式分类：主动式（Active）、被动式（Passive）；以操作方式分类：可读、可读写、

15、内置处理器和传感器；RFID按使用频率分类：低频（LF）、高频（HF）、超高频（GHF）和微波（Microwave）；目前市场聚焦在被动式超高频，主要是因为美国国防部（DOD）和沃尔玛（Wal-mart）要求供应商需在线板和纸箱使用RFID标签，以提升物流能见度。因为不需要电源即可进行信息操作，所以较蓝牙和zigbee技术应用更广泛，更受业界重视。同样RFID内含唯一识别码（UID）和信息存储特性，在价格降低后将取代大部分条码的应用场合。 种类特征主要应用领域成本可读RFID 只能读取资料。主要是写入ID编码（约数十bit）。流程管理 物流系统防止伪造 机场行李管理低低中可读写RFID 内建数

16、十字至数万字存储量的存储器，可写入资料。内建微处理器 内建微处理器，使用内建ROM里的OS和程序，主要运用于非接触式IC卡等需要提高安全性的应用中，也有直接加载硬件加密芯片的产品。电子结账 出入管理 会员卡高带传感器器 内置温湿度、压力等传感器，支持特殊的行业应用。动物识别轮胎的管理高工作频段工作频段优点优点缺点缺点低频技术简单、无频率限制受环境影响较小通信速率低、工作距离短（小于10cm）、天线尺寸大高频与低频相比有较高的通信速率和较长的工作距离距离不够远（最大75 cm）天线尺寸大，受金属材料影响较大超高频工作距离长（大于1m）、天线尺寸小、可绕开障碍物，无须视线接触，可定向识别各国都有不

17、同的频段管制，对人体有伤害，发射功率受限制，受某些材料影响较大微波除具有超高频标签的优点外，还具有更高的带宽和通信速率，更长的工作距离和更小的天线尺寸共享此频段产品多，易受干扰，技术复杂，对人体有伤害，发射功率受限制，受某些材料影响较大 2 、射频标签工作频率分类 （1 1）低频（）低频（LFLF）标签）标签 低频标签工作频率范围低频标签工作频率范围30300KHZ30300KHZ，典，典型的工作频率有：型的工作频率有：125KHZ125KHZ，133KHZ133KHZ，低频，低频标签一般为无源标签，工作能量通过电感耦合标签一般为无源标签，工作能量通过电感耦合( (近场）获得，阅读距离小于近场

18、）获得，阅读距离小于1 1米。米。 典型应用有：动物识别、容器识别、工具典型应用有：动物识别、容器识别、工具识别、自动化生产线、精密仪器、电子闭锁防识别、自动化生产线、精密仪器、电子闭锁防盗等。国际标准有：盗等。国际标准有：ISO11784/11785ISO11784/11785（用（用于动物识别）、于动物识别）、ISO18000-2ISO18000-2（125-125-135KHZ135KHZ） 低频标签的优势：具有省电、廉价的特点；低频标签的优势：具有省电、廉价的特点；工作频率不受无线电频率管制约束；可以穿透工作频率不受无线电频率管制约束；可以穿透水、有机组织、木材等；非常适合近距离、低水

19、、有机组织、木材等；非常适合近距离、低速度的、数据量要求较少的识别应用。速度的、数据量要求较少的识别应用。 低频标签的劣势有：存储数据量少，只能适低频标签的劣势有：存储数据量少，只能适合低速、近距离识别应用；与高频标签相比，合低速、近距离识别应用；与高频标签相比，天线匝数更多，成本更高一些。天线匝数更多，成本更高一些。 （2 2）高频（）高频（HFHF）标签）标签 高频标签工作频率范围高频标签工作频率范围330MHZ330MHZ，典，典型工作频率为型工作频率为13.56MHZ13.56MHZ，中高频标签一般也，中高频标签一般也采用无源设置，其工作能量和低频标签一样，采用无源设置，其工作能量和低

20、频标签一样，也是通过电感耦合（近场）获得，其基本特点也是通过电感耦合（近场）获得，其基本特点与低频标签相似，由于其工作频率的提高，可与低频标签相似，由于其工作频率的提高，可以选用较高的传输速度，天线设计相对简单，以选用较高的传输速度，天线设计相对简单，标签一般制成卡片形状。标签一般制成卡片形状。 典型的应用包括：无线典型的应用包括：无线ICIC卡、电子车票卡、电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗、自动化生产线、电子身份证、电子闭锁防盗、自动化生产线等。相关的国际标准有等。相关的国际标准有ISO14443ISO14443、ISO15693ISO15693、ISO18000-3ISO18000-3（

21、13.56MHZ)13.56MHZ)等等. . （3 3）特高频（）特高频（UHFUHF）与超高频（）与超高频（SHFSHF）标）标签签 超高频与微波频段的射频标签，简称为微超高频与微波频段的射频标签，简称为微波射频标签。阅读距离一般大于波射频标签。阅读距离一般大于1 1米，典型情米，典型情况为况为4646米，最大可达米，最大可达1010米以上。各工作频米以上。各工作频率的用途及特点：率的用途及特点： 433MHZ 433MHZ 左右：耦合方式为反向散射左右：耦合方式为反向散射耦合（远场），主要用于货物管理及特定场合耦合（远场），主要用于货物管理及特定场合。该频段电磁波绕射能力强，工作距离较远

22、，。该频段电磁波绕射能力强，工作距离较远，但天线尺寸较大，该频段的无线电业务繁杂，但天线尺寸较大，该频段的无线电业务繁杂，容易引起干扰问题。相关的国际标准有容易引起干扰问题。相关的国际标准有ISO18000 -7(433.92MHZ)ISO18000 -7(433.92MHZ) 800/900MHZ800/900MHZ频段：我国于近期规划出频段：我国于近期规划出840-845MHZ840-845MHZ及及920-925MHZ920-925MHZ频段用于频段用于RFIDRFID技术，空间耦合方式为反向散射耦合。主要用技术，空间耦合方式为反向散射耦合。主要用于商品货物流通。该频段电磁波绕射能力强，

23、于商品货物流通。该频段电磁波绕射能力强，最大工作距离可达最大工作距离可达8 8米左右，背景电磁噪声小，米左右，背景电磁噪声小，天线尺寸适中，射频标签易于实现，是全球范天线尺寸适中，射频标签易于实现，是全球范围内货物流通领域大规模使用围内货物流通领域大规模使用RFIDRFID技术的最合技术的最合适频段。相关的国际标准有适频段。相关的国际标准有ISO18000 -ISO18000 -6(860-930MHZ)6(860-930MHZ) 2.45G/5.8GHZ2.45G/5.8GHZ频段：空间偶合方式为反向频段：空间偶合方式为反向散射耦合（远场）。主要用途为车辆识别和货散射耦合（远场）。主要用途为

24、车辆识别和货物流通。该频段电磁波为视距传播，绕射能力物流通。该频段电磁波为视距传播，绕射能力差，且相对来讲空间损耗大，因此工作范围小差，且相对来讲空间损耗大，因此工作范围小。由于频率高，相对而言制造成本大，同时该。由于频率高，相对而言制造成本大，同时该频段为频段为ISMISM频段，电磁环境复杂，干扰问题在特频段，电磁环境复杂，干扰问题在特定场合可能较为突出。相关的国际标准有定场合可能较为突出。相关的国际标准有ISO18000-4ISO18000-4（2.45GHZ)2.45GHZ)、ISO18000-ISO18000-5(5.8GHZ)5(5.8GHZ)、頻率產品規格單一片價格數量1000數量

25、10000以上125K厚卡302722薄卡35332513.56MHzISO14443A薄卡453530ISO14443A貼紙402825ISO15693薄卡453530ISO15693貼紙402825UHF Tag厚卡35030025018000-6紙箱標籤1009070玻璃標籤250230200金屬標籤400360310Gen2紙箱標籤302724Astag Co. Ltd.,2005 l影响RFID标签应用质量的主要因素：芯片、封装和天线设计。快速扫描（读写器可同时读取多个标签）体积小、形状多样化抗污染能力和耐久性（防水、防磁、耐高温等）可重复使用穿透性和无屏障阅读（读取距离大）数据的记

26、忆容量大、存储信息可更改安全性（标签上的数据可以加密）1. 成本稍高2. 不适用于金属或导电环境3. 透射液体会影响信息读取性能4. 易受电磁波干扰5. 识别的适当性6. 隐私问题物体类型物体类型RFRF影响影响纸类产品吸收液体吸收塑胶品波长微变金属反射罐头堆（金属、玻璃）聚焦、反射、滤波动物或人体吸收、反射、波长微变 识读率与误码率数据的加密与安全性读写器与应用系统之间的接口 通信协议通信协议时序系统通信握手数据帧数据编码数据的完整性多标签读写防冲突干扰与抗干扰 1 1、时序系统、时序系统 如果从读写器到射频标签的数据传输和能如果从读写器到射频标签的数据传输和能量传输与从射频标签到读写器的数

27、据传输在时量传输与从射频标签到读写器的数据传输在时间上是交叉进行的，这就是时序系统，也称为间上是交叉进行的，这就是时序系统，也称为纯粹的时序系统。纯粹的时序系统。 与时序系统概念关联密切的通信系统概念：与时序系统概念关联密切的通信系统概念： （1 1）全双工（）全双工（Full DuplexFull Duplex）系统：是指）系统：是指通信的双方可以同时双向工作，互相传输信息通信的双方可以同时双向工作，互相传输信息。 （2 2）半双工（）半双工（Half DuplexHalf Duplex）系统：是指）系统：是指通信的双方可以双向工作传输信息，但在同一通信的双方可以双向工作传输信息，但在同一时

28、间只能向一个方向传输信息。时间只能向一个方向传输信息。 （3 3）单工系统：是指通信的双方只能从一）单工系统：是指通信的双方只能从一方将信息传到另一方，即一方始终为发送方，方将信息传到另一方，即一方始终为发送方，另一方始终为接收方。另一方始终为接收方。 2 2、通信握手、通信握手 通信握手所要解决的基本问题包括：通信握手所要解决的基本问题包括： （1 1）沟通通信双方的工作状态（是否准备）沟通通信双方的工作状态（是否准备好？谁收谁发？）。好？谁收谁发？）。 （2 2）协调通信双方的位速率（数据传输的）协调通信双方的位速率（数据传输的同步问题）。同步问题）。 （3 3）数据收发是否正确的确认。）

29、数据收发是否正确的确认。 3 3、数据桢、数据桢 数据桢的定义：适合于传送与接收双方的数据桢的定义：适合于传送与接收双方的具有完整意义的连续数据位的数据串的规格。具有完整意义的连续数据位的数据串的规格。 数据桢是一个完整数据传输的最小单位。数据桢是一个完整数据传输的最小单位。这是一个抽象的概念，将其具体化后可表示为这是一个抽象的概念，将其具体化后可表示为多种数据传输过程中的桢概念，如命令桢、地多种数据传输过程中的桢概念，如命令桢、地址桢、数据桢、信息桢、控制桢等址桢、数据桢、信息桢、控制桢等 4 4、多标签读写防冲突、多标签读写防冲突 由读写器到射频标签的通信，发送的数据流由读写器到射频标签的

30、通信，发送的数据流同时被所有的射频标签接收，这种通信形式被同时被所有的射频标签接收，这种通信形式被称作称作“无线电广播无线电广播”。 由射频标签到读写器的通信，多个射频标签由射频标签到读写器的通信，多个射频标签的数据同时传输给读写器，这种通信形式称作的数据同时传输给读写器，这种通信形式称作多路存取。多路存取。 反碰撞法：在射频识别系统中，使多路存取反碰撞法：在射频识别系统中，使多路存取无故障地进行存取记录的技术方法被称作反碰无故障地进行存取记录的技术方法被称作反碰撞法。撞法。 （1 1）空分多路法（）空分多路法（SDMASDMA）：在分离的空间）：在分离的空间范围内重新使用确定的资源（通路容量

31、）的技范围内重新使用确定的资源（通路容量）的技术。术。 （2 2）频分多路法（）频分多路法（FDMAFDMA）：把若干个使用）：把若干个使用不同载波频率的传输通路同时提供给通信用户不同载波频率的传输通路同时提供给通信用户使用的技术。使用的技术。 （3 3）时分多路法（）时分多路法（TDMATDMA）：把整个可供使）：把整个可供使用的通路容量按时间分配给多个用户的技术。用的通路容量按时间分配给多个用户的技术。 5 5、干扰与抗干扰、干扰与抗干扰 空间传输信道的干扰带来的直接影响是读写空间传输信道的干扰带来的直接影响是读写器与射频标签通信过程中数据接收出错。器与射频标签通信过程中数据接收出错。 射频标签接收数据时出错可能导致的结果：射频标签接收数据时出错可能导致的结果： （1 1）射频标签错误地响应读写器的命令。）射频标签错误地响应读写器的命令。 （2 2）造成射频标签工作状态混乱。）造成射频标签工作状态混乱。 （3 3）造成写入射频标签的数据出错。）造成写入射频标签的数据出错。 （4 4）射频标签错误地进入休眠状态。）射频标签错误地进入休眠状态。