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无线射频辨认技能(RFID)

RFID是英文“RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION”的缩写。射频技术是利用无线电波对记录媒体进行读写。射频识别的距离可达几十厘米至几米,且根据读写的方式,可以输入数千字节的信

RFID是英文“RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION”的缩写。射频技能是运用无线电波对记载媒体进行读写。射频辨认的间隔可达几十厘米至几米,且依据读写的办法,能够输入数千字节的信息,一起,还具有极高的保密性。射频辨认技能适用的范畴:物料盯梢、运载工具和货架辨认等要求非触摸数据收集和交流的场合,要求频频改动数据内容的场合尤为适用。如香港的车辆主动辨认体系—驾易通,选用的首要技能便是射频技能。现在香港现已有约8万辆轿车装上了电子标签,装有电子标签的车辆经过装有射频扫描器的专用地道、泊车场或高速公路路口时,无需泊车缴费,大大进步了行车速度,进步了功率。射频技能在其它物品的辨认及主动化办理方面也得到了较广泛的运用。
  现在,RFID是AIDC范畴最抢手的技能,尽管这种技能现已存在开展了许多年了,但它只要在从本范畴很多的创造技能中总结规划出一个技能规范今后才干得到快速的实在的运用,ISO和AIM(AUTO-ID MANUFACTURES)正在进行这方面的作业,信任不久的将来,RFID会得到很快的开展。

  1、RFID体系的组成

  RFID体系在具体的运用进程中,依据不同的运用意图和运用环境,体系的组成会有所不同,但从RFID体系的作业原理来看,体系一般都由信号发射机、信号接纳机、发射接纳天线几部分组成。下面别离加以阐明:

  1)、信号发射机
  

在RFID 体系中,信号发射机为了不同的运用意图,会以不同的办法存在,典型的办法是标签(TAG)。标签恰当于条码技能中的条码符号,用来存储需求辨认传输的信息,其他,与条码不同的是,标签有必要能够主动或在外力的效果下,把存储的信息主动发射出去。标签一般是带有线圈、天线、存储器与操控体系的低电%&&&&&%。典型的标签结构如上图所示:依照不同的分类规范,标签有许多不同的分类。

  (1)、主动式标签、被动式标签
  在实践运用中,有必要给标签供电它才干作业,尽管它的电能耗费是十分低的(一般是百万分之一毫瓦等级)。依照标签获取电能的办法不同,能够把标签分红主动式标签与被动式标签。主动式标签内部自带电池进行供电,它的电能足够,作业牢靠性高,信号传送的间隔远。其他,主动式标签能够经过规划电池的不同寿数对标签的运用时刻或运用次数进行约束,它能够用在需求约束数据传输量或许运用数据有约束的当地,比方,一年内,标签只答应读写有限次。主动式标签的缺陷首要是标签的运用寿数遭到约束,而且跟着标签内电池电力的耗费,数据传输的间隔会越来越小,影响体系的正常作业。
  被动式标签内部不带电池,要靠外界供给能量才干正常作业。被动式标签典型的发生电能的设备是天线与线圈,当标签进入体系的作业区域,天线接纳到特定的电磁波,线圈就会发生感应电流,在经过整流电路给标签供电。被动式标签具有永久的运用期,常常用在标签信息需求每天读写或频频读写屡次的当地,而且被动式标签支撑长期的数据传输和永久性的数据存储。被动式标签的缺陷首要是数据传输的间隔要比主动式标签小。由于被动式标签依托外部的电磁感应而供电,它的电能就比较弱,数据传输的间隔和信号强度就遭到约束,需求敏感性比较高的信号接纳器(阅览器)才干牢靠识读。

  (2) 只读标签与可读可写标签
  依据内部运用存储器类型的不同,标签能够分红只读标签与可读可写标签。只读标签内部只要只读存储器ROM(READ ONLY MEMORY)和随机存储器RAM (RANDOM ACCESS MEMORY)。ROM用于存储发射器操作体系阐明和安全性要求较高的数据,它与内部的处理器或逻辑处理单元完结内部的操作操控功用,如呼应推迟时刻操控,数据流操控,电源开关操控等。其他,只读标签的ROM中还存储有标签的标识信息。这些信息能够在标签制造进程中由制造商写入ROM中,也能够在标签开端运用时由运用者依据特定的运用意图写入特其他编码信息。这种信息能够只简略地代表二进制中的“0”或许“1”,也能够象二维条码那样,包含杂乱的恰当丰厚的信息。但这种信息只能是一次写入,屡次读出。只读标签中的RAM用于存储标签反响和数据传输进程中暂时发生的数据。其他,只读标签中除了ROM和ROM外,一般还有缓冲存储器,用于暂时存储调制后等候天线发送的信息。
  可读可写标签内部的存储器除了ROM、RAM和缓冲存储器之外,还有非活动可编程回忆存储器。这种存储器除了存储数据功用外,还具有在恰当的条件下答应屡次写入数据的功用。非活动可编程回忆存储器有许多种,EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)是比较常见的一种,这种存储器在加电的情况下,能够完结对原有数据的擦除以及数据的从头写入。

  (3) 标识标签与便携式数据文件
  依据标签中存储器数据存储才能的不同,能够把标签分红仅用于标识意图的标识标签与便携式数据文件两种。关于标识标签来说,一个数字或许多个数字字母字符串存储在标签中,为了辨认的意图或许是进入信息办理体系中数据库的钥匙(KEY)。条码技能中规范码制的号码,如EAN/UPC码,或许混合编码,或许标签运用者依照特其他办法编的号码,都能够存储在标识标签中。标识标签中存储的仅仅标识号码,用于对特定的标识项目,如人、物、地址进行标识,关于被标识项意图具体的特定的信息,只能在与体系相连接的数据库中进行查找。
  望文生义,便携式数据文件便是说标签中存储的数据十分大,足能够看作是一个数据文件。这种标签一般都是用户可编程的,标签中除了存储标识码外,还存储有很多的被标识项目其它的相关信息,如包装阐明,工艺进程阐明等等。在实践运用中,关于被标识项意图一切的信息都是存储在标签中的,读标签就能够得到关于被标识项意图一切信息,而不必再连接到数据库进行信息读取。其他,跟着标签存储才能的进步,能够供给安排数据的才能,在读标签的进程中,能够依据特定的运用意图操控数据的读出,完结在不同的情况下读出的数据部分不同。

  2)信号接纳机

  在RFID体系中,信号接纳机一般叫做阅览器。依据支撑的标签类型不同与完结的功用不同,阅览器的杂乱程度是显着不同的。阅览器根本的功用便是供给与标签进行数据传输的途径。其他,阅览器还供给恰当杂乱的信号状况操控、奇偶过错校验与更正功用等。标签中除了存储需求传输的信息外,还有必要含有必定的附加信息,如过错校验信息等。辨认数据信息和附加信息依照必定的结构编制在一起,并依照特定的次序向外发送。阅览器经过接纳到的附加信息来操控数据流的发送。一旦抵达阅览器的信息被正确的接纳和译解后,阅览器经过特定的算法决议是否需求发射机对发送的信号重发一次,或许知道发射器中止发信号,这便是“指令呼应协议”。运用这种协议,即便在很短的时刻、很小的空间阅览多个标签,也能够有用地避免“诈骗问题”的发生。

  3) 编程器

  只要可读可写标签体系才需求编程器。编程器是向标签写入数据的设备。编程器写入数据一般来说是离线(OFF-LINE)完结的,也便是预先在标签中写入数据,比及开端运用时直接把标签黏附在被标识项目上。也有一些RFID运用体系,写数据是在线(ON-LINE)完结的,尤其是在出产环境中作为交互式便携数据文件来处理时。

  4) 天线

  天线是标签与阅览器之间传输数据的发射、接纳设备。在实践运用中,除了体系功率,天线的形状和相对方位也会影响数据的发射和接纳,需求专业人员对体系的天线进行规划、设备。

  2、无线数据通讯(RFDC)

  标签与阅览器之间的数据传输是经过空气介质以无线电波的办法进行的。一般地,咱们能够用两个参数衡量数据在空气介质中的传达,数据传输的速度和数据传输的间隔。由于标签的体积、电能有限,从标签中宣布的无线信号是十分弱的,信号传输的速度与传输的间隔就很有限。为了完结数据高速、远间隔地传输,有必要把数据信号叠加在一个规矩改动的信号比较强的电波上,这个进程叫调制,规矩改动的电波叫载波。在RFID体系中,载波电波一般由阅览器或编程器宣布。有多种办法能够完结数据在载波上的调制,如用数据信息改动载波的波幅叫调幅;改动载波的频率叫调频;改动载波的相位叫调相等等。一般来说,运用的载波频率越高,数据能够传输的速度越快,例如,2.4GHZ频率的载波,能够完结2Mbps(恰当于每秒能够传输大约200万个字符)。可是,不能无限地进步载波频率以进步信息传输速度,由于,无线电波频率的选用是遭到政府操控的,各个国家一般都对不同频率的无线电波规则了不同的运用意图,RFID技能无线电波的挑选也有必要恪守这种规则。现在,国内一般选用通讯频率为2.4GHz扩频技能进行通讯。这是由于在我国2.4G-2.4835GHz 的频段是无需向国家无线电办理委员会请求运用许可证的共用频段。曩昔,商业的无线数据传输一般选用窄带传输,即运用比较单一的载波频率传输数据。现在,商业范畴广泛运用扩频技能传输无线数据,即运用有必定规模的频率传输数据,这就有了带宽的概念,带宽便是通讯中运用的最高的载波频率与最低的载波频率之差。运用宽带频率传输数据最显着的优势是数据传输的速度进一步加速,而且牢靠性更高,由于当一个频率的载波线路繁忙或呈现毛病时,信息能够经过其他频率载波线路传输。实践商用宽带传输数据技能又能够分为两种:即直接序列扩频技能(Direct Sequence
  Spread Spectrum,简称直频技能)和跳频技能(Frequency Hopping FH)。
  直频技能运用伪随机码对数据进行处理,得到扩频序列,然后将扩频序列调制经过不同的信道一起进行传输,信号接纳设备收到信号后将信号解码并依照特定的算法重组信息,以还原成能够识读的信息。运用这种技能,体系占用功率频谱密度(在单位频段上的发射功率)大大下降,信息扩展到一个比较宽的频率规模内传输,到达可反抗其它特定频率搅扰的意图。我国的无委会规则的敞开频段与欧洲规范共同,参照欧洲规范,直频技能能够从13个信道(中心频点)中选用,为了革除本身搅扰,选用的相互相关的不同信道之间,两两之间频率至少间隔30MHZ。这13个频点的设定从2.412至2.472GHz之间,共有60M带宽,一般直频体系只能挑选2-3个信道进行数据传达,在必定程度上不能充分运用频带资源,影响了数据的传达速度。其他,由于运用同一功率支撑多个信道的数据传输,一个信道上载波的波幅就比较小,信息传输的间隔遭到约束。
  跳频技能与直频技能彻底不同,跳频的载频受一个伪随机码的操控,在其作业带宽内,不断地跳变频率,跳频恰当于瞬时的窄带通讯体系,在2.4-2.4853GHz之间将信道设为79个,每隔0.02-0.1秒跳变一个频率,当跳跃至某个频点时,先判别该频点是否有噪声搅扰,若无则传输信号,若有则依据算法跳至下一频点持续判别。因此在不同的频点,跳频的频率及传输率可能会改动,而且很难避免一些无谓的频率上的损耗,即在检测频点是否闲暇时会构成信号传输推迟。其他,由于体系有呼应时刻约束,超越呼应时刻,跳频设备会以为检测信号发射失利(丢包),会指令发射机重发,也构成体系资源的糟蹋。变频技能的特点是保密性好,抗搅扰才能也比较好。与直频技能比较,信息传输的间隔也比较远。商用体系的跳变频率较低,在每秒50跳以内,本钱较低。
  影响数据传输间隔远近的首要要素是载波信号与标签中数据信号的强度,载波信号的强度受阅览器功率巨细操控,标签中数据信号的强度由标签自带电池功率(主动式标签)或标签能够发生的电能(被动式标签)巨细决议。一般来说,阅览器和标签的功率越大,载波信号和数据信号越强,数据能够传输的间隔越远。无线电波在空气介质中传达,跟着传达的间隔越来越远,信号的强度会越来越弱。从理论上说,无线电波的衰减程度与传输间隔的平方成正比。在体系实践运用中应该留意的是,不能为了到达数据传输的间隔而无约束的进步阅览器和标签的功率,由于与载波频率的挑选相同,无线电波的功率是遭到政府的操控的。除了体系功率影响数据传输的间隔外,空气介质的性质和数据传输途径也显着影响数据传输的间隔。空气介质的性质包含空气的密度、湿度等性质。一般来说,选用的载波频率越高,空气性质不同对数据传输间隔的影响越显着。空气的湿度越大或许是空气的密度越高,介质对无线电波的吸收越严峻,数据传输的间隔就越小。其他,假如数据传输途径中有许多障碍物,也会显着影响数据传输的间隔,由于无线电波碰到障碍物时,物体一般都会对无线电波发生吸收和反射。考虑到空气的性质和数据传输中经过障碍物,无线电波衰减的程度有时能够到达与传输间隔的四次方成正比。影响数据传输间隔的要素还包含,发射、接纳天线的规划和安置,躁声搅扰等等。

  5、 RFID体系的分类

  依据RFID体系完结的功用不同,能够粗略地把RFID体系分红四种类型:EAS体系、便携式数据收集体系、网络体系、定位体系。

  1)、EAS技能

  ELECTRONIC ART%&&&&&%LE SURVEILLANCE(EAS)是一种设置在需求操控物品收支的门口的RFID技能。这种技能的典型运用场合是商铺、图书馆、数据中心等当地,当未被授权的人从这些当地不合法取走物品时,EAS体系会宣布正告。在运用EAS技能时,首先在物品上粘付EAS标签,当物品被正常购买或许合法移出时,在结算处经过必定的设备使EAS标签失活,物品就能够取走。物品经过装有EAS体系的门口时,EAS设备能主动检测标签的活动性,发现活动性标签EAS体系会宣布正告。EAS技能的运用能够有用避免物品的被盗,不管是大件的产品,仍是很小的物品。运用EAS技能,物品不必再锁在玻璃橱柜里,能够让顾客自由地观看、查看产品,这在自选日益盛行的今日有着十分重要的现实意义。典型的EAS体系一般由三部分组成,1)、附着在产品上的电子标签,电子传感器;2)、电子标签灭活设备,以便授权产品能正常收支;3)、监督器,在出口构成必定区域的监督空间。
  EAS体系的作业原理是:在监督区,发射器以必定的频率向接纳器发射信号。发射器与接受器一般设备在零售店、图书馆的收支口,构成必定的监督空间。当具有特别特征的标签进入该区域时,会对发射器宣布的信号发生搅扰,这种搅扰信号也会被接纳器接纳,再经过微处理器的剖析判别,就会操控警报器的鸣响。依据发射器所宣布的信号不同以及标签对信号搅扰原理不同,EAS能够分红许多种类型。关于EAS技能最新的研讨方向是标签的制造,人们正在评论EAS标签能不能象条码相同,在产品的制造或包装进程中加进产品,成为产品的一部分。

  2)、便携式数据收集体系

  便携式数据收集体系是运用带有RFID阅览器的手持式数据收集器收集RFID标签上的数据。这种体系具有比较大的灵活性,适用于不宜设备固定式RFID体系的运用环境。手持式阅览器(数据输入终端)能够在读取数据的一起,经过无线电波数据传输办法(RFDC)实时地向主计算机体系传输数据,也能够暂时将数据存储在阅览器中,在一批一批地向主计算机体系传输数据。

  3)物流操控体系

  在物流操控体系中,固定安置的RFID阅览器涣散安置在给定的区域,而且阅览器直接与数据办理信息体系相连,信号发射机是移动的,一般设备在移动的物体、人上面。当物体、人流经阅览器时,阅览器会主动扫描标签上的信息并把数据信息输入数据办理信息体系存储、剖析、处理,到达操控物流的意图。

  4)定位体系

  定位体系用于主动化加工体系中的定位以及对车辆、轮船等进行运转定位支撑。阅览器放置在移动的车辆、轮船上或许主动化流水线中移动的物料、半制品、制品上,信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。信号发射机上存储有方位辨认信息,阅览器一般经过无线的办法或许有线的办法连接到主信息办理体系。

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