RFID技术在新一代信息技术中的应用

无线射频识别（RFID）技术作为21世纪最有发展前途的信息技术之一，已得到全球业界的高度重视；中国拥有产品门类最为齐全的装备制造业，又是全球IT产品最重要的生产加工基地和消费市场。

1.RFID技术在日常生活中的应用

1）RFID防伪技术在第二代身份证上的应用

现在使用的第二代居民身份证是由我国自主研发的专用RFID技术芯片制成的，二代身份证增加了多种防伪技术，杜绝了个人和组织非法造假行为，预防和打击了违法犯罪活动，维护了社会和谐，给我们的生活带来了许多便捷。

2）基于RFID技术的远距离识别停车场管理系统

这种停车场管理系统是目前世界上最先进的停车场自动化管理方式之一，是停车场管理方式发展的必然趋势，与人工管理相比，其安全性、稳定性、自动化程度更好。其能够实现进出完全不停车、自动识别、自动登记、自动放行等功能，后台管理处理平台也具有查看进出车辆相关信息的功能。

3）门禁管理系统

在各个主要部门的门上安装门禁管理系统，每个部门可以自己设置能够进入这个部门的人员名单。只要是这个名单的人员在进门时通过电子卡片就可以打开门，否则阅读器没有响应电子卡片，门打不开。如果门强行打开，系统则自动报警。

4）物体防盗。

用RFID技术可以保护和跟踪个人财产。将电子标签镶在物体上，处理器会自动跟踪、管理这些贵重物体，如发现物体从自己原来的位置离开，就会启动报警装置，通知平台所监控物体已离开，再结合GPS系统，利用应答器对物体进行有效的跟踪管理。

5）RFID适用的行业

目前，RFID已经在普通消费市场大量应用，其中最有代表性的就是公交一卡通。公交一卡通可以在地铁、公交、部分停车场进行缴费，但公交一卡通还没有把RFID的便利性发挥到最好。以下行业是RFID未来可能得到发展的应用场合：零售流通产业、医疗产业、汽车产业、物流产业、服饰业、智能图书馆等。

2.RFID介绍

“Radio Frequency Identification”可以缩写为RFID，这是一种无线射频识别传感技术，日常生活中称通常叫作感应式电子晶片、非接触卡、感应卡等，专业术语通称电子标签或者应答器。RFID传感技术是一种不需要表面接触就可以自动识别的现代传感技术，物体对象的个体信息通过无线射频信号传输，自动完成整个识别过程。这种技术可以快速地进行信息追踪和数据交换，整个识别过程不要人工操作，适合工作在多种自然环境条件下实现正常通信，且识别效果好。RFID技术最大的优势在于进行多个物体识别，且物体同时处于高速移动的状态。其系统设计方案选择多样化，操作过程易于实现，为高速移动多目标车辆识别的完美实现提供了可能。RFID具有其他传感识别技术没有的突破性的特点。第一，它的识别对象可以具体到每一个物体，每个物体对应唯一可以表明其身份特点的序列号，区别于其他对象；第二，它读取数据信息可以依靠物体外部特征性质，识别领域更广；第三，它可以对多个目标进行同时识别，对每个物体的识别效果一样，而不像其他识别方法只能一个一个地识别目标；最重要的一点，它储存信息的能力能够满足识别需求。相比其他识别方法，RFID识别技术的效果更快速、更准确，硬件设备和软件花费也比较小。

RFID系统组成如图3.3所示。

图3.3　RFID系统

3.RFID车辆识别特点

（1）RFID技术电子标签的硬件设计已经成熟，其外观小而精巧，形状多样。

电子标签在尺寸大小及外形设计上不影响RFID阅读器对数据信息的传输效率，同时对获取的数据信息精确度也没有影响。此外，RFID电子标签为了应用在不同车辆中外形设计可以有多种样式，因此，电子标签的生产非常灵活。

（2）使用无线方式读取数据信息。

即不需要接触，只通过RFID阅读器直接读取相关数据信息到后台数据处理平台，而且多个目标标签可以一次处理，同时将车辆识别处理结果的状态存入车辆标签，供下一次使用。

（3）可反复读写。

RFID可以反复被读写数据，所以可以重复回收使用废弃标签。

（4）安全性。

将车辆信息数据从后台处理平台转存到标签上，将为整个系统提供安全保障。通过校验或循环取余校验等编码方式可保证标签中存储信息的准确性。

（5）储存数据信息量大。

RFID不会受数据容量增大的限制。

（6）穿通性。

RFID除了被铁质金属物质镶嵌会无法通信、阻止数据交换，被其他纸张、木材和塑料等非金属或非透明的物质阻挡，则不会影响通信效果，均能正常通信。

（7）适应环境的能力强。

RFID对水、油和腐蚀性物体具有很强的防御性，所以在大雨大雾天气、黑暗的环境中都可以读取数据信息。

4.RFID的工作原理

通常情况下，RFID的应用系统主要由读写器和RFID卡两部分组成，如图3.4所示。

图3.4　RFID工作原理

RFID应用系统的基本工作原理：RFID卡进入读写器的射频场后，由其天线获得的感应电流经升压电路作为芯片的电源，同时将带信息的感应电流通过射频前端电路检测得到数字信号，并将数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理；所需回复的信息从存储器中获取，然后经逻辑控制电路送回射频前端电路，最后通过天线发回给读写器，如图3.5所示。

图3.5　RFID卡的内部结构——天线与芯片

目前，RFID已得到了广泛的应用，且有国际标准ISO10536、ISO14443、ISO15693、ISO18000等。这些标准除规定了通信数据帧协议外，还着重对工作距离、频率、耦合方式等与天线物理特性相关的技术规格进行了规范。

1）技术标准

ISO18000：定义了在不同频率上阅读器和电子标签之间的询问接口方式。如图3.6所示是ISO/IEC18000系列的标准的详细内容。

EPC Gen2：频率在860～960 MHz上的询问空中接口标准。

(www.xing528.com)

图3.6　ISO/IEC18000系列的协议详细内容

2）数据存储内容标准

ISO/IEC 15418：EAN/UCC应用标识符及温性电路数据标识符和保护。

ISO/IEC 15224：数据载波和特征标识符。

ISO/IEC 15434：高存储量ADC媒介传输语法标准。

ISO/IEC 15459：物体唯一序列号（ID）编码标准。

ISO/IEC 15961：应用接口信息交换协议标准。

ISO/IEC 15962：编码方式和逻辑存储功能标准。

ISO/IEC 15963：唯一序列号（ID）标准。

ISO/IEC 24721：唯一ID序列号规范标准。

3）统一性标准

ISO/IEC 18046：射频应用系统设备指标标准。

ISO/IEC 18047：射频应用系统设备统一性测试、调试方式标准。

4）使用规范标准

ISO 10374：货物运输集装箱标准。

ISO 18185：射频通信协议标准。

ISO 11784：用于动物的射频识别过程ID编码方式及结构标准。

ISO 11785：用于动物的射频识别技术规范标准。

ISO14223-1：电子标签和阅读器第一部分的空中接口用在动物的射频识别标准。

AIAGB-11：汽车轮胎的序列号（ID）使用标准。

ISO 122/104JWG：射频应用系统的供应链使用标准。

RFID同其他识别系统的比较如表3.2所示。

表3.2　RFID同其他识别系统的比较

5.RFID技术的分类

从定义上来介绍，RFID通信系统的工作频率就是阅读器和电子标签在传输命令或者数据时的使用频率。RFID系统工作频率一旦确定，RFID系统的整体设计框架也必须按工作频率来决定，包括选择电磁耦合还是电感耦合方式，远距离识别还是近距离，同时决定了电子标签和阅读器之间通信质量的强弱、通信实现的难易程度。电子标签工作在不同的频段上有不一样的设计要求。在国际上对射频识别应用划分了规定的频段或频点，目前应用系统常见有125 kHz、133 kHz、13.56 MHz、27.12 MHz、433 MHz、902～928 MHz、5.8 GHz等工作频率。

1）射频信号在低频段传输

在30～300 kHz范围内可以使用，日常应用系统主要选择工作频率125 kHz、133 kHz。工作在低频段的电子标签自身不带电源，其工作能量来自阅读器发射电磁波所辐射的磁场中。当电子标签进入阅读器耦合磁场范围内时，阅读器和电子标签就可以进行数据信息传输和交换，一般情况要求在1 m以内。在低频段进行物体识别的主要应用场合集中在动物识别、工具识别及静态物体识别等方面，电子标签随着应用场合的不同，其外观形状制作也可以不同，有挂式如项圈式、注射式等。低频段进行物体识别主要缺点是：卡内储存空间偏少，低速、近距离识别，而且成本较高。

2）射频信号在中高频传输

其工作范围在3～30 MHz，日常应用系统主要选择工作频率13.56 MHz。从识别物体的整个过程来分析，和低频频段的识别原理是一样的，也是采用电感耦合方式进行能量的转换，一般在RFID技术中把这个频段的应用归为低频电子标签类。中高频频段的电子标签一般自身不带电源，自身不提供发射能量，其工作能量也是来自阅读器提供，必须当电子标签进入阅读器耦合磁场范围内时，阅读器磁场提供能量，才能和电子标签进行数据信息传输和交换，一般情况也要求在1 m以内才可以识别。中高频频段的使用规则主要依据国际标准ISO14443、ISO15693、ISO18000-3。一般把电子标签制作成卡片形状，安装在车票、门票，身份证等内部方便应用。这个频段和低频频段的缺点一样，如果想得到较高的信息传输速率，就必须提高系统工作频率。

3）射频信号在超高频与微波频段传输

该系统简称微波射频通信系统，日常应用系统主要选择工作频率433.92 MHz、902～928 MHz、2.45 GHz、5.8 GHz。微波电子标签分两种：一种是不带电源，另一种是自身带电源。电子标签进入阅读器天线辐射磁场范围内，就可以工作，两者之间是电磁耦合方式。无源电子标签还是靠阅读器天线辐射提供工作能量，唤醒无源电子标签。其阅读距离大于1 m，比较常见的距离是4～6 m，最远可达到10 m以上。微波电子标签的设计规则依据ISO10374、ISO18000-4（2.45 GHz）、ISO18000-5、ISO18000-6等国际标准，主要应用于移动车辆识别、仓库物流管理等。如表3.3所示是RFID通信系统的详细工作频段划分，表3.4所示是我国在860～960 MHz频段的频率规划和分配情况。

表3.3　RFID通信系统的详细工作频段

表3.4　我国860～960 MHz频段的频率规划和分配情况

由于实际应用中阅读距离的增大，不可避免地在一个阅读区域同时出现多个电子标签，所以必须满足多个目标同时读取，这便成为研究的一个热点。目前，先进的RFID系统都将多目标识别问题作为系统的衡量参数。

6.RFID技术标准

RFID识别代码结构为64位，如表3.5所示。

表3.5　ISO11784和ISO11785标准代码结构

7.RFID系统的应用和发展趋势

微波RFID通信系统在射频识别方面具有很大的优势。微波元件本身在微波射频频段工作，具有很强的抗干扰能力。微波RFID通信系统的识别距离远，识别范围广且可靠性高；在金属和液体里都使用；不仅可以识别静态的物体，而且还可以识别快速移动的物体；在高温、低温、恶劣天气等环境下都可以使用。因此，微波RFID通信系统在智能交通、快速收费、物流管理、防伪防盗门禁控制、安全监控识别、超市购物收费、体育竞赛的数据跟踪等领域广泛应用。