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实验准备知识1汇总
RFID实验准备知识
1、RFID基础概念
RFID是RadioFrequencyIdentification的缩写,即射频识别。
常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码,等等。
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。
短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境,可在这样的环境中替代条码,例如用在工厂的流水线上跟踪物体。
长距射频产品多用于交通上,识别距离可达几十米,如自动收费或识别车辆身份等。
一套完整RFID系统由Reader与电子标签两部份组成,其动作原理为由Reader发射一特定频率之无限电波能量给电子标签,用以驱动电子标签电路将內部之IDCode送出,此时Reader便接收此IDCode。
电子标签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。
RFID的应用非常广泛,目前典型应用有动物晶片、汽车晶片防盜器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理。
电子标签是射频识别系统的数据载体,电子标签由标签天线和标签专用芯片组成。
依据电子标签供电方式的不同,电子标签可以分为有源电子标签(Activetag)、无源电子标签(Passivetag)和半无源电子标签(Semi—passivetag)。
有源电子标签内装有电池,无源射频标签没有内装电池,半无源电子标签(Semi—passivetag)部分依靠电池工作。
电子标签依据频率的不同可分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签和微波电子标签。
依据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形标签等。
RFID解决方案是RFID技术供应商针对行业发展特点制定的RFID应用方案,可根据不同企业的实际要求“量身定做”。
RFID解决方案可按照行业进行分类,物流、防伪防盗、身份识别、资产管理、动物管理、快捷支付等等。
RFID阅读器(读写器)通过天线与RFID电子标签进行无线通信,可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。
典型的阅读器包含有高频模块(发送器和接收器)、控制单元以及阅读器天线。
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。
发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。
(1)电感耦合。
变压器模型,通过空间高频交变磁场实现耦合,依据的是电磁感应定
律,如图所示:
(2)电磁反向散射耦合:
雷达原理模型,发射出去的电磁波,碰到目标后反射,同时携带回目标信息,依据的是电磁波的空间传播规律。
电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。
典型的工作频率有:
125kHz、225kHz和13.56MHz。
识别作用距离小于1m,典型作用距离为10~20cra。
电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。
典型的工作频率有:
433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz。
识别作用距离大于1m,典型作用距离为3—l0m.
RFID应用的领域相当广泛:
1、物流:
物流过程中的货物追踪,信息自动采集,仓储应用,港口应用,邮政,快递
2、零售:
商品的销售数据实时统计,补货,防盗
3、制造业:
生产数据的实时监控,质量追踪,自动化生产
4、服装业:
自动化生产,仓储管理,品牌管理,单品管理,渠道管理
5、医疗:
医疗器械管理,病人身份识别,婴儿防盗
6、身份识别:
电子护照,身份证,学生证等各种电子证件。
7、防伪:
贵重物品(烟,酒,药品)的防伪,票证的防伪等
8、资产管理:
各类资产(贵重的或数量大相似性高的或危险品等)
9、交通:
高速不停车,出租车管理,公交车枢纽管理,铁路机车识别等
10、食品:
水果,蔬菜,生鲜,食品等保鲜度管理
11、动物识别:
训养动物,畜牧牲口,宠物等识别管理
12、图书馆:
书店,图书馆,出版社等应用
13、汽车:
制造,防盗,定位,车钥匙
14、航空:
制造,旅客机票,行李包裹追踪
15、军事:
弹药,枪支,物资,人员,卡车等识别与追踪
16、其它:
2、RFID的工作频率
从应用概念来说,射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率,是其最重要的特点之一。
毫无疑问,射频标签的工作频率是其最重要的特点之一。
射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理(电感耦合还是电磁耦合)、识别距离,还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。
工作在不同频段或频点上的射频标签具有不同的特点。
射频识别应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分,即位于ISM波段之中。
典型的工作频率有:
125kHz,133kHz,13.56MHz,27.12MHz,433MHz,902~928MHz,2.45GHz,5.8GHz等。
低频段射频标签:
低频段射频标签,简称为低频标签,其工作频率范围为30kHz~300kHz。
典型工作频率有:
125KHz,133KHz。
低频标签一般为无源标签,其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。
低频标签与阅读器之间传送数据时,低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。
低频标签的阅读距离一般情况下小于1米。
低频标签的典型应用有:
动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗(带有内置应答器的汽车钥匙)等。
与低频标签相关的国际标准有:
ISO11784/11785(用于动物识别)、ISO18000-2(125-135kHz)。
低频标签有多种外观形式,应用于动物识别的低频标签外观有:
项圈式、耳牌式、注射式、药丸式等。
典型应用的动物有牛、信鸽等。
低频标签的主要优势体现在:
标签芯片一般采用普通的CMOS工艺,具有省电、廉价的特点;工作频率不受无线电频率管制约束;可以穿透水、有机组织、木材等;非常适合近距离的、低速度的、数据量要求较少的识别应用(例如:
动物识别)等。
低频标签的劣势主要体现在:
标签存贮数据量较少;只能适合低速、近距离识别应用;与高频标签相比:
标签天线匝数更多,成本更高一些;
中高频段射频标签:
中高频段射频标签的工作频率一般为3MHz~30MHz。
典型工作频率为:
13.56MHz。
该频段的射频标签,从射频识别应用角度来说,因其工作原理与低频标签完全相同,即采用电感耦合方式工作,所以宜将其归为低频标签类中。
另一方面,根据无线电频率的一般划分,其工作频段又称为高频,如表2.2所示,所以也常将其称为高频标签。
鉴于该频段的射频标签可能是实际应用中最大量的一种射频标签,因而我们只要将高、低理解成为一个相对的概念,即不会在此造成理解上的混乱。
为了便于叙述,我们将其称为中频射频标签。
中频标签一般也采用无源设主,其工作能量同低频标签一样,也是通过电感(磁)耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。
标签与阅读器进行数据交换时,标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。
中频标签的阅读距离一般情况下也小于1米。
中频标签由于可方便地做成卡状,典型应用包括:
电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)等。
相关的国际标准有:
ISO14443、ISO15693、ISO18000-3(13.56MHz)等。
中频标准的基本特点与低频标准相似,由于其工作频率的提高,可以选用较高的数据传输速率。
射频标签天线设计相对简单,标签一般制成标准卡片形状。
4.超高频与微波标签:
超高频与微波频段的射频标签,简称为微波射频标签,其典型工作频率为:
433.92MHz,862(902)~928MHz,2.45GHz,5.8GHz。
微波射频标签可分为有源标签与无源标签两类。
工作时,射频标签位于阅读器天线辐射场的远区场内,标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。
阅读器天线辐射场为无源标签提供射频能量,将有源标签唤醒。
相应的射频识别系统阅读距离一般大于1m,典型情况为4~6m,最大可达10m以上。
阅读器天线一般均为定向天线,只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签可被读/写。
由于阅读距离的增加,应用中有可能在阅读区域中同时出现多个射频标签的情况,从而提出了多标签同时读取的需求,进而这种需求发展成为一种潮流。
目前,先进的射频识别系统均将多标签识读问题作为系统的一个重要特征。
以目前技术水平来说,无源微波射频标签比较成功产品相对集中在902~928MHz工作频段上。
2.45GHz和5.8GHz射频识别系统多以半无源微波射频标签产品面世。
半无源标签一般采用钮扣电池供电,具有较远的阅读距离。
微波射频标签的典型特点主要集中在是否无源、无线读写距离、是否支持多标签读写、是否适合高速识别应用,读写器的发射功率容限,射频标签及读写器的价格等方面。
典型的微波射频标签的识读距离为3~5m,个别有达10m或10m以上的产品。
对于可无线写的射频标签而言,通常情况下,写入距离要小于识读距离,其原因在于写入要求更大的能量。
微波射频标签的数据存贮容量一般限定在2Kbits以内,再大的存贮容量是乎没有太大的意义,从技术及应用的角度来说,微波射频标签并不适合作为大量数据的载体,其主要功能在于标识物品并完成无接触的识别过程。
典型的数据容量指标有:
1Kbits,128Bits,64Bits等。
由Auto-IDCenter制定的产品电子代码EPC的容量为:
90Bits。
微波射频标签的典型应用包括:
移动车辆识别、电子身份证、仓储物流应用、电子闭锁防盗(电子遥控门锁控制器)等。
相关的国际标准有:
ISO10374,ISO18000-4(2.45GHz)、-5(5.8GHz)、-6(860-930MHz)、-7(433.92MHz),ANSINCITS256-1999等。
标准组织制定的就是协议:
射频标签通信协议。
射频标签与读写器之间交换的是数据,由于采用无接触方式通信,还存在一个空间无线信道。
因而,射频标签与读写器之间的数据交换构成的是一个无线数据通信系统。
在这样的数据通信系统模型下,射频标签是数据通信的一方,读写器是通信的另一方。
要实现安全、可靠、有效的数据通信目的,数据通信的双方必须遵守相互约定的通信协议。
没有这样一个通信双方公认的基础,数据通信的双方将互相听不懂对方在说什么,步调也无从协调一致,从而造成数据通信无法进行。
所涉及到的问题包括:
时序系统问题;通信握手问题;数据帧问题;数据编码问题;数据的完整性问题;多标签读写防冲突问题;干扰与抗干扰问题;识读率与误码率问题;数据的加密与安全性问题;读写器与应用系统之间的接口问题。
RFID标准化组织:
2004年是RFID技术发展的关键时期,因为在今年所有相关的技术标准将会陆续发布,以满足美国商业巨头沃尔玛和美国国防部等大量物流应用所需。
目前制定RFID标准的组织比较著名的有三个:
ISO、以美国为首的EPCglobal以及日本的UbiquitousIDCenter,而这三个组织对RFID技术应用规范都有各自的目标与发展规划。
如果从发展的角度来观察全球RFID标准制定,目前最为积极的非EPCglobal莫属。
目前,我国也已经成立了一个RFID国家标准工作组,正在制定相关的RFID国家标准。
目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和甚高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品,而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。
其中感应器有无源和有源两种方式
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