一、RFID

1.1介紹

射頻識別技術（RFID）又稱電子標簽、無線射頻識別、感應電子芯片、非接觸卡，是一種通過射頻信號自動識別目標物體并獲取相關數據的非接觸自動識別技術。RFID技術可以在各種惡劣的環(huán)境中工作，無需人為干預。

此外，它能同時識別高速運動物體和識別多個標簽，操作方便快捷。短程射頻產品不怕油漬、灰塵污染和其他惡劣環(huán)境，因此在這種環(huán)境下，它們可以代替條形碼，例如跟蹤工廠裝配線上的物體。長距離射頻產品主要應用于交通領域，其識別距離可達數十米，如自動充電或車輛識別等。

1.2分類

根據電源的可用性，RFID分為無源和有源兩種。

1） 被動標記：被動傳感器本身沒有電源。它的電源是由一個傳感器產生的，傳感器通過從讀卡器發(fā)射頻率來激活，數據最終被傳輸回讀卡器。被動式標簽薄而短，使用壽命長，但感應距離相對較短。

2） 主動標記：價格相對較高，體積比被動式標簽大，因為內置電池。使用壽命長，傳感距離長。

根據頻率，射頻識別可分為三種類型：低頻、高頻、超頻：

1） 低頻RFID（100～500KHz）：低頻RFID感應距離較短，讀取速度較慢。低頻射頻識別一般采用125KHz，穿透能力強。

2） 高頻RFID（10~15MHz）：高頻RFID感應距離較長，讀取速度相對較高。射頻識別主要使用13.56MHz的高頻。

3） 超高頻RFID（850950MHz2.45GHz）：超高頻RFID傳感距離最長，讀取速度最快，但穿透能力差。

二、系統(tǒng)架構

根據功能的不同，RFID系統(tǒng)可分為邊緣系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。邊緣系統(tǒng)主要完成信息感知，屬于硬件組成部分。軟件系統(tǒng)完成信息處理和應用。通信設備負責整個RFID系統(tǒng)的信息傳輸。

RFID系統(tǒng)的基本組成

2.1電子標簽

電子標簽又稱應答器或智能標簽，是一種主要由內置天線和芯片組成的微型無線收發(fā)器。

2.2讀寫器

讀寫器是一種捕捉和處理RFID標簽數據的設備，可以作為一個單獨的或嵌入到其他系統(tǒng)中。讀寫器也是RFID系統(tǒng)的重要組成部分之一，它的名字來源于它可以將數據寫入RFID。讀寫器的硬件通常由收發(fā)器、微處理器、存儲器、外部傳感器/執(zhí)行器、報警輸入/輸出接口、通信接口和電源組成。

2.3控制器

控制器是讀卡器芯片有序運行的指揮中心。其主要功能：

• 與應用系統(tǒng)軟件通信；
• 執(zhí)行應用系統(tǒng)軟件發(fā)出的動作指令；
• 控制與標簽的通信過程；
• 基帶信號的編解碼；
• 實現防碰撞算法；
• 對讀取器和標簽之間傳輸的數據進行加密和解密；
• 實現讀卡器與電子標簽之間的身份認證；
• 控制其他外部設備，如鍵盤和顯示設備。
• 控制讀卡器芯片的操作（最重要的）。

2.4讀卡器天線

天線是以電磁波的形式接收或輻射前端射頻信號的裝置。它是電路與空間的接口器件，用于實現導波與自由空間波能量的轉換。在RFID系統(tǒng)中，天線分為電子標簽天線和閱讀器天線，分別承擔接收能量和發(fā)射能量的功能。讀卡器天線的特點是：

• 小到可以依附于需要的東西
• 全向或半球覆蓋的方向性
• 能夠為芯片提供最大可能的信號
• 無論方向如何，天線的極化都能與卡的詢問信號相匹配
• 穩(wěn)定性好
• 價格便宜

2.5通信設施

通信設備為不同的RFID系統(tǒng)管理提供安全的通信連接，是RFID系統(tǒng)的重要組成部分。通信設施包括有線或無線網絡和串行通信接口，供讀卡器和控制器連接到計算機。無線網絡可以是個人局域網（例如藍牙技術）、局域網（例如802.11x、WiFi）或廣域網（例如GPRS、3G技術）和衛(wèi)星通信網絡（例如同步軌道衛(wèi)星L波段RFID系統(tǒng)）。

三、RFID天線類型

RFID有三種基本類型：線圈型、微帶貼片型和偶極子型。其中，短距離應用系統(tǒng)使用的1米以下的RFID天線一般采用線圈式天線，工藝簡單，成本低。它主要工作在中低頻段。在應用系統(tǒng)中，1米以上的RFID天線通常采用微帶貼片式或偶極子式。它們工作在高頻和微波頻率級。這些天線的原理是不同的。

① 線圈天線

當RFID線圈天線進入讀寫器產生的交變磁場時，RFID天線和讀寫器天線之間的相互作用與變壓器相似，兩者的線圈相當于變壓器的一次線圈和二次線圈。射頻識別線圈天線形成的諧振回路如下圖所示。

包括RFID天線的線圈電感L、寄生電容Cp和并聯(lián)電容C2，其諧振頻率為：

電容C是Cp和C2的并聯(lián)等效電容。RFID應用系統(tǒng)通過該頻率載波實現雙向數據通信。ID1非接觸式IC卡外觀為小型塑料卡（85.72mm×54.03mm×0.76mm），天線線圈諧振頻率一般為13.56MHz。目前已開發(fā)出一個最小面積為0.4mm×0.4mm線圈天線的短程RFID應用系統(tǒng)。

一些應用要求RFID天線線圈的形狀較小，并且需要一定的工作距離，例如用于動物識別的RFID。當天線線圈面積較小時，RFID與閱讀器之間的互感明顯不適合實際應用。RFID天線線圈通常采用高導磁性的鐵氧體材料來增加互感，補償線圈截面的減小。

②微帶天線

微帶天線是一種由微帶線或同軸探頭在薄介質襯底上饋電的天線。一面附著一層薄金屬層作為接地板，另一面用光刻蝕刻法制作出具有一定形狀的金屬貼片。微帶天線可分為兩種類型：①微帶貼片天線② 微帶縫隙天線

四、RFID工作原理

基本原則射頻識別技術：讀寫器發(fā)送的射頻信號經過編碼后加載到高頻載波信號上，再通過天線發(fā)出。進入讀寫器工作區(qū)的電子標簽接收信號。卡中芯片的相關電路進行倍壓整流、調制、解碼、解碼，然后判斷命令請求、口令、權限等，最后根據指令進行標簽處理。

4.1基礎

從電子標簽與閱讀器之間的通信和能量傳感角度來看，系統(tǒng)一般可分為兩類，即感應耦合系統(tǒng)和電磁后向散射耦合系統(tǒng)。根據電磁感應定律，利用空間高頻交變磁場實現感應耦合；電磁背散射耦合，即雷達原理模型：發(fā)射的電磁波擊中目標后反射，并攜帶目標信息，這是基于電磁波在空間中傳播的規(guī)律。

4.2感應耦合RFID系統(tǒng)

RFID的感應耦合符合ISO/iec14443協(xié)議。感應耦合電子標簽由電子數據載體組成，電子數據載體通常由單個微芯片和大面積線圈構成的天線組成。

幾乎所有的感應耦合方式的標簽都是被動工作的，標簽中的微芯片工作所需的全部能量都是由讀卡器傳輸的感應電磁能量提供的。閱讀器的天線線圈產生高頻強電磁場，穿過線圈的橫截面和周圍空間，使附近的電子標簽產生電磁感應。

感應耦合射頻識別系統(tǒng)工作原理圖

4.3反向散射耦合RFID系統(tǒng)

① 背散射調制

雷達技術為RFID的后向散射耦合提供了理論和實踐依據。當電磁波遇到空間目標時，一部分能量被目標吸收，另一部分能量以不同強度向不同方向散射。在散射能量中，反射回發(fā)射天線并由天線接收的一小部分（回波）（因此發(fā)射天線也是接收天線）。對接收到的信號進行放大處理，得到目標的相關信息。在雷達技術中，這種反射波可以用來測量目標的距離和方位。

在RFID系統(tǒng)中，利用電磁波的反射，可以將電子標簽上的數據傳輸給閱讀器。這種工作模式主要用于915MHz、2.45GHz或更高頻率的系統(tǒng)。

②射頻識別后向散射耦合模式

目標反射電磁波的頻率由其橫截面決定。截面與目標的尺寸、形狀、材料、電磁波的波長和偏振方向等一系列參數有關，因為目標的反射性能通常隨著頻率的增加而增強，射頻識別的后向散射耦合方式采用UHF和UHF，應答器與讀卡器之間的距離大于1米。讀卡器、電子標簽和天線構成了一個收發(fā)器通信系統(tǒng)。

4.4 RFID技術特點

① 優(yōu)勢：

• 快速掃描：RFID識別器可以同時讀寫多個RFID標簽，讀取速度非常快。有源RFID系統(tǒng)的草圖功能可以用于交互式服務，如過程跟蹤和維護跟蹤。
• 小型化和形狀多樣化：RFID標簽向小型化和多樣化方向發(fā)展，以適應不同的產品。信息的讀取不受芯片尺寸和形狀的限制，也不需要與紙張的固定尺寸或打印質量相匹配才能準確讀取。此外，RFID標簽正朝著小型化和多樣化方向發(fā)展，以應用于不同的產品中。
• RFID標簽是將數據存儲在芯片中：RFID芯片和RFID讀卡器對水、油和化學物質有很強的抵抗力，不僅不受污染，而且易于保存。
• 可重復使用：RFID標簽反復添加、修改、刪除RFID卷標中存儲的數據，方便信息的更新。
• 穿透和無載讀數：射頻識別技術比傳統(tǒng)智能芯片更精確，識別距離更靈活。它可以實現穿透和無障礙讀取。射頻識別技術可以穿透紙張、木材和塑料等材料，以穿透通信。它還可以通過雪、霧、冰、油漆、灰塵等惡劣環(huán)境讀取標簽，如條形碼無法使用。
• 大存儲容量：RFID的最大容量是幾兆字節(jié)，可以大量記錄。隨著技術的進步，產能也在增加。
• 安全性：由于RFID攜帶電子信息，其數據內容可通過密碼進行保護，使其內容難以偽造和篡改。

② 缺點：

• 技術成熟度還不夠：RFID技術是一種新興技術，在技術上還不是很成熟。由于超高頻RFID標簽具有反向反射特性，很難應用于金屬、液體等商品。
• 高成本：與普通條形碼標簽相比，RFID電子標簽相對昂貴，后者的成本是普通條形碼標簽的幾十倍。如果使用量大，成本就太高，這大大降低了市場使用RFID技術的積極性。
• 技術標準不統(tǒng)一：RFID技術尚未形成統(tǒng)一的標準。市場上多種標準并存，導致不同企業(yè)產品的不兼容。RFID系統(tǒng)的主要制造商提供專用系統(tǒng)，這導致不同的應用和行業(yè)采用不同制造商的頻率和協(xié)議標準。不兼容的標準導致了RFID技術應用的混亂，制約了RFID技術的整體發(fā)展。

③ 前景：

近十年來，RFID技術發(fā)展迅速，在工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通管理等領域得到了廣泛的應用。隨著技術的發(fā)展，RFID技術的種類會越來越豐富，應用也會越來越廣泛。可以預見射頻識別技術未來幾年將繼續(xù)保持快速發(fā)展。

總的來說，當前RFID的發(fā)展趨勢是標準化、低成本、低誤碼率、高安全性和低功耗。

• 標準化：行業(yè)標準和相關產品標準不統(tǒng)一，到目前為止全球電子標簽還沒有正式形成統(tǒng)一（包括各個階段）的國際標準。
• 低成本：目前，美國電子標簽的最低價格約為20美分，不能適用于某些低價值的單項商品。只有當電子標簽的單價降到10美分以下時，才能大規(guī)模應用于商品。
• 低誤碼率：雖然RFID標簽的單一技術已經成熟，但整體產品技術還不夠成熟，仍然存在較高的誤讀率（RFID誤讀率有時高達20%）。在集成應用中，還需要解決大量的技術問題。
• 高安全性：目前廣泛使用的無源RFID系統(tǒng)沒有非常可靠的安全機制，不能對數據進行保密。RFID數據容易受到攻擊，主要是由于RFID芯片本身的原因。而芯片在讀寫數據的過程中很容易被黑客利用。

五、RFID技術應用領域

訪問控制：人員訪問控制管理。

動物監(jiān)測：動物管理，寵物識別，野生動物生態(tài)跟蹤。

物流管理：航空行李識別、庫存和物流運輸管理。

自動控制：汽車、家電、電子行業(yè)的分類及流水線管理。

醫(yī)療應用：醫(yī)院病案系統(tǒng)、儀器設備的管理。

物料控制：工廠物料的自動庫存和控制系統(tǒng)。

質量跟蹤：產品質量跟蹤和反饋。

資源回收：堆垛板、可回收容器的管理。

安全應用：超市、圖書館或書店的安全管理。

廢物處理：垃圾收集和處理，廢物控制系統(tǒng)。

聯(lián)名票：多功能智能卡。

危險品：對軍械、火器、雷管和爆炸物的管制。

六、常見問題

1.什么是RFID技術？它是如何工作的？

RFID是一種數據收集方法，涉及通過低功率無線電波自動識別對象。數據通過由RFID標簽、天線、RFID讀取器和收發(fā)器組成的系統(tǒng)進行發(fā)送和接收。

2.RFID在哪里使用？

RFID用于零售商店的商品級標記。除了庫存控制之外，這還通過使用電子物品監(jiān)控系統(tǒng)（EAS）提供防止顧客和員工盜竊（商店盜竊）和客戶自助結賬流程。

3.RFID技術安全嗎？

RFID信用卡被認為與EMV芯片卡一樣安全，與RFID卡有關的數據被盜是不常見的。這是因為這些卡片是如何傳遞信息的，哪些信息是共享的。

4.什么是RFID系統(tǒng)？

射頻識別（RFID）是指由兩個組件組成的無線系統(tǒng)：標簽和閱讀器。讀卡器是一種具有一個或多個天線的設備，這些天線發(fā)射無線電波并接收來自射頻識別標簽的信號。。。讀卡器沒有電池供電。

5.RFID的缺點是什么？

?金屬和液體等材料會影響信號。

?有時不如條形碼掃描儀準確可靠。

?成本——RFID閱讀器比條形碼閱讀器貴10倍。

?實施可能困難且耗時。

6.射頻識別芯片可以移除嗎？

另一方面，植入的RFID芯片，就像數字紋身或胸前貼片已經代表了第二階段的機器化一樣，這是因為不管有什么危險的東西說，它們都不能像你的閃光T恤那樣在一天結束時那么容易被移除。

7.NFC和RFID哪個更好？

RFID最適合于物流功能中的資產跟蹤和定位。NFC代表近場通信。NFC也基于RFID協(xié)議。RFID的主要區(qū)別在于NFC設備不僅可以充當讀卡器，還可以作為標簽（卡片模擬模式）。

8.RFID會干擾WiFi嗎？

交叉干擾最有可能發(fā)生在RFID系統(tǒng)和WIFI或個人局域網（WPAN）之間，如藍牙，但只有當設備共享公共或相鄰頻段時。。。11 WIFI標準與按照相同標準運行的WIFI網絡一起使用時可能會遇到困難。

9.如何檢測RFID？

?在專門的在線或本地電子零售商處獲取RFID芯片閱讀器。

?打開RFID芯片閱讀器，掃描您認為存在RFID芯片的區(qū)域附近。

?隨著來自RFID芯片讀取器的蜂鳴音增加，信號強度也隨之增加。

10.什么是RFID及其類型？

根據射頻識別標簽用于數據傳輸的頻率范圍，可將其分為三類：低頻（LF）、高頻（HF）和超高頻（UHF）。一般來說，射頻識別系統(tǒng)的頻率越低，讀取范圍越短，數據讀取速率越慢。