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RFID基本原理

Posted by admin 2009年4月16日

RFID基本原理

什么是RFID?
 
[摘要]什么是RFID技术,基本工作原理和组成部分是什么,是什么让零售商如此推崇RFID,什么是RFID的典型应用,RFID中国论坛,提供无线射频识别技术应用解决方案及电子标签原理的相关信息
   什么是RFID?自2004年以来,与RFID技术相关的文章在各个媒体上不断涌现,相关的报道让这个历史其实并不短的技术在短时间内成为国际追逐的焦点。从全球巨型商业帝国沃尔玛,到国际IT巨头IBM、HP、微软等等,从美国国防部到中国国家标准委,全都在RFID魔棒的指挥下舞蹈起来。
 
  RFID是什么?RFID是Radio Frequency Identification的缩写,即射频识别,俗称电子标签。
 
什么是RFID技术?
 
  RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签, 操作快捷方便。
 
  埃森哲实验室首席科学家弗格森认为RFID是一种突破性的技术:"第一,可以识别单个的非常具体的物体,而不是像条形码那样只能识别一类物体;第二,其采用无线电射频,可以透过外部材料读取数据,而条形码必须靠激光来读取信息;第三,可以同时对多个物体进行识读,而条形码只能一个一个地读。此外,储存的信息量也非常大。" 
 
什么是RFID的基本组成部分?
 
最基本的RFID系统由三部分组成:
 标签(Tag):由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象;
阅读器(Reader):读取(有时还可以写入)标签信息的设备,可设计为手持式或固定式;
天线(Antenna):在标签和读取器间传递射频信号。
 
RFID技术的基本工作原理是什么?
 
  RFID技术的基本工作原理并不复杂:标签进入磁场后,接收解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),或者主动发送某一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签);解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。  
 
是什么让零售商如此推崇RFID?
 
  据Sanford C. Bernstein公司的零售业分析师估计,通过采用RFID,沃尔玛每年可以节省83.5亿美元,其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳动力成本。尽管另外一些分析师认为80亿美元这个数字过于乐观,但毫无疑问,RFID有助于解决零售业两个最大的难题:商品断货和损耗(因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品),而现在单是盗窃一项,沃尔玛一年的损失就差不多有20亿美元,如果一家合法企业的营业额能达到这个数字,就可以在美国1000家最大企业的排行榜中名列第694位。研究机构估计,这种RFID技术能够帮助把失窃和存货水平降低25%。
 
 
RFID技术的典型应用是什么?
 
  物流和供应管理
   生产制造和装配
   航空行李处理
   邮件/快运包裹处理
   文档追踪/图书馆管理
   动物身份标识
   运动计时
   门禁控制/电子门票
   道路自动收费
 
RFID自动识别术语解释
 
· 微 波 : 波长为0.1—100厘米或频率在1—100GHZ的电磁波。
· 射 频 : 一般指微波。
· 电子标签 : 以电子数据形式存储标识物体代码的标签,也叫射频卡。
· 被动式电子标签: 内部无电源、靠接收微波能量工作的电子标签。
· 主动式电子标签: 靠内部电池供电工作的电子标签。
· 微波天线 : 用于发射和接受微波信号。
· 读出装置 : 用于读取电子标签内电子数据。
· 阅 读 器 : 用于读取电子标签内电子数据。
· 编 程 器 : 用于将电子数据写入电子标签或查阅电子标签内存储数据。
· 波束范围 : 指天线发射微波的照射功率范围。
· 标签容量 : 电子标签编程时所能写入的字节数或逻辑位数。
 
a-Biz—自动识别技术的应用案例框架
a-Biz 是一项自动识别工程,它的终极目标是将自动识别技术与现实世界中的应用案例结合,以此实现"商业自动化",或者说是a-Biz。
 
ASN—高级货运通知
也可称之为DA,此电子文档先于货物被发送出去,以通知对方货物在运送途中。
 
BIS—商业信息系统
商业信息系统,即BIS,是用来处理商业交易信息的系统。
 
DA—发货通知
此电子文档先于货物被发送出去,以通知对方货物在运送途中。
 
EAN—欧洲物品编码组
该组织创建于1974年,是由欧洲12个国家的生产商和分销商建立了一个ad-hoc委员会。它的任务是调查在欧洲制订统一的标准化的编码体系的可能性,类似于美国使用的UPC体系。最终创立了与UPC兼容的"欧洲物品编码"。可访问 http://www.ean-int.org 获取更多消息。
 
EPCTM—产品电子码
产品电子码,即EPC,是自动识别体系中用来唯一标识对象的编码。它的目的类似于GTIN 及UPC 等。
 
ONS—对象名解析服务
对象名称解析服务,即ONS,是自动识别系统的一个组件。类似于Internet 中的域名解析服务DNS,跟DNS 类似,ONS 也执行名称解析功能。
 
PML—实体标记语言
自动识别设备使用实体标记语言传递实体信息。
 
SavantTM
SavantTM 是自动识别技术框架的一部分。它是一个在全球范围内分布的服务器,提供数据路由服务,实现数据捕获、数据监视及数据传送功能。
 
UCC—统一编码委员会
统一编码委员会的任务是在全球范围内,其目标是建立与推动物品识别及相关电子通讯技术的多元化工业标准。提高供应链内的管理水平,为使用者带来附加价值。可访问 http://www.uc-council.org 获取更多消息。
 
UML—统一建模语言
统一建模语言,即UML,是一种使用案例和活动图等工具,为商业需求和商业流程建模的描述性语言。
 
系统组成和工作原理
 
最基本的RFID系统由三部分组成:
1. 标签(Tag,即射频卡):由耦合元件及芯片组成,标签含有内置天线,用于和射频天线间进行通信。
2. 阅读器:读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。
3. 天线:在标签和读取器间传递射频信号。
有些系统还通过阅读器的RS232或RS485接口与外部计算机(上位机主系统)连接,进行数据交换。
系统的基本工作流程是:阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号,当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流,射频卡获得能量被激活;射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去;系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号,经天线调节器传送到阅读器,阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号控制执行机构动作。
在耦合方式(电感-电磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、从射频卡到阅读器的数据传输方法(负载调制、反向散射、高次谐波)以及频率范围等方面,不同的非接触传输方法有根本的区别,但所有的阅读器在功能原理上,以及由此决定的设计构造上都很相似,所有阅读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。高频接口包含发送器和接收器,其功能包括:产生高频发射功率以启动射频卡并提供能量;对发射信号进行调制,用于将数据传送给射频卡;接收并解调来自射频卡的高频信号。不同射频识别系统的高频接口设计具有一些差异,电感耦合系统的高频接口原理图如图1所示。
 
 
图1
 
阅读器的控制单元的功能包括:与应用系统软件进行通信,并执行应用系统软件发来的命令;控制与射频卡的通信过程(主-从原则);信号的编解码。对一些特殊的系统还有执行反碰撞算法,对射频卡与阅读器间要传送的数据进行加密和解密,以及进行射频卡和阅读器间的身份验证等附加功能。
射频识别系统的读写距离是一个很关键的参数。目前,长距离射频识别系统的价格还很贵,因此寻找提高其读写距离的方法很重要。影响射频卡读写距离的因素包括天线工作频率、阅读器的RF输出功率、阅读器的接收灵敏度、射频卡的功耗、天线及谐振电路的Q值、天线方向、阅读器和射频卡的耦合度,以及射频卡本身获得的能量及发送信息的能量等。大多数系统的读取距离和写入距离是不同的,写入距离大约是读取距离的40%~80%。
 
原理分析
 
RFID技术利用无线射频方式在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输,以达到目标识别和数据交换的目的。与传统的条型码、磁卡及IC卡相比,射频卡具有非接触、阅读速度快、无磨损、不受环境影响、寿命长、便于使用的特点和具有防冲突功能,能同时处理多张卡片。在国外,射频识别技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。

 

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