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RFID知識:RFID射頻技術的幾個基礎常識

來源: 作者: 發布日期:2016-08-30 18:26:28 加入收藏 關注:
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      說起RFID可能大家都不明就里,它是Radio Frequency Identification的縮寫,術語為射頻識別,是一種比較突出的識別技術。隨著科技的進步,現在很多領域都已經應用到了這個新興的技術,那么RFID的基本組成部分是什么?什么是RFID中間件?RFID技術的基本工作原理是什么?以下一一道來。

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RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽,操作快捷方便。埃森哲實驗室首席科學家弗格森認為RFID是一種突破性的技術:"第一,可以識別單個的非常具體的物體,而不是像條形碼那樣只能識別一類物體;第二,其采用無線電射頻,可以透過外部材料讀取數據,而條形碼必須靠激光來讀取信息;第三,可以同時對多個物體進行識讀,而條形碼只能一個一個地讀。此外,儲存的信息量也非常大。"

什么是RFID的基本組成部分?

最基本的RFID系統由三部分組成:

標簽(Tag):由耦合元件及芯片組成,每個標簽具有唯一的電子編碼,附著在物體上標識目標對象;

閱讀器(Reader):讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備,可設計為手持式或固定式;

天線(Antenna):在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

一套完整的系統還需具備:數據傳輸和處理系統。

RFID技術的基本工作原理是什么?

RFID技術的基本工作原理并不復雜:標簽進入磁場后,接收解讀器發出的射頻信號,憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(Passive Tag,無源標簽或被動標簽),或者主動發送某一頻率的信號(Active Tag,有源標簽或主動標簽);解讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統進行有關數據處理。

什么是RFID中間件?

RFID2005年建議企業可考慮引入的十大策略技術之一,而中間件(Middleware)可稱為是RFID運作的中樞,因為它可以加速關鍵應用的問世。

RFID產業潛力無窮,應用的范圍遍及制造、物流、醫療、運輸、零售、國防等等。Gartner Group認為,RFID2005年建議企業可考慮引入的十大策略技術之一,然而其成功之關鍵除了標簽(Tag)的價格、天線的設計、波段的標準化、設備的認證之外,最重要的是要有關鍵的應用軟件(Killer Application),才能迅速推廣。而中間件(Middleware)可稱為是RFID運作的中樞,因為它可以加速關鍵應用的問世。

是什么讓零售商如此推崇RFID

Sanford CBernstein公司的零售業分析師估計,通過采用RFID,沃爾瑪每年可以節省835億美元,其中大部分是因為不需要人工查看進貨的條碼而節省的勞動力成本。盡管另外一些分析師認為80億美元這個數字過于樂觀,但毫無疑問,RFID有助于解決零售業兩個最大的難題:商品斷貨和損耗(因盜竊和供應鏈被攪亂而損失的產品),而現在單是盜竊一項,沃爾瑪一年的損失就差不多有20億美元,如果一家合法企業的營業額能達到這個數字,就可以在美國1000家最大企業的排行榜中名列第694位。研究機構估計,這種RFID技術能夠幫助把失竊和存貨水平降低25%

RFID典型應用領域和具體應用

1、車輛自動識別治理

鐵路車號自動識別是射頻識別技術最普遍的應用。

2、高速公路收費及智能交通系統

高速公路自動收費系統是射頻識別技術最成功的應用之一,它充分體現了非接觸識別的優勢。在車輛高速通過收費站的同時完成繳費,解決了交通的瓶頸問題,提高了車行速度,避免擁堵,提高了收費結算效率。

3、貨物的跟蹤、治理及監控

射頻識別技術為貨物的跟蹤、治理及監控提供了快捷、準確、自動化的手段。以射頻識別技術為核心的集裝箱自動識別,成為全球范圍最大的貨物跟蹤治理應用。

4、倉儲、配送等物流環節

射頻識別技術目前在倉儲、配送等物流環節已有許多成功的應用。隨著射頻識別技術在開放的物流環節統一標準的研究開發,物流業將成為射頻識別技術最大的受益行業。

5、電子錢包、電子票證

射頻識別卡是射頻識別技術的一個主要應用。射頻識別卡的功能相當于電子錢包,實現非現金結算。目前主要的應用在交通方面。

6、生產線產品加工過程自動控制

主要應用在大型工廠的自動化流水作業線上,實現自動控制、監視,提高生產效率,節約成本。

7、動物跟蹤和治理

射頻識別技術可用于動物跟蹤。在大型養殖廠,可通過采用射頻識別技術建立飼養檔案、預防接種檔案等,達到高效、自動化治理牲畜的目的,同時為食品安全提供了保障。射頻識別技術還可用于信鴿比賽、賽馬識別等,以準確測定到達時間。

無源RFID標簽結構組成以及工作原理

無源RFID標簽本身不帶電池,依靠讀卡器發送的電磁能量工作。由于它結構簡單、經濟實用,因而獲得廣泛的應用。無源RFID標簽由RFID IC、諧振電容C和天線L組成,天線與電容組成諧振回路,調諧在讀卡器的載波頻率,以獲得最佳性能。

生產廠商大多遵循國際電信聯盟的規范,RFID使用的頻率有6種,分別為135KHz1356MHz433-92MHz860-930MHz(即UHF)、245GHz以及58GHz。無源RFID主要使用前二種頻率。

RFID標簽結構

RFID標簽天線有兩種天線形式:(1)線繞電感天線;(2)在介質基板上壓印或印刷刻腐的盤旋狀天線。天線形式由載波頻率、標簽封裝形式、性能和組裝成本等因素決定。例如,頻率小于400KHz時需要mH級電感量,這類天線只能用線繞電感制作;頻率在4~30MHz時,僅需幾個礖,幾圈線繞電感就可以,或使用介質基板上的刻腐天線。

選擇天線后,下一步就是如何將硅IC貼接在天線上。IC貼接也有兩種基本方法:(1)使用板上芯片(COB);(2)裸芯片直接貼接在天線上。前者常用于線繞天線;而后者用于刻腐天線。CIB是將諧振電容和RFID IC一起封裝在同一個管殼中,天線則用烙鐵或熔焊工藝連接在COB2個外接端了上。由于大多數COB用于ISO卡,一種符合ISO標準厚度(076)規格的卡,因此COB的典型厚度約為04mm。兩種常見的COB封裝形式是IST采用的IOA2MOA2)和美國HEI公司采用的WorldⅡ。

裸芯片直接貼接減少了中間步驟,廣泛地用于低成本和大批量應用。直接貼接也有兩種方法可供選擇,(1)引線焊接;(2)倒裝工藝。采用倒裝工藝時,芯片焊盤上需制作專門的焊球,材料是金的,高度約25祄,然后將焊球倒裝在天線的印制走線上。引線焊接工藝較簡單,裸芯片直接用引線焊接在天線上,焊接區再用黑色環氧樹脂密封。對小批量生產,這種工藝的成本較低;而對于大批量生產,最好采有倒裝工藝。

基本工作原理

無線RFID標簽的性能受標簽大小,調制形式、電路Q值、器件功耗以及調制深度的極大影響。下面簡要地介紹它的工作原理。

RFID IC內部備有一個154位存儲器,用以存儲標簽數據。IC內部還有一個通導電阻極低的調制門控管(CMOS),以一定頻率工作。當讀卡器發射電磁波,使標簽天線電感式電壓達到VPP時,器件工作,以曼徹斯特格式將數據發送回去。

數據發送是通過調諧與去調諧外部諧振回路來完成的。具體過程如下:當數據為邏輯高電平時,門控管截止,將調諧電路調諧于讀卡器的截波頻率,這就是調諧狀態,感應電壓達到最大值。如此進行,調諧與去調諧在標簽線圈上產生一個幅度調制信號,讀卡器檢測電壓波形包絡,就能重構來自標簽的數據信號。

 

    分析認為,物聯網已成為當前世界新一輪經濟和科技發展的戰略制高點之一,而射頻識別技術作為物聯網的核心技術,其發展無疑對物聯網的應用起到至關重要的作用。

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