本文關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

林和安 Vincent

眾所周知，奧運(yùn)會是目前世界上規(guī)模最宏大的綜合性體育賽事，集體育比賽、休閑、交流、游玩、購物及其它商業(yè)活動于一體，因此承載這個賽事的奧運(yùn)場館必將接納龐大的觀眾、運(yùn)動員、管理人員、服務(wù)人員等，且人群身份極其復(fù)雜并處于不停的移動之中。

如何驗(yàn)證人員所持的票卡和證件是否有效？如何及時跟蹤和查詢?nèi)藛T是否進(jìn)入到指定區(qū)域？當(dāng)人員誤入或非法闖入禁入?yún)^(qū)域時又如何警示和引導(dǎo)其迅速離開？如何實(shí)時查詢某區(qū)域人員擁擠程度？采用RFID電子門票管理系統(tǒng)，將能夠達(dá)到高效優(yōu)質(zhì)管理的目的。

RFID電子門票是一種將智能芯片嵌入紙質(zhì)門票等介質(zhì)中，用于快捷檢票/驗(yàn)票并能實(shí)現(xiàn)對持票人進(jìn)行實(shí)時精準(zhǔn)定位跟蹤和查詢管理的新型門票。2008年北京奧運(yùn)會將使用基于RFID芯片技術(shù)的電子門票，生動體現(xiàn)"科技奧運(yùn)"和"人文奧運(yùn)"的深刻內(nèi)涵。

筆者整理了RFID相關(guān)數(shù)據(jù)，供各位電子愛好者參考。

1．什么是RFID

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別。常稱為感應(yīng)式電子芯片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子卷標(biāo)、電子條形碼等等。一套完整的 RFID系統(tǒng)由 Reader 與 Transponder 兩部份組成 ,其動作原理為由 Reader 發(fā)射一特定頻率之無線電波能量給Transponder,用以驅(qū)動Transponder電路將內(nèi)部之ID Code送出，此時Reader便接收此ID Code。 Transponder的特殊在于免用電池、免接觸、免刷卡故不怕臟污，且芯片密碼為世界唯一無法復(fù)制，安全性高、長壽命。

RFID有時被稱做電子卷標(biāo)、射頻卷標(biāo)。通過這種非接觸式的自動識別技術(shù)，作為條形碼的無線版本，應(yīng)用非常廣泛，如動物芯片、門禁管制、停車場管制、生產(chǎn)線自動化、物料管理等。標(biāo)簽根據(jù)商家種類的不同能儲存從512字節(jié)到4兆不等的數(shù)據(jù)。卷標(biāo)中儲存的數(shù)據(jù)是由系統(tǒng)的應(yīng)用和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)決定的。例如，卷標(biāo)能夠提供產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲情況，也可以辨別機(jī)器、動物和個體的身份。卷標(biāo)還可以連接到數(shù)據(jù)庫，存儲產(chǎn)品庫存編號、當(dāng)前位置、狀態(tài)、售價、批號的信息。相應(yīng)的，射頻卷標(biāo)在讀取數(shù)據(jù)時不用參照數(shù)據(jù)庫可以直接確定代碼的含義。下圖所示為電子卷標(biāo)內(nèi)部結(jié)構(gòu)：芯片+天線

最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成。

標(biāo)簽(Tag)：由耦合組件及芯片組成，每個卷標(biāo)具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象；

閱讀器(Reader)：讀取(有時還可以寫入)卷標(biāo)信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為掌上型或固定式；

天線(Antenna)：在卷標(biāo)和讀取器間傳遞射頻信號。

上圖為RFID系統(tǒng)組成示意圖

RFID系統(tǒng)至少包含電子卷標(biāo)和閱讀器兩部分。電子卷標(biāo)是射頻識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，電子卷標(biāo)由卷標(biāo)天線和卷標(biāo)專用芯片組成。依據(jù)電子卷標(biāo)供電方式的不同，電子卷標(biāo)可以分為有源電子卷標(biāo)(Active tag)、無源電子卷標(biāo)(Passive tag)和半無源電子卷標(biāo)(Semi—passive tag)。有源電子卷標(biāo)內(nèi)裝有電池，無源射頻標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池，半無源電子卷標(biāo)(Semi—passive tag)部分依靠電池工作。

電子卷標(biāo)依據(jù)頻率的不同可分為低頻電子卷標(biāo)、高頻電子卷標(biāo)、超高頻電子卷標(biāo)和微波電子卷標(biāo)。依據(jù)封裝形式的不同可分為信用卡卷標(biāo)、線形卷標(biāo)、紙狀卷標(biāo)、玻璃管卷標(biāo)、圓形卷標(biāo)及特殊用途的異形標(biāo)簽等。 RFID閱讀器（讀寫器）通過天線與RFID電子卷標(biāo)進(jìn)行無線通信，可以實(shí)現(xiàn)對卷標(biāo)識別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的讀出或?qū)懭氩僮鳌５湫偷拈喿x器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及閱讀器天線。

2.RFID發(fā)展歷程

RFID直接繼承了雷達(dá)的概念，1948年哈里.斯托克曼發(fā)表的“利用反射功率的通訊”奠定了射頻識別RFID的理論基礎(chǔ)。

1941～1950年 雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了RFID技術(shù)，1948年奠定了RFID技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

1951—1970年 RFID技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開始了一些應(yīng)用嘗試。

1971—1980年 RFID技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期，各種RFID技術(shù)測試得到加速，出現(xiàn)了一些最早的RFID應(yīng)用。

1981～1990年 RFID技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，各種規(guī)模應(yīng)用出現(xiàn)。

1991～2000年 RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨得到重視，RFID產(chǎn)品得到廣泛采用，RFID產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。

2001—今 標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨為人們所重視，，RFID產(chǎn)品種類更加豐富，有源電子卷標(biāo)、 無源電子卷標(biāo)及半無源電子卷標(biāo)均得到發(fā)展，電子卷標(biāo)成本不斷降低，規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴(kuò)大。

RFID技術(shù)和應(yīng)用在我國也發(fā)展迅速。2006年6月，由國家科技部、信息產(chǎn)業(yè)部等十多個部委共同編寫的《中國射頻識別(RFID)技術(shù)政策白皮書》公布。這份白皮書，給出了中國標(biāo)準(zhǔn)制定的大致時間表：在培育期（2006～2008），按照國家RFID標(biāo)準(zhǔn)體系框架，制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)；在成長期（2007～2012），基本形成中國RFID標(biāo)準(zhǔn)體系。

3．RFID的工作原理

RFID系統(tǒng)的基本模型如下圖所示。

電子卷標(biāo)與閱讀器之間通過耦合組件實(shí)現(xiàn)射頻信號的空間(無接觸)耦合、在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、資料的交換。

發(fā)生在閱讀器和電子卷標(biāo)之間的射頻信號的耦合類型有兩種。

(1)電感耦合。變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律，如下圖所示。

(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，同時攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。

電磁反向散射耦合型的RFID讀寫器（上圖）

和收音機(jī)原理一樣，射頻卷標(biāo)和閱讀器也要調(diào)制到相同的頻率才能工作。LF, HF, UHF就對應(yīng)著不同頻率的射頻。LF代表低頻射頻，在125KHz左右，HF代表高頻射頻，在13.54MHz左右，UHF代表超高頻射頻，在850至910MHz范圍之內(nèi)，還有2.4G的微波讀寫器。

電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識別系統(tǒng)。

不同的國家所使用的RFID頻率也不盡相同。歐洲的超高頻是868MHz，美國的則是915MHz，日本目前不允許將超高頻用到射頻技術(shù)中。各國政府也通過調(diào)整閱讀器的功率來限制它對其他設(shè)備的影響，有些組織例如全球商務(wù)促進(jìn)委員會正鼓勵政府取消限制，卷標(biāo)和閱讀器生產(chǎn)廠商也正在開發(fā)能使用不同頻率系統(tǒng)避免這些問題。

4．RFID讀寫器防沖撞原理

RFID技術(shù)的一個難點(diǎn)是同時讀取復(fù)數(shù)個標(biāo)簽。為了實(shí)現(xiàn)這個功能在通信上所采取的技術(shù)是“防沖撞”．同時讀取復(fù)數(shù)個標(biāo)簽是常被人們談及的RFID比條形碼遠(yuǎn)為優(yōu)越的地方，但是如果沒有“防沖撞”的功能時，RFID系統(tǒng)只能讀寫一個標(biāo)簽。在這種情況下如果有兩個以上的標(biāo)簽同時處于可讀取的范圍內(nèi)就會導(dǎo)致讀取的錯誤。

即使是具有“防沖撞”功能的RFID系統(tǒng)，實(shí)際上并非同時讀取所有標(biāo)簽的內(nèi)容。在同時查出有復(fù)數(shù)個標(biāo)簽存在的情況下，檢索信號并防止沖突的功能開始動作。為了進(jìn)行檢索，首先要確定檢索條件。例如，13.56MHz頻帶的RFID系統(tǒng)里應(yīng)用的ALOHA方式的防碰撞功能的工作步驟如下。

1）首先，閱讀器指定電子卷標(biāo)內(nèi)存的特定位數(shù)（1~4位左右）為次數(shù)批量。

2）電子卷標(biāo)根據(jù)次數(shù)批量，將響應(yīng)的時機(jī)離散化。例如在兩位數(shù)的次數(shù)批量“00、01、10、11”時，讀寫器將以不同的時機(jī)對這四種可能性逐一進(jìn)行響應(yīng)。

3）若在各個時機(jī)里同時響應(yīng)的電子卷標(biāo)只有一個的場合下才能得到這個電子卷標(biāo)的正常數(shù)據(jù)。信息讀取之后閱讀器對于這個電子卷標(biāo)發(fā)送在一定的時間內(nèi)不再響應(yīng)的睡眠的指令（Sleep/Mute）使之在休眠，避免再次向應(yīng)。

4）若在各個時機(jī)內(nèi)同時由幾個電子卷標(biāo)響應(yīng)，判別為“沖突”。在這種情況下，內(nèi)存內(nèi)的另外兩位數(shù)所記錄的次數(shù)批量，重復(fù)以上從2）開始的處理。

5）所有的電子卷標(biāo)都完成響應(yīng)之后，閱讀器向他們發(fā)送喚醒的指令（Wake Up），從而完成對所有電子卷標(biāo)的信息讀取。

在這種搭載有“防沖撞”功能的RFID系統(tǒng)中，為了只讀一個標(biāo)簽，幾經(jīng)調(diào)整次數(shù)批量反復(fù)讀取進(jìn)行檢索。所以，一次性讀取具有一定數(shù)量的標(biāo)簽的情況下，所有的標(biāo)簽都被讀到為止其速度是不同的，一次性讀取的標(biāo)簽數(shù)目越多，完成讀取所需時間要比單純計(jì)算所需的時間越長。

實(shí)現(xiàn)“防沖撞”功能是RFID在物流領(lǐng)域中取代條形碼所必不可少的條件。例如，在超市中，商品是裝在購物車?yán)锩孢M(jìn)行計(jì)價的。為了實(shí)現(xiàn)這種計(jì)價方式，“防沖撞”功能必須完備。具有“防沖撞”功能的RFID系統(tǒng)的價格比不具有這種功能的系統(tǒng)的要昂貴。當(dāng)個人用戶在制作RFID系統(tǒng)的時候，如果沒有必要進(jìn)行復(fù)數(shù)個ID同時認(rèn)識時就沒有必要選擇抗碰撞機(jī)能的讀寫器。

（未完待續(xù)）

本文是從電子愛好者的角度簡要闡述了RFID基本知識，限于篇幅有限，下期再進(jìn)一步探討。希望本文的介紹對大家有所幫助，有問題或建議可與筆者交流（versalam@netvigator.com）。

  本文關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。