RFID原理

導(dǎo)讀：RFID技術(shù)就是所謂無(wú)線射頻識(shí)別，結(jié)合多學(xué)科、多種技術(shù)的應(yīng)用技術(shù)，目前用得最廣泛的是在電子標(biāo)簽方面。相對(duì)于傳統(tǒng)的磁卡及IC卡技術(shù)具有非接觸、閱讀速度快、無(wú)磨損等特點(diǎn)，在最近幾年里得到快速發(fā)展。為加強(qiáng)工程師對(duì)該技術(shù)的理解，本文詳細(xì)介紹RFID技術(shù)的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、標(biāo)準(zhǔn)以及工作原理等。。。

1. RFID原理—簡(jiǎn)介

　　RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是電磁理論。它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。

　　埃森哲實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家弗格森認(rèn)為RFID是一種突破性的技術(shù)："第一，可以識(shí)別單個(gè)的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識(shí)別一類(lèi)物體;第二，其采用無(wú)線電射頻，可以透過(guò)外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須靠激光來(lái)讀取信息;第三，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)物體進(jìn)行識(shí)讀，而條形碼只能一個(gè)一個(gè)地讀。此外，儲(chǔ)存的信息量也非常大。"

2. RFID原理—組成

　　最基本的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等這三部分組成構(gòu)成。

　　1) 電子標(biāo)簽(Tag)：電子標(biāo)簽包含電子芯片和天線，天線在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)，電子芯片用來(lái)存儲(chǔ)物體的數(shù)據(jù)，天線用來(lái)收發(fā)無(wú)線電波。

　　電子標(biāo)簽按供電方式分為無(wú)源電子標(biāo)簽、有源電子標(biāo)簽和半有源電子標(biāo)簽三種：

　　? 無(wú)源電子標(biāo)簽：標(biāo)簽內(nèi)部沒(méi)有電池，其工作能量均需閱讀器發(fā)射的電磁場(chǎng)來(lái)提供，重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)、成本低，可制成各種卡片，是目前最流行的電子標(biāo)簽形式。其識(shí)別距離比有源系統(tǒng)要小，一般為幾米到十幾米，而且需要較大的閱讀器發(fā)射功率。

　　? 有源電子標(biāo)簽：通過(guò)標(biāo)簽內(nèi)部的電池來(lái)供電，不需要閱讀器提供能量來(lái)啟動(dòng)，標(biāo)簽可主動(dòng)發(fā)射電磁信號(hào)，識(shí)別距離較長(zhǎng)，通?？蛇_(dá)幾十米甚至上百米，缺點(diǎn)是成本高壽命有限，而且不易做成薄卡。

　　? 半有源電子標(biāo)簽：內(nèi)有電池，但電池只對(duì)標(biāo)簽內(nèi)部電路供電，并不主動(dòng)發(fā)射信號(hào)，其能量傳遞方式與無(wú)源系統(tǒng)類(lèi)似，因此其工作壽命比一般有源系統(tǒng)標(biāo)簽要長(zhǎng)許多。

　　2) 讀寫(xiě)器(Reader)：利用射頻技術(shù)讀寫(xiě)電子標(biāo)簽的設(shè)備，讀寫(xiě)器接收電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息，并將其傳送給外部主機(jī)。

　　3) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(Computer)：讀寫(xiě)器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)的處理、傳輸和通信的功能。

3. RFID原理—工作原理

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本模型如下圖所示。其中，電子標(biāo)簽又稱(chēng)為射頻標(biāo)簽、應(yīng)答器、數(shù)據(jù)載體;閱讀器又稱(chēng)為讀出裝置，掃描器、通訊器、讀寫(xiě)器(取決于電子標(biāo)簽是否可以無(wú)線改寫(xiě)數(shù)據(jù))。電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過(guò)耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的空間(無(wú)接觸)耦合、在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。

　　系統(tǒng)的基本工作流程是：閱讀器通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活;射頻卡將自身編碼等信息通過(guò)卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去;系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理;主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

　　發(fā)生在閱讀器和電子標(biāo)簽之間的射頻信號(hào)的耦合類(lèi)型有兩種。

　　1) 電感耦合。變壓器模型，通過(guò)空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律，如右圖A所示。電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。識(shí)別作用距離小于1m，典型作用距離為10～20cra。

　　2) 電磁反向散射耦合：雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律，如圖B所示。電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：433MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。識(shí)別作用距離大于1m，典型作用距離為3—l0m。

4. RFID原理—標(biāo)準(zhǔn)及分類(lèi)

　　目前生產(chǎn)RFID產(chǎn)品的很多公司都采用自己的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際上還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前，可供射頻卡使用的幾種標(biāo)準(zhǔn)有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。應(yīng)用最多的是ISO14443和ISO15693，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都由物理特性、射頻功率和信號(hào)接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。

　　按照不同得方式，射頻卡有以下幾種分類(lèi)：

　　1) 按供電方式分為有源卡和無(wú)源卡。有源是指卡內(nèi)有電池提供電源，其作用距離較遠(yuǎn)，但壽命有限、體積較大、成本高，且不適合在惡劣環(huán)境下工作;無(wú)源卡內(nèi)無(wú)電池，它利用波束供電技術(shù)將接收到的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源為卡內(nèi)電路供電，其作用距離相對(duì)有源卡短，但壽命長(zhǎng)且對(duì)工作環(huán)境要求不高。

　　2) 按載波頻率分為低頻射頻卡、中頻射頻卡和高頻射頻卡。低頻射頻卡主要有125kHz和134.2kHz兩種，中頻射頻卡頻率主要為13.56MHz，高頻射頻卡主要為433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低頻系統(tǒng)主要用于短距離、低成本的應(yīng)用中，如多數(shù)的門(mén)禁控制、校園卡、動(dòng)物監(jiān)管、貨物跟蹤等。中頻系統(tǒng)用于門(mén)禁控制和需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng);高頻系統(tǒng)應(yīng)用于需要較長(zhǎng)的讀寫(xiě)距離和高讀寫(xiě)速度的場(chǎng)合，其天線波束方向較窄且價(jià)格較高，在火車(chē)監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)中應(yīng)用。

　　3) 按調(diào)制方式的不同可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。主動(dòng)式射頻卡用自身的射頻能量主動(dòng)地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫(xiě)器;被動(dòng)式射頻卡使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)，它必須利用讀寫(xiě)器的載波來(lái)調(diào)制自己的信號(hào)，該類(lèi)技術(shù)適合用在門(mén)禁或交通應(yīng)用中，因?yàn)樽x寫(xiě)器可以確保只激活一定范圍之內(nèi)的射頻卡。在有障礙物的情況下，用調(diào)制散射方式，讀寫(xiě)器的能量必須來(lái)去穿過(guò)障礙物兩次。而主動(dòng)方式的射頻卡發(fā)射的信號(hào)僅穿過(guò)障礙物一次，因此主動(dòng)方式工作的射頻卡主要用于有障礙物的應(yīng)用中，距離更遠(yuǎn)(可達(dá)30米)。

　　4) 按作用距離可分為密耦合卡(作用距離小于1厘米)、近耦合卡(作用距離小于15厘米)、疏耦合卡(作用距離約1米)和遠(yuǎn)距離卡(作用距離從1米到10米，甚至更遠(yuǎn))。

　　5) 按芯片分為只讀卡、讀寫(xiě)卡和CPU卡。

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