RFID技术

关键词： 领导层 鸿运 指标体系 技术

RFID技术（精选十篇）

RFID技术 篇1

赵传佳制定出的关于物流信息系统评价指标体系很受公司领导层的重视。很快他就有了新的任务。

鸿运公司为了提高生产环节各流程的运作效率与效益, 计划利用RFID技术为制造和产品装配提供多种有效的管理方案。但是现在这一计划仍处于论证阶段, 而赵传佳现在需要研究其他生产企业应用RFID的成功案例, 找到其中可以借鉴应用的地方。

目前赵传佳找到几个在汽车生产环节应用RFID的案例开始研究。

第一个案例

这是一个米其林轮胎北美公司的案例。制造轮胎的主要生产流程包括:密炼、胶部件准备 (挤出、压延、胎圈成型、帘布裁断、贴三角胶条、带束层成型) 、轮胎成型、硫化、检验、测试等工序, 每个工序又含有非常复杂的工艺过程。同时, 由于产品数据长、产品数量大等特点, 在生产控制、产品数据管理过程中沿用手工方式进行数据记录, 难免会出错。再加之用手工方法将每年几百万条轮胎及相关信息都准确无误地录入到数据库中也可能出错, 故大多数轮胎厂都没有针对单个轮胎的详细数据库, 这不利于查询轮胎信息, 无法在轮胎制造和使用过程中进行科学管理。所以, 米其林轮胎北美公司为适应公司内部未来发展和外部环境强制要求的双重需要, 改产基于RFID技术的智能轮胎。生产过程是工作人员在轮胎成型工序嵌入具有压力和温度感应功能的特制RFID标签, 嵌入位置是胎体帘布层与胎侧胶之间, 胎胚经硫化工序后, 标签就被固定并封存在轮胎内, 这种智能轮胎从出厂、使用期间的维修及翻新、直至报废的整个生命周期内, 所有诸如生产序号、生产日期、生产厂代号、汽车制造厂的标识码等重要数据均完整地保存在标签的芯片中。

基于RFID技术的智能轮胎从多方面提高了轮胎供应链的运行效率与效益:用RFID读写器识读标签信息, 工作人员可无一遗漏地快速统计轮胎数量, 保证了输入数据的正确性;由于每个轮胎均拥有唯一的识别码, 当轮胎出现早期失效时就可通过识读标签确认该轮胎是否为本厂产品, 继而可自上而下追溯到成型、硫化、质检、包装、仓储、发运等各环节, 以确定导致轮胎失效的关键环节并查找真实原因, 从而逐步提高产品质量;嵌入轮胎内的特制标签可与TPMS (Tire Pressure Monitoring System:胎压监测系统, 该系统也具有轮胎温度检测功能) 结合以及时监测胎压及轮胎温度, 从而可随时向驾驶员提供实时数据, 如胎压过低时, TPMS将警告驾驶员, 不要在低胎压的危险状况下行驶, 由此增加了驾驶安全性并提高了智能轮胎与普通轮胎的差异性。

这个案例主要是讲述如何在零件生产环节应用RFID技术, 赵传佳认为可以借鉴到他们公司零部件生产的过程中。

第二个案例

第二个案例是Ford汽车公司在生产装配线上的案例。Ford汽车公司墨西哥工厂每年大约生产30～40万辆小客车和卡车。该工厂采用JIT制度, 库存与自动化生产线上物料供给必须配合车辆装配进度, 工厂对车辆装配进度的实时追踪与监控是用人工方式实现的, 从焊接车间开始, 经过车身喷漆区, 部件或总成组装区, 一直到最后的整车组装 (如图所示) 。人工追踪生产进度的基本手段是采用条形码或纸制识别卡, 而它们又非常容易被毁坏、调换或遗失, 因此, 经常会造成生产作业出现错误操作, 如物料不能及时配送到正确位置等, 致使生产过程不断出现生产管理、物料管理和品质管理等方面的问题。

Ford汽车公司墨西哥工厂2002年开始采用R F I D技术解决此类问题。首先在组装车辆的托架下面安装可回收、可无限重复使用的RFID标签, 然后为每台组装车辆编制相应序号, 并用读写器将此序号写入RFID标签中, 标签随着装配输送带一同前行;其次, 将读写器安装在生产线地板下面的防爆尼龙盒中, 根据需要分别在车体焊接部门、喷漆部门、组装部门放置适量的读写器。当承载组装车辆的托架通过读写器时, 读写器就可自动获取标签中的数据并经网络传送到中央电脑作业系统中, 该系统对这些实时数据进行一系列分析, 使工作人员及时了解物料配送、制造成本、产品质量以及生产技术等多方面的现场运作情况;对异常情况, 该系统还可立即通过分析提出相应解决方案, 这就有效避免了由人工处理易产生错误的弊端。

需要指出, RFID标签与读写器之间传输的信号易受金属阻隔或反射, 因此标签不能安装在正组装的车辆上, 否则会影响读写器正常获取数据的效果。Ford公司墨西哥工厂用特殊材料制成托架, 使安装在这种托架上的RFID标签能与读写器进行有效的数据传输。

Ford公司墨西哥工厂在汽车整车装配环节应用R F I D技术有如下效益:

RFID标签代替了条形码或纸制识别卡, 使工厂基本实现了无纸化操作;工作人员更新整车装配进度、确认每一工序基本步骤是否正确完成以及落实物料供应情况更加高效;RFID标签的重复使用还可节省大量成本。

RFID技术远距离非接触式自动获取数据以及可承受恶劣工作环境 (如脏污、油渍、高温与完全覆盖的油漆等) , 且无需限定RFID标签附着位置等功能, 使工厂能准确获取相关数据并传送至应用系统对数据进行实时在线分析和处理, 实现了对车辆装配进度的自动实时追踪与有效监控。

看到这个案例, 赵传佳认为鸿运公司的生产线是生产家用电器为主, 其生产环境要比生产汽车的环境好, 这部分的非接触式的R F I D设备有些浪费。不过其中RFID读写标签替换纸质的条码, 减少因为纸条码损坏而造成的零配件缺失, 引起了赵传佳的兴趣, 因为现在鸿运公司生产线上的零件都是这种条码, 有丢失条码而造成零配件数量差别的事件经常发生, 如果生产线上采用了这用R F I D技术, 应该可以避免这种事情的发生。赵传佳也知道从这种单纯的案例研究到真正在生产领域应用还要有很长一段路。

什么是RFID技术 篇2

RFID是一种非接触式的自动射频识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术也可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。最基本的RFID系统由三部分组成，即标签(射频卡)、阅读器和天线。标签由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信；阅读器是读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备；天线的作用是在标签和阅读器间传递射频信号。有些系统还通过阅读器的RS232或RS485接口与外部计算机连接，进行数据交换。

RFID系统的基本工作流程是，阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过内置天线发送出；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。

RFID具备下列优点:

(I)RFID标签无需像条码标签那样瞄准读取，只要被置于读取设备形成的电磁场内就可以准确读到，更加适合与各种自动化的处理设备配合使用，同时减少甚至排除因人工干预数据采集而带来的人力资源、效率降低和产生差错以及纠错的成本。

(2)RFID每秒钟可进行上千次的读取，能同时处理许多标签，高效且高度准确，从而使企业能够在既不降低(甚至提高)作业效率，又不增加(甚至减少)管理成本的.前提下，大幅度提高管理精细度，让整个作业过程实时透明，创造了巨大的经济效益;RFID标签上的数据可反复修改，既可以用来传递一些关键数据，也使得盯D标签能够在企业内部进行循环重复使用，将一次性成本转化为长期摊销的成本，既节约了企业运行成本，也降低了企业采用RFID技术的风险成本。

(3)RFID标签的识读，不需要以目视可见为前提，因为它不依赖于可见光，因而可以在那些条码技术无法适应的恶劣环境下使用，如高粉尘污染、野外等场合，进一步扩大自动识别技术的应用范围。

RFID的技术发展与创新 篇3

也许您还不知道，我们身边的RFID应用已经有很多：我国正在大面积更换的二代居民身份证中使用了RFID技术，很多单位的出入证件、食堂的就餐卡中也使用了RFID技术，停车场计费卡、高速公路不停车收费系统、一些药品和物资的防伪、一些大型展会、体育比赛和演唱会的门票中也都使用了RFID技术，甚至一些汽车钥匙中也应用了RFID技术。

由于标准、成本、相关法律、技术成熟度等诸多原因，RFID技术应用离世界物联网的终极目标还有很远。但是RFID技术物流、物资管理、物品防伪、快速出入、动植物管理等诸多应领域的应用已经如火如荼，显示出了其作为“革命性”技术的威力和实力。准备采用RFID技术或关注这项技术的人们常会关心以下问题：RFID标签将会有哪些进步？大规模应用的条件是什么？单品标签离我们究竟有多远？计算机系统有促进RFID应用的进步吗？

本文将从技术发展，业务模型改造及消费模式创新等方面进行分析，探讨RFID技术的发展方向和近期创新，考查影响其发展的主要因素，回答这些业内人士关心的问题。

一、RFID技术发展动向

技术进步是推动新技术成长的强大动力。这些进步应提供下列优势：使现有应用变得更加方便易用，提供更多的功能及实施费用下降。

技术进步为新的应用打开了一扇门，这些应用以前被认为是不可想像或不可能实现的。下面探讨的一些重要的技术发展，虽然它们大都还在研制中，但有的已经或很快就会出现在市场上。

1.新型标签

围绕着RFID标签设计和制造的创新一直在进行，下面是一些最有前途的新型标签。

* 无芯片标签

许多因素,包括物理和环境因素,都影响标签识读的范围和准确性。这种情况主要是在接近金属、液体物体或极端天气情况，如低温或高湿条件下出现的。除了对现有技术进行改进以克服这些限制,还可以采用可替代的物理形式以突破这些限制。

可替代物理形式的主要工作以无芯片标签研制为核心,无芯片标签可以改善识读距离限制而且因没有集成电路使成本降低。无芯片标签能够更容易地使用在接近金属和液体的情况下或嵌入纸制品中，它们更可以提供更大灵活性和功能。采用波表技术的无芯片标签在供应链应用中显示出这种优点。波表技术指在高纯度晶体表面无线电波的传播技术。其它有潜力的无芯片技术有可能革命性地改变RFID应用，它们使用纳米技术、基因技术或甚至化学方法实现无芯片标签或物体的惟一标识，如纸币和产品标签。通过互联网你可以找到开发和提供无芯片标签技术的厂商。

当以集成电路为基础的标签占主导地位时，主动式标签技术(SAL)获得市场支持。当SAL标签应用到液体或金属的时候，可以有效提高识读范围和准确性。SAL标签实际上是一个以薄片柔性电池为电源的半主动标签。使用SAL标签，可以使对金属听装和瓶装苏打水贴标签和检测变得更实际和更经济。

电子印刷标签

标签封装在特定RFID应用的实用性方面起到了重要作用。标签和天线的封装改进将会持续推进到极限,例如可注射和可吸收标签已经成为现实。以纳米技术为基础的无芯片标签目前处于发展的前沿。

标签封装另外一条完全不同的路是极具潜力的电子印刷。包括使用导电墨水和标准的印刷方式印刷天线、晶体管甚至集成电路。在盒子或单品上廉价地印刷标签，扩大了日常生活中广泛使用的RFID应用。已经有少数公司使用导电墨水印刷标签天线取代铜。

* 感应标签

日本DNP(大日本印刷)已研制出带有温度、湿度、压力和亮度传感器的主动标签。与传感器封装在一起的标签能够对所在环境的各种状态进行监控、记录，甚至可以有反应。这种感应标签可以产生全新的应用。感应标签可以贴在有保存期限的产品包装上，以便在货物从仓库运往商店上架的途中，探测可影响产品质量的温度、振动、野蛮装卸或生化污染等变量，由此来监控物品、货盘或集装箱的状况。麻省理工学院研发的货架寿命模型可把温度变化情况转换成可由食品检查人员检测快餐口粮或集体口粮的状况模型，这方面的主要进展是以极小的形态整合感应技术和RFID标签技术。

智能电子灰尘是另一种极小的环境感应结合体，它是带有主动式RFID标签能力的感应器(MEMS)。这种装置的大小仅为1立方毫米。这种技术的潜在应用跨越很宽的范围，从监视战场军事行动到通过追踪脸部运动控制残疾人移动轮椅。

* 皮下标签

皮下标签是将RFID标签注射在皮肤下面以实现身份识别或追踪的目的，并非是一个新观念。作为鱼和家畜的身份确认，应用已经超过十年。然而，在俱乐部成员甚至在工作人员身上带有标签以控制进入办公室或接触敏感文件这类创新应用，引发了更多消费者的兴趣和狂热，这将导致更容易接受的消费心理。如果布兰妮或贾斯汀决定在他们的音乐会上为购买优惠纪念品或准许到后台而使用它，你就只能为皮下标签会如此迅速地起飞而感到惊奇了。

2.RFID对应的网络结构

英特网曾被认为是最复杂的网络，而RFID网络在许多方面与英特网有极大的不同，甚至要更复杂。这主要是由于RFID网络结点在全球范围扩大的数量比英特网多几个数量级。这就意味着传统的计算体系和架构无法适应和处理RFID网络中可以预期的海量数据。在这里，我们就这个新型网络的需求，从硬件和软件两方面，讨论不同的解决方法。

* 难以想象的巨量RFID数据

多数人对RFID产生的巨量数据并没有足够认识。假定一些主要的零售连锁集团在所有商店对所有货物在单品级使用标签。而单品标签的数量很容易地达到百亿或更多。这意味着一百亿个单品的识别数据总计约为120GB。如果这些单品在供应链中某处以每5分钟读一次，每天将产生15TB数据。这就是说，一个零售连锁集团每天产生15TB的新增数据。据此，十个使用RFID标签的主要零售连锁集团追踪每个单品将会产生150TB数据。这比美国国会图书馆1700万本书的136TB数据还要大。这样大量的RFID数据都需处理和加工。

以上仅用单品级标签应用导出了RFID产生的数据雪崩。同样，可以用相似的公式计算其它情况的数据量，如包装-托盘级标签的情况。尽管这种级别应用的数据量较单品级要小一个数量级，但它仍比使用RFID前要大几个数量级。

* 点对点计算

RFID系统产生的数据可以很容易地达到TB级，它们都需要实时处理，其中许多数据要在一个或多个企业间交换,甚至在全球范围交换。这就使人想到通过RFID识读器将数据在本地处理，这样可以使数据在传送到中心计算机之前能大大降低，减少中心计算机的资源负担。这是一个处理RFID数据的好想法，点对点技术是一种分布式计算方式，它将计算任务分布在网络中一些非紧密连接的计算机(结点)中。

二、单品标签还有多远

RFID技术中,各部件的费用,尤其是单个标签的费用，将会在决定它最终成功和普及方面扮演一个主要角色。按照经济学观点，标签的费用将随着需求量的增加持续降低。然而，无芯片标签设计和集成电路制造业的进步使标签的费用降得更低。正如5美分标签已被普遍地认为是RFID进入普及的转折点，似乎很快就要到来。但是仅靠供需平衡是不可能把以集成电路为基础的标签价格降到5美分。今天，即使在很大量的情况下，标签价格几乎不可能降到25美分以下。因此，替代标签设计和更高效的标签制造可能是推动标签费用下降的重要因素。

RFID与物联网技术 篇4

1 RFID系统

1.1 RFID技术背景与优势

RFID是基于雷达技术发展起来的一种自动识别技术,它利用射频信号或空间耦合(电感或电磁耦合)的传输特性,实现对物体或商品的自动识别。RFID技术自上世纪五十年代以来获得了长足的发展,尤其在2001年以后,在物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、动物身份标识等方面得到了广泛的应用。

埃森哲实验室首席科学家弗格森将RFID技术与当前广泛应用的条形码技术进行了对比,认为RFID是一种突破性的技术:它可以识别单个的非常具体的物体,而不是像条形码那样只能识别一类物体;它采用无线电射频可以透过外部材料读取数据,而条形码必须靠激光来读取信息;它还可以同时对多个物体进行识读,而条形码只能一个一个地读;此外,RFID储存的信息量也非常大。

1.2 RFID系统组成

一个典型的RFID系统包括标签、读写器和数据库,如图1。

标签由耦合天线及芯片构成,每个标签具有唯一的电子产品代码(EPC),附着在被标识的物体或对象上。读写器读取或擦写标签信息,可外接天线,用于发送和接受射频信号。中央信息系统(数据库)包括了中间件、信息处理系统、数据库等,用以对读写器读取的标签信息进行处理,其功能涉及到具体的系统应用,如实现信息加密和安全认证等。其工作过程为:读写器在数据管理系统的控制下发送出一定频率的射频信号,标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量,并使用这些能量向读写器发送出自身的数据和信息,该信息被读写器接收并解码后送至中央信息管理系统行相关的处理,信息的收集和处理过程都是以无线射频通信方式进行的。

1.3 RFID研究热点

目前,针对RFID的研究主要基于标签成本、统一技术标准、关键技术等。

标签成本是制约RFID大规模应用的瓶颈之一。如图2中所示,标签主要由天线、射频模块、控制模块和存储器四部分组成,标签设计得简单,不能满足安全性的需要,设计得复杂,成本的提升就无法避免。如何在满足安全性要求的前提下又能够控制成本,一直是标签研究的重点。

RFID的发展还受到了标准的限制。各个国家和地区从自身的利益出发,设计了不同的标准体系,这大大限制了RFID技术在全球范围内的应用。目前,已经形成了日本“泛在ID中心”和美国的EPC Globle两大标准组织互不兼容的对抗局面,预计其他许多国家也会陆续制定自己的标准,这些各异的标准使得物品在全球的流通变的异常困难。

尽管RFID已经获得了广泛的应用,但是从总体上看,包括读写器、数据交换与管理系统的很多关键性的技术还不够成熟。主要集中在:频率选择、天线技术、低功耗技术、封装技术、定位与跟踪、防碰撞、安全技术等,其中尤以防碰撞技术研究得最为深入,其具体分类如图2所示。RFID采用无线技术,容易受到干扰,产生碰撞,导致数据读写错误。数据读写错误会导致两种后果:标签收到错误信息,错误地响应读写器命令,造成工作状态混乱或错误地进入休眠状态,又称为标签碰撞;读写器接受标签数据出错,不能正常识别标签或将一个标签判断为另一个标签,称为读写器碰撞。为了防止此类读写错误,设计了两类防碰撞算法。由于读写器相互之间能够通信,所以读写器防碰撞算法的研究相对标签防碰撞算法简单,而标签的防碰撞算法就相对复杂些。

2 物联网

2.1 物联网的定义

物联网英文名称为“The Internet of Things(IOT)”,翻译成中文即为“物物相连的互联网”,指通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通讯。物联网对社会经济发展有着巨大的推动作用:能够推动自动识别技术的快速发展;在整个供应链内对货品进行实时跟踪;通过优化供应链以提供用户支持;提高全球消费者、千家万户的生活质量。

2.2 物联网的组成

物联网由全球产品电子编码体系、RFID系统和信息网络系统组成,如图3所示。

接下来详细解析物联网的各组成部分及功能:

全球产品电子编码(EPC)在世界范围内为每件商品进行唯一标识。EPC编码是由使用协议的版本号、物品的生产厂商代码、物品的分类代码及单个物品的SN序列编号这四部分的数据字段所组成的一组数字,应用较多的主要有64位、96位及256位三种。

物联网中的信息网络系统由本地网络和全球互联网组成,在全球互联网的基础上,通过EPC中间件以及对象命名称解析服务(ONS)和实体标记语言(PML)实现全球“实物互联”。

物联网中,读写器读取标签的EPC代码,应用程序发送EPC代码至ONS并得到URL信息,最后应用程序根据URL从EPCIS处获得物品的PML信息,达到信息管理、流通的功能。ONS为对象解析服务,主要负责将EPC代码解析为物品的名称,借鉴了互联网络中成熟的域名解析服务技术思想,采用DNS的实现原理,并利用DNS构架实现ONS服务,实行分层管理,分级分配,如图4。

PML(实体标记语言)在XML基础上发展起来,设计成用于人及机器都可使用的自然物体的描述标准,是物联网网络信息存储、交换的标准格式。

EPCIS(EPC信息服务)主要负责存储各种类型EPC事件,并对外提供访问接口,为进一步数据交换与应用做准备,由EPCIS查询接口、EPCIS捕获接口、EPCIS捕获应用、EPCIS数据库等组成。

2.3 物联网的发展瓶颈

尽管物联网的发展受到世界各国的空前重视,但是仍然存在着许多问题亟待解决。

1)物联网的概念尚未统一。物联网的概念从1999年提出距今已有十多年,但初期的发展一直较为缓慢,没有统一的定义,特别是物联网和传感网的概念交替出现时,哪个名称更准确,业界至今都没有达成共识。

2)缺少完备的标准规范。从物联网的概念诞生起,世界各地都是先从应用出发,根据当地当时的情况开发针对性的应用产品,同时物联网涉及的技术范围很宽,各大企业、研究机构在技术标准上的主导权之争一直没有停止,且愈演愈烈。

3)可运营可管理物联网的概念尚未形成。目前针对物联网的应用大都是针对私有网络体系,即闭环结构,有些应用虽然也利用公众通信网实现多点互联,但通信网只是这些应用的管道,没有一个统一中心对众多应用进行互操作和沟通协调。

3 结束语

本文详细介绍了RFID与物联网的相关技术,分别对其架构进行了深入的探讨,分析了其发展过程中存在的问题。RFID与基于RFID技术的物联网正悄然改变着人类的生活,尽管面临着许多技术、政策方面的难题,但我们有理由相信,随着经济的发展和技术的进步,这些难题将会一一得到解决。

摘要：该文简要介绍了RFID与物联网技术,对其所面临的问题进行了分析。

关键词：RFID,物联网,ONS

参考文献

[1]丁治国.RFID关键技术研究与实现[D].合肥:中国科技大学,2009.

[2]陆东.无线射频识别技术的应用及发展研究[J].科技资讯,2007(14):103-104.

RFID技术原理及其射频天线设计 篇5

近年来人们开始开发应用非接触式IC 卡来逐步替代接触式IC 卡,其中射频识别(RFID , radio frequency identification)卡就是一种典型的非接触式IC卡，然而,RFID 在不同的应用环境中需要采用不同天线通讯技术来实现数据交换的.自1970 年第一张IC 卡问世起, IC 卡成为当时微电子技术市场增长最快的产品之一,到1996 年全世界发售IC 卡就有7 亿多张.但是,这种以接触式使用的IC 卡有其自身不可避免的缺点,即接触点对腐蚀和污染缺乏抵抗能力,大大降低了IC 卡的使用寿命和使用范围.近年来人们开始开发应用非接触式IC 卡来逐步替代接触式IC 卡,其中射频识别(RFID , radio frequency identification)卡就是一种典型的非接触式IC卡,它是利用无线通信技术来实现系统与IC 卡之间数据交换的,显示出比一般接触式IC 卡使用更便利的优点,已被广泛应用于制作电子标签或身份识别卡.然而,RFID 在不同的应用环境中需要采用不同天线通讯技术来实现数据交换的.这里我们将首先通过介绍RFID 应用系 统的基本工作原理来具体说明射频天线的设计是RFID 不同应用系统的关键,然后分别介绍几种典型的RFID 天线及其设计原理,最后介绍利用Ansoft HFSS 工具来设计了一种全向的RFID 天线.RFID 技术原理

通常情况下, RFID 的应用系统主要由读写器和RFID 卡两部分组成的,如图1 所示.其中,读写器一般作为计算机终端,用来实现对RFID 卡的数据读写和存储,它是由控制单元、高频通讯模块和天线组成.而RFID 卡则是一种无源的应答器,主要是由一块集成电路(IC)芯片及其外接天线组成,其中RFID 芯片通常集成有射频前端、逻辑控制、存储器等电路 ,有的甚至将天线一起集成在同一芯片上.图1 射频识别系统原理图 RFID 应用系统的基本工作原理是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得数字信号送入逻辑控制电路进行信息处理;所需回复的信息则从存储器中获取经由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.可见,RFID 卡与读写器实现数据通讯过程中起关键的作用是天线.一方面,无源的RFID 卡芯片要启动电路工作需要通过天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量;另一方面,天线决定了RFID 卡与读写器之间的通讯信道和通讯方式.目前RFID 已经得到了广泛应用,且有国际标准:ISO10536 ,ISO14443 , ISO15693 , ISO18000 等几种.这些标准除规定了通讯数据帧协议外,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.RFID 应用系统的标准制定决定了RFID天线的选择,下面将分别介绍已广泛应用的各种类型的RFID 天线及其性能.RFID 天线类型

RFID 主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型3 种基本形式的天线.其中,小于1 m 的近距离应用系统的RFID 天线一般采用工艺简单、成本低的线圈型天线,它们主要工作在中低频段.而1 m 以上远距离的应用系统需要采用微带贴片型或偶极子型的RFID 天线,它们工作在高频及微波频段.这几种类型天线的工作原理是不相同的.2.1 线圈天线

当RFID 的线圈天线进入读写器产生的交变磁场中,RFID 天线与读写器天线之间的相互作用就类似于变压器,两者的线圈相当于变压器的初级线圈和次级线圈.由RFID 的线圈天线形成的谐振回路如图2所示,它包括RFID 天线的线圈电感L、寄生电容Cp和并联电容C2′,其谐振频率为: ,(式中C 为Cp 和C2′的并联等效电容).RFID 应用系统就是通过这一频率载波实现双向数据通讯的。常用的ID1 型非接触式IC 卡的外观为一小型的塑料卡(85.72mm ×54.03 mm ×0.76 mm),天线线圈谐振工作频率通常为13.56 MHz.目前已研发出面积最小为0.4mm ×0.4 mm 线圈天线的短距离RFID 应用系统.图2 应答器等效电路图

某些应用要求RFID 天线线圈外形很小,且需一定的工作距离,如用于动物识别的RFID.线圈外形即面积小的话,RFID 与读写器间的天线线圈互感量M就明显不能满足实际使用.通常在RFID 的天线线圈内部插入具有高导磁率μ的铁氧体材料,以增大互感量,从而补偿线圈横截面减小的问题.2.2 微带贴片天线

微带贴片天线是由贴在带有金属地板的介质基片上的辐射贴片导体所构成的 ,如图3 所示.根据天线辐射特性的需要,可以设计贴片导体为各种形状.通常贴片天线的辐射导体与金属地板距离为几十分之一波长,假设辐射电场沿导体的横向与纵向两个方向没有变化,仅沿约为半波长(λg/ 2)的导体长度方向变化.则微带贴片天线的辐射基本上是由贴片导体开路边沿的边缘场引起的,辐射方向基本确定,因此,一般适用于通讯方向变化不大的RFID 应用系统中.为了提高天线的性能并考虑其通讯方向性问题,人们还提出了各种不同的微带缝隙天线,如文献[5,6]设计了一种工作在24 GHz 的单缝隙天线和5.9 GHz 的双缝隙天线,其辐射波为线极化波;文献[7,8]开发了一种圆极化缝隙耦合贴片天线,它是可以采用左旋圆极化和右旋圆极化来对二进制数据中的‘1’和‘0’进行编码.图3 微带天线

2.3 偶极子天线

在远距离耦合的RFID 应用系统中,最常用的是偶极子天线(又称对称振子天线).偶极子天线及其演化形式如图4 所示,其中偶极子天线由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成,信号从中间的两个端点馈入,在偶极子的两臂上

将产生一定的电流分布,这种电流分布就在天线周围空间激发起电磁场.利用麦克斯韦方程就可以求出其辐射场方程:

式中Iz 为沿振子臂分布的电流,α为相位常数, r 是振子中点到观察点的距离,θ为振子轴到r 的夹角,l 为单个振子臂的长度.同样,也可以得到天线的输入阻抗、输入回波损耗S11、阻抗带宽和天线增益等等特性参数.图4 偶极子天线

(a)偶极子天线;(b)折合振子天线;(c)变形偶极子天线

当单个振子臂的长度l =λ/ 4 时(半波振子),输入阻抗的电抗分量为零,天线输入阻抗可视为一个纯电阻.在忽略天线粗细的横向影响下,简单的偶极子天线设计可以取振子的长度l 为λ/ 4 的整数倍,如工作频率为2.45 GHz 的半波偶极子天线,其长度约为6 cm.当要求偶极子天线有较大的输入阻抗时,可采用图4b的折合振子.RFID 射频天线的设计

从RFID 技术原理和RFID 天线类型介绍上看,RFID 具体应用的关键在于RFID 天线的特点和性能.目前线圈型天线的实现技术很成熟,虽然都已广泛地应用在如身份识别、货物标签等RFID 应用系统中,但是对于那些要求频率高、信息量大、工作距离和方向不确定的RFID 应用场合,采用线圈型天线则难以设计实现相应的性能指标.同样,如果采用微带贴片天线的话,由于实现工艺较复杂,成本较高,一时还无法被低成本的RFID 应用系统所选择.偶极子天线具有辐射能力较强、制造简单和成本低等优点,且可以设计成适用于全方向通讯的RFID 应用系统,因此,下面我们来具体设计一个工作于2.45 GHz(国际工业医疗研究自由频段)的RFID 偶极子天线.半波偶极子天线模型如图4a 所示.天线采用铜材料(电导率:5.8e7 s/ m ,磁导率:1),位于充满空气的立方体中心.在立方体外表面设定辐射吸收边界.输入信号由天线中心处馈入,也就是RFID 芯片的所在位置.对于2.45 GHz 的工作频率其半波长度约为61mm ,设偶极子天线臂宽w 为1 mm ,且无限薄,由于天线臂宽的影响,要求实际的半波偶极子天线长度为57mm.在Ansoft HFSS 工具平台上, 采用有限元算法对该天线进行仿真,获得的输入回波损耗S11 分布图如图5a 所示,辐射场E 面(即最大辐射方向和电场矢量所在的平面)方向图如图5b 所示.天线输入阻抗约为72 Ω ,电压驻波比(VSWR)小于2.0 时的阻抗带宽为14.3 % ,天线增益为1.8.图5 偶极子天线

(a)回波损耗S11;(b)辐射方向图

从图5b 可以看到在天线轴方向上,天线几乎无辐射.如果此时读写器处于该方向上,应答器将不会做出任何反应.为了获得全方位辐射的天线以克服该缺点,可以对天线做适当的变形,如在将偶极子天线臂末端垂直方向上延长λ/ 4 成图4c 所示.这样天线总长度修改为(57.0 mm + 2 ×28.5 mm),天线臂宽仍然为1 mm.天线臂延长λ/ 4 后,整个天线谐振于1 个波长,而非原来的半个波长.这就使得天线的输入阻抗大大地增加,仿真计算结果约为2 kΩ.其输入回波损耗S11如图6a 所示.图6b 为E 面(天线平面)上的辐射场方向图,其中实线为仿真结果,黑点为实际样品测量数据,两者结果较为吻合说明了该设计是正确的.从图6b 可以看到在原来弱辐射的方向上得到了很大的改善,其辐射已经近似为全方向的了.电压驻波比(VSWR)小于2.0 时的阻抗带宽为12.2 % ,增益为1.4 ,对于大部分RFID 应用系统,该偶极子天线可以满足要求.图6 变形偶极子天线

(a)回波损耗S11;(b)辐射方向图 结束语

RFID技术酒类防伪追溯好帮手 篇6

对酒企来说，做好供应链管理中的客户管理，对客户负责，并加强对自身产品的品质管控至关重要，这就对酒企的产品防伪管理和追溯查询提出了很高的要求。然而，目前国内大多数酒企运用的防伪追溯手段仍存在一些弊端，主要表现在三个方面：多数防伪标识的技术含量较低，容易被仿制；防伪标识的判断过程较复杂，消费者不易接受；供应链管理存在漏洞，使得这些防伪追溯手段无法顺利发挥作用。

相对来说，RFID技术在防伪追溯层面满足了酒业所需的特定需求，这就为RFID技术在酒业防伪跟踪管理方面的应用奠定了基础，一些酒企（国外主要为葡萄酒企业，国内主要为白酒企业）已开始着手进行这项技术的应用。

RFID技术在酒业的应用案例

1.在葡萄酒行业的应用

目前，RFID技术在葡萄酒行业的应用较多。南非最好的葡萄酒公司之一、酒业巨头KWV公司，就采用了RFID技术来追踪存储葡萄酒的木桶。

由于这种木桶造价昂贵，而且KWV公司的葡萄酒品质与木桶的使用年份和使用次数有密切关系，因此KWV公司利用当地RFID研究会提供的系统，采用RFID标签追踪木桶的位置、使用次数和需要订购新桶的时间。新桶入库时，KWV员工会为每只新桶打上一枚RFID标签，上面记录着木桶的基本信息，然后员工使用手持读写器来读取每个标签的ID号，并通过WiFi连接直接发送到公司的数据监控系统，系统会为每只新桶建立一个记录。在木桶的生命周期里，KWV员工可以通过ID号来寻找、查询木桶的使用情况，如使用时间、所处位置及背景资料（如制桶商）等。

美国葡萄酒生产商eProvenance公司则通过在葡萄酒的酒瓶底部加贴RFID标签，来实现葡萄酒防伪管控。

该标签使用13.56MHz频段，内嵌于硬塑料中。标签芯片外表面印有专属于这瓶葡萄酒的ID编码，此编码对应着这瓶葡萄酒的全部信息。

eProvenance公司的做法是将RFID技术用于酒类行业防伪管理上的典型案例。利用RFID标签的唯一性，对酒瓶信息进行记录，有效地做到了防伪追踪，避免了造假者仿制酒瓶得以牟利的行为。

国内也有一些葡萄酒品牌商开始将RFID技术应用于防伪管理上，如张裕集团。为防止窜货、杜绝假冒伪劣产品，张裕集团在2009年4月即成为国内首家在生产领域大规模应用RFID技术的酒企。

2.在白酒行业的应用

在我国白酒行业，已有白酒品牌商将RFID技术应用于防伪管理。

五粮液、茅台作为国内高端白酒品牌的代表，一直是造假者伪造的重点目标。因此，这些企业具有很强的品牌保护意识，并投入了远超过同行的人力、财力，用于品牌保护方面的研究。

2009年初，五粮液集团启动RFID技术防伪项目，并于同年11月顺利完成交付使用。整个项目投入2亿元，旨在构建一个完整的RFID技术平台。项目初期，五粮液集团以年用量2000万枚以上的RFID标签，初步实现了RFID技术在高端品牌上的防伪应用，且同步推出了超过800套多功能RFID查询识别器，以及2000多套专卖店RFID查询设备及手持式查询设备。庞大的资金投入，意味着五粮液集团对RFID标签防伪管理的极大信心。

江苏双沟也曾斥重金开发双沟珍宝坊RFID防伪识别系统，每一瓶双沟珍宝坊酒瓶上都装有RFID标签，随酒赠送的轻便读写器可以轻松读取标签，还能显示该瓶酒的出厂日期、质量等级等信息。酒瓶在开启后，电子标签的芯片即遭到破坏，无法再次回收利用，从而从源头上防止了造假者利用空瓶灌装劣酒的行为。

酒业RFID防伪管理的模式探索

看完以上案例，我们不禁思索：酒企该以什么样的模式将RFID技术应用到防伪管理中去呢？

一套合格的酒类防伪系统需要满足两个基本要求：一是无法被造假者复制；二是一次开启即失效，不能被回收再利用。基于RFID技术的酒业防伪管理系统应包括以下四大模块。

1.系统管理模块

此模块负责管理以及维护整个防伪系统的工作运转。可以设置一个或多个系统管理员进行系统管理，管理员的级别不同，权限也不同，如最高管理员可以查看包括防伪码数据库在内的所有数据。而出于安全管理的角度考虑，一般的管理员仅拥有白酒商品数据恢复、备份、数据清理和投诉处理等基本管理权限。

2.产品信息管理模块

该模块针对商品信息进行记录，包括酒品和酒类包装的信息记录，详细信息应包括品种、酒精度数、生产日期、规格等各种参数，在产品出厂封装时写入酒箱和酒瓶上的RFID标签中。

3.防伪验证管理模块

这是整个防伪管理系统的核心模块，包括以下几个部分。

（1）防伪码的管理。每瓶酒都拥有自己的电子产品编码，对应这个编码并按照一定的编码规则，系统会给每瓶酒生成一个独一无二的防伪码，并记录在防伪码数据库中。该防伪码除了包含与商品电子产品编码对应的产品基本信息外，还记录着生产批次、序列号以及销售区域代码。

为保证防伪管理的有效性，除了防伪管理系统的最高管理员可以查看外，一般的系统管理员和经销商无法读出该防伪码，但商品批次及序列号可以标明在商品外包装表面，以便消费者进行验证。

（2）防伪验证管理。这是整个防伪管理模块中最关键的部分，其涉及的过程大致可分为三个部分：防伪识别、数据处理以及防伪模式的设计。

首先是防伪识别。酒企可以和政府有关部门合作，在固定站点设置防伪识别器（Identifying Counterfeit Equipment，简称ICE），作为提供给广大消费者检测手中商品真伪的终端设备。ICE设置的站点应广泛分布以便于寻找，如在白酒的销售点可以直接设置检验站点。

具体说来，ICE由读写器、处理器和中间件三部分组成。

其中，在读写器管理方面，酒企应设置配有读写器的站点，如经销商、零售商甚至超市、酒店等，使用的读写器需要经过企业注册认证之后方能生效，进而才能读取RFID标签存储的数据。

读写器读取酒瓶上的EPC编码信息；处理器接着将读写器捕获的编码进行处理、传送、查询；最后以视频显示的方式告知消费者商品的真伪结果。因为不同的酒企可能会选择不同的读写器，所以需要中间件将不同的读写器与处理器进行连接。

其次是数据处理。数据处理系统包括数据采集模块和数据交换模块。在数据采集模块中，酒企仓储、生产以及物流环节的产品相关信息都以数据采集系统为途径，进入到数据交换模块。在数据交换模块中，酒企数据中心接收从数据采集系统传输过来的、各个环节的产品详细信息，并对信息进行逐一记录。当商品信息发生变动时，数据中心的信息也会同步更新。当防伪识别器中的处理器将消费者手中产品的信息传送到读写器系统平台之后，平台向酒企数据中心进行查询，查询结果反馈至读写器系统平台，再通过处理器向消费者显示产品的真伪结果。

对于客户端来说，具体的防伪识别过程是这样的：当酒类产品售出后，消费者将置于酒瓶上的RFID标签靠近读写器，在RFID天线感应的范围内，读写器获得该瓶酒的专属编码，并将编码发送回酒企数据中心接收验证。若是真品，处理器上会显示此商品的相关信息；若为伪造品，则发出报警信号。

最后是防伪模式的设计。在验证所购买的酒类产品是真品后，消费者可以放心消费。为确保防伪标识安全使用，且不让造假者有机会回收利用，应将RFID标签的读写模块和信息存储芯片分置于瓶盖和瓶身，在开瓶时防伪标签即被破坏。这个物理破坏过程是不可逆的，瓶盖一旦开启，标签就不能恢复、无法回收，避免了造假者回收空瓶、灌装劣质酒。

4.记录查询模块

这个模块的功能在于保存消费者查询记录中的部分数据，比如查询行为的区域分布、时间分布等信息，可以为酒企的营销、物流、货品配送等决策提供参考。

除上述4个模块外，在设计基于RFID技术的酒业防伪管理系统时，还可以添加一些附加功能，如设置中奖模块，通过随机抽签来查询客户并派送奖品。这种方式可吸引消费者，使其养成“先查询、后消费”的习惯，从而更好地打击制假贩假行为。

浅析RFID技术及其应用 篇7

RFID是英文 (Radio Frequency Identification) 缩写, 它是20世纪80年代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据, 识别工作无须人工干预, 可工作于各种恶劣环境, 可识别高速运动物体, 可同时识别多个标签, 且操作快捷方便。最基本的RFID系统主要由3部分组成。

(1) 标签 (Tag) 。由耦合元件及芯片组成, 每个标签具有唯一的电子编码, 附着在物体上标识目标对象;标签具有智能读写和加密通信的功能, 它是通过无线电波与读写设备进行数据交换, 工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。

(2) 阅读器 (Reader) 。有时也被称为查询器、读写器或读出装置, 主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。是读取 (有时还可以写入) 标签信息的设备, 可设计为手持式或固定式;阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签, 再把从主机发往电子标签的数据加密, 将电子标签返回的数据解密后送到主机。

(3) 天线 (Antenna) 。在标签和读取器间传递射频信号。

1 RFID系统的工作原理

RFID系统的工作原理:阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号, 当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流, 射频卡获得能量被激活;射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去;系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号, 经天线调节器传送到阅读器;阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性, 针对不同的设定做出相应的处理和控制, 发出指令信号控制执行机构动作。

2 RFID射频卡的特点

RFID技术作为现在最先进的非接触感应技术, RFID射频电子标签具有很多优点[3,4,5,6]。

(1) 独特的防冲撞性, 读写距离远:与条形码相比, 可多目标识别、运动中识别, 读取速度快, 每秒最多同时识别50个。

(2) 内部存储空间灵活:可以根据产品的需要决定射频卡的存储容量和扇区字节数, 且读写设备可以读取内存配置信息, 便于在一个综合应用中操作不同的标签产品。

(3) 国际统一的唯一识别内码 (Unique identifier, 简称UID) , 和国际通用的频率。

(4) 数据可根据需要改写, 并可对重要信息进行锁定, 保密性好。

(5) 使用寿命长 (≥10年或读写10万次) 。

(6) 不存在机械磨损、机械故障, 使用不受环境限制。

(7) 柔性封装, 封装多样化:多种大小不一的外型, 使他能封装在纸张、塑胶制品 (PVC, PET) , 可应用于不同场合, 也可再层压制卡。

3 RFID技术和一二维条码技术比较分析

目前应用广泛的自动识别技术主要是条码技术。条码又分为一维条码和二维条码。一维条码是由一组黑白相间、粗细不同的条形符号组成, 一维条码在水平方向隐含着数字信息、字母信息、标志信息、符号信息, 通过和信息系统的联系用以表示商品的详细信息, 是世界通用的商品代码的表示方法。在水平和垂直方向的二维空间存储信息的条码, 则称为二维条码。但是随着科学技术的不断发展, 这两种识别方法的局限性显得越来越明显。一维、二维条码的不足主要体现在6个方面。

(1) 条码仅对数字和字母进行编码, 不能把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码。

(2) 容错能力较弱, 识别时受环境影响较大, 当条码被污损时, 常常读不出来。

(3) 条码识别可靠性较低:一维条码译码错误率一般百万分之二, 但是一旦磨损往往是100%。

(4) 保密性、防伪性差:因条码码制简单, 不具备防伪等功能。

(5) 条码信息无法更改, 不能重复利用, 造成较大经济浪费。

(6) 交互性差, 无法用于全寿命跟踪。

4 RFID技术的发展及应用现状

目前, RFID技术的应用已经遍及生活的各个方面, 在交通运输方面用于集装箱与包裹管理、高速收费;在农牧渔业用于羊群、鱼类、水果等的管理以及宠物、野生动物跟踪;在制造业用于零部件与库存的可视化管理;RFID技术还可以应用于图书与文档管理、门禁管理、定位与物体跟踪、环境感知[3,4]和支票防伪[3]等多种应用领域。

RFID技术在空间定位与跟踪方面的应用也已经比较成熟, 典型的RFID定位与跟踪系统包括MIT Oxygen项目开发的Cricket系统、密歇根州立大学的LANDMARC系统[4]、微软公司的RADAR系统[4]。针对RFID标签价格低廉的特点, 通过引入参考标签, 采用RFID标签作为参考点, 能够提高系统定位精度, 同时降低系统成本。RFID标签具有对物体的唯一标识能力, 还可以通过与传感器技术相结合, 感知周围物品和环境的温度、湿度和光照等状态信息。目前, 美国国防部已经将该技术应用于物资供应系统内部。作为一种进行集装箱远程跟踪的解决方案, 美国国防部与跟踪网络遍布全球400多个地区的高科技公司SAVI已达成进行跟踪国防部的从集装箱到蜂鸣器大约40万件军事物资集装箱运输情况的协议。

我国在RFID技术的研究方面也发展很快, 市场培育已初步开花结果。比较典型的是在中国铁路车号自动识别系统建设中, 推出了完全拥有自主知识产权的远距离自动识别系统。在20世纪90年代中期, 国内有多家研究机构参与了该项技术的研究, 最终确定了RFID技术为解决货车自动抄车号的最佳方案。目前铁路车号自动识别系统工程已发挥出了系统设计功能, 圆了铁路人的梦想, 并且其辐射与渗透到其他应用方面的作用日渐明显。可以预见, 在不久的将来, RFID技术不仅会在各行各业被广泛采用, 最终RFID技术将会与普适计算技术相融合, 对人类社会产生深远影响[4]。

RFID射频识别技术浅议 篇8

RFID是射频识别技术的英文 (radio frequency identification) 的缩写, 它是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术, 它是一项利用射频信号通过空间耦合 (交变磁场或电磁场) 实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。

主要优点有:它是一种非接触式的自动识别技术, 通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据, 识别工作无须人工干预, 作为条形码的无线版本。RFID技术具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点, 其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。

2 射频识别技术发展历史

从信息传递的基本原理来说, 射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型 (初级与次级之间的能量传递及信号传递) ;在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型 (雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机) 。

射频识别技术的发展如下:1940-1950年:雷达的改进和应用催生了射频识别技术;1948年哈里斯托克曼发表的利用反射功率的通信奠定了射频识别技术的理论基础;1950-1960年:早期射频识别技术的探索阶段, 主要处于实验室实验研究;1960-1970年:射频识别技术的理论得到了发展, 开始了一些应用尝试;1970-1980年:射频识别技术与产品研发处于一个大发展时期, 各种射频识别技术测试得到加速, 出现了一些最早的射频识别应用;1980-1990年:射频识别技术及产品进入商业应用阶段, 各种规模应用开始出现;1990-2000年:射频识别技术标准化问题日趋得到重视, 射频识别产品得到广泛采用, 射频识别产品逐渐成为人们生活中的一部分;2000年后:标准化问题日趋为人们所重视, 射频识别产品种类更加丰富, 有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展, 电子标签成本不断降低, 规模应用行业扩大。至今, 射频识别技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的射频识别技术与产品正在成现实并走向应用。

特别值得一提的是, 在1998年美国麻省理工学院的David Brock博士和Sanjay Sarma教授在喝咖啡聊天时, 谈及物品自动识别技术手段问题时产生的从系统的角度来解决物品自动识别问题的灵感, 由此导致了供应链中物品自动识别概念的一次革命, 并最终在1999年10月1日正式创建Auto-ID Center非盈利性的开发组织。Auto-ID Center诞生后, 迅速提出了产品电子代码EPC (Electronic Product Code) 的概念以及物联网的概念与构架, 并积极推进有关概念的基础研究与实验工作。可以说, EPC与物联网的概念将射频识别技术的应用推到了极致, 对射频识别技术的发展与应用的推广起到了极大的推动作用。

3 基本原理分析

3.1 系统组成

射频识别系统是由电子标签 (射频标签) 、阅读器和天线三部分组成, 如下图所示:

电子标签内存有一定格式的电子数据, 作为待识别物品的标识性信息。应用中将电子标签附着在待识别物品上, 作为待识别物品的电子标记。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息, 通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令, 电子标签根据收到的阅读器的命令, 将内存的标识性数据回传给阅读器。这种通信是在无接触方式下, 利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的。

3.1.1 电子标签 (Tag, 即射频卡) :由耦合元件及芯片组成, 标签含有内置天线, 用于和射频天线间进行通信。

3.1.2 阅读器 (Reader) :读取 (在读写卡中还可以写入) 标签信息的设备。

3.1.3 微型天线 (Antenna) :在标签和读取器间传递射频信号。

3.2 系统的基本工作流程

从概念上来讲, RFID是使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID单元, 利用射频信号将信息由RFID单元传送至RFID读写器。阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号, 当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流, 射频卡获得能量被激活;射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去;系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号, 经天线调节器传送到阅读器, 阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理;主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性, 针对不同的设定做出相应的处理和控制, 发出指令信号控制执行机构动作。

阅读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。高频接口包含发送器和接收器, 其功能包括:产生高频发射功率以启动射频卡并提供能量;对发射信号进行调制, 用于将数据传送给射频卡;接收并解调来自射频卡的高频信号。而控制单元的功能包括:与应用系统软件进行通信, 并执行应用系统软件发来的命令;控制与射频卡的通信过程 (主-从原则) ;信号的编解码。对一些特殊的系统还有执行反碰撞算法, 对射频卡与阅读器间要传送的数据进行加密和解密, 以及进行射频卡和阅读器间的身份验证等附加功能。

4 射频识别技术的应用

当前RFID的应用领域包括:ETC (电子收费) 、铁路机车车辆识别与跟踪、集装箱识别、贵重物品的识别、认证及跟踪、商业零售、医疗保健、后勤服务等的目标物管理、出入门禁管理、动物识别、跟踪、车辆自动锁死 (防盗) 在国外, 射频识别技术已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。

例如, 波士顿在1999年的马拉松比赛中使用RFID技术进行计时管理, 计时系统是将带感应器的运动鞋感应器通过一个塑料的固定装置固定在每一个运动员的鞋带上, 当运动员通过在起跑线和终点线的地面或地下埋藏的感应天线时进行记时, 从而保证每一个运动员的信息都可以被记录下来。射频技术的使用使上万个马拉松参赛者的比赛时间变得简单, 而不象以往的方式将花费大量的人力和物力。被世界许多重要的比赛项目所接受, 还可以对个别的运动员在比赛中的时间进行跟踪, 在一些临时检测地点放置感应天线可以防止欺骗行为。同时也可以应用到铁人三项、自行车比赛和滑冰比赛, 使得每一个运动员的比赛时间都可以简单的记录下来并发送到因特网上。运动员的朋友和家人可以登录波士顿马拉松的官方网站, 输入运动员的名字或比赛号码, 就可以查看由每3英里设置的检测站检测的运动员的比赛时间, 并随时更新。

其次, 维多利亚州政府选定了6个农场推行RFID技术, 即一种非接触式的自动识别技术, 通过射频信号自动识别目标对象, 并获取相关数据, 识别工作无须人工干预, 可工作于各种恶劣环境。并且羊群中的每只羊都是不同的, 必须要单个管理, 如果只是使用人工管理的话, 既浪费时间, 又浪费金钱, 而利用RFID标签技术管理单只绵羊将带来更大的经济利益。RFID标签还可以保存绵羊的体重增加或减少的信息, 凭借此信息就可以确知绵羊的健康状况并适时采取相应的应对措施, 比如当得知绵羊体重减轻后就可以多喂一些饲料。还可以帮助农户淘汰那些生产低质羊毛的羊, 识别出最好的和最有价值的羊群之后, 农户就可以最大限度地提高生产效率和赢利能力。另一用途就是将羔羊与母羊信息联系起来, 用以比较不同母羊后代之间的优劣。不过如果使用人工手动的话就很难办到了, 因为一般情况下羔羊都会紧跟着母羊, 这样记录起来很复杂且很乱。而将羊羔贴标签之后, 则在羔羊跟随母羊通过RFID读写器时就会被自动识别, 识别出优质的羊羔将产生明显的经济利益, 农户可以将劣质的羊羔剔除出去, 适当地分配饲料并将劳动力转向最需要的地方。

5 射频识别技术的发展前景

射频识别技术的发展, 一方面受到应用需求的驱动, 另一方面射频识别技术的成功应用反过来又将极大地促进应用需求的扩展。从技术角度说, 射频识别技术的发展体现在若干关键技术的突破。从应用角度来说, 射频识别技术的发展目的在于不断满足日益增涨的应用需求, 并且得益于多项关键技术如:芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据变换与编码技术、电磁传播特性等技术的综合发展。

随着技术的不断进步, 射频识别产品的种类将越来越丰富, 应用也越来越广泛。可以预计, 在未来的几年中, 射频识别技术将持续保持高速发展的势头。射频识别技术的发展将会在电子标签 (射频标签) 、阅读器、系统种类等方面取得新进展。

参考文献

[1]刘长征, 熊璋, 王剑昆.基于智能标签的射频识别系统的研究和实现[J].计算机工程, 2003, 29 (20) .

[2] (德) KlausFinkenzeller.射频识别技术.电子工业出版社, 2006.

RFID技术的起源和发展 篇9

提到RFID技术大家即熟悉又陌生, 熟悉的原因是它在我们日常生活中的很多方面都得到了应用, 陌生是因为它的出现和发展只有短短的几十年。虽然发展的时间很短, 但RFID技术被业界公认为是本世纪最有前途的应用技术之一。

RFID技术, 又称射频识别技术, 是基于雷达技术的发展和应用原理开发出来的, 是一种无线的、非接触方式的自动识别技术, 它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据, 识别工作无须人工干预, 不用直接接触, 可工作于各种恶劣环境, 并且成本低、尺寸小、操作方便快捷。

2 RFID技术的起源

RFID技术是基于雷达技术的发展而发展起来的, 最早可以追溯到第二次世界大战期间。当时, 雷达技术在军事上已经被各国应用于预警正在接近的飞行目标。但雷达技术的致命弱点就是敌我不分, 这就催生了主动式和被动式RFID系统的诞生。德国人发现当他们返回基地时拉起飞机, 就可以改变雷达反射回的信号, 从而和敌军的飞机进行区别, 这种简单的方式可以说是最早的被动式RFID系统。同时, 其它国家在应用雷达技术的同时, 也在深入研究敌我识别系统。英国人研究成功了能识别敌我飞机的敌我识别器, 当接收到雷达信号后, 敌我识别器会主动发出信号返回给雷达以区分敌我飞机。这种方法被认为是最早的主动式RFID系统。但是, 最初RFID技术的发展成本很高, 主要应用到军事上。随着计算机技术的发展, RFID技术才逐步应用到民用领域。

3 RFID技术的发展

3.1 RFID技术的国外发展状况

RFID技术是优先在国外发展起来的, 斯托克曼是最早对RFID技术进行理论研究的, 其后科学家们才在实验室广泛开展对RFID技术的研究。很快许多商家意识到这项新技术所潜在的巨大商机, 纷纷投入到这项新技术的研究中来, 特别是20世纪90年代, RFID技术得到了迅速的发展。以美国为首, 无论是民间还是政府都非常重视RFID技术的开发和应用, 对RFID系统的标签芯片、天线、射频模块等都有较深入的探索和研究。如:美国德州仪器公司最早致力于RFID技术研发, 它较早的开发了一些与人们的日常生活紧密相关的低频和微波频段的产品, 比如:高速公路自动收费系统、大型养殖企业动物的跟踪管理系统以及车辆的防抢防盗系统、高端小区的门禁管理系统等, 为后续技术的提高和产品开发奠定了基础。IBM、HP等公司也不甘落后, 也在积极开发相应的软件及系统来支持RFID的应用。目前国外的很多物流仓储企业比如沃尔玛、家乐福和一些包裹服务企业也都支持RFID的应用。美国不仅在民间非常重视, 军方也非常重视, 在2004和2005年的时候就要求军用物资都贴上RFID标签。

欧洲对RFID技术的研发和应用紧随美国之后, 开发速度和开发能力也是非常强大的。第一个单芯片读写RFID系统就是飞利浦半导体公司研发出来的, 而且最早是在1990年。还有, 像NOKIA、SAP等许多企业也在致力于RFID技术在各自领域的应用, RFID技术的一项核心问题———反碰撞问题就是在欧洲最早发明的, 低频13.56MHZRFID系统也是首先在欧洲试验成功的, 所以欧洲RFID技术的发展速度大有赶超美国之势。

日本是一个制造业强国, 政府将RFID作为一项关键的技术来发展。所以, 它在电子标签研究领域起步较早。日本曾在包括消费电子、书籍、服装、音乐、建筑机械、制药和物流等七大产业做好RFID的应用试验。2004年, 三菱成功地开发出了避免RFID读卡器之间干扰的新技术。NEC宣布, 生产笔记本个人电脑产品公司引进了使用RFID标签的生产管理系统。

韩国主要通过国家联合民间企业的力量来推动RFID的发展。2004年3月韩国提出了IT839计划, RFID的重要性得到了进一步加强。虽然目前韩国在RFID的开发和应用领域乏善可陈, 但在韩国政府的高度重视下, 韩国关于RFID的技术开发和应用试验正在快速开展。同日本类似, 韩国也出现了将RFID引入开放系统的趋势。2005年3月, 韩国政府耗资7.84亿美元在仁川新建技术中心, 主要从事电子标签技术包括RFID的研发及生产, 以帮助韩国企业快速确立在全球RFID市场的主流地位。

3.2 RFID技术的国内发展状况

相对于国外, 国内对RFID系统开展研究的比较晚。我国政府在1993年制定的金卡工程实施计划, 是一个旨在加速推动我国国民经济信息化进程的重大国家级工程, 由此射频识别技术在我国的发展及应用迅猛开展, 它也是我国开展RFID技术研究的标志。在我国, RFID技术的典型应用就是二代身份证技术, 二代身份证采用了13.56MHZ的RFID技术作为其内核技术, 在防伪方面取得了重大的突破。据国外研究机构统计, 因为中国二代身份证项目的巨大的发行量, 中国已经成为世界上最大的RFID市场。RFID技术在国内的其它应用还包括:

(1) RFID技术在机动车辆出入控制管理系统的应用。如停车场等具有较多车辆和单位车辆的出入称重管理等。

(2) RFID技术在交通收费管理系统的应用。将RFID系统用于高速公路自动收费, 不仅在收费站能够完成自动收费而且能够有效解决交通堵塞问题。

(3) RFID金融卡。无纸交易是必然的发展方向, 目前己经出现了金融卡。它的系统更能适用于不同的环境, 包括磁卡、接触式卡不能适用的恶劣环境。

(4) RFID技术在航空旅客行包的自动识别和转运管理系统的应用。采用此项技术大大提高了航空旅客行包分拣速度和效率。

(5) RFID技术在门禁管理系统的应用。现在很多的单位用来当作考勤机使用, 也可以作为进入单位工作场所人员的自动识别许可证。

(6) RFID技术物流管理领域的应用。沃尔玛超市等大型物流仓储企业采用标签来管理商品。

(7) RFID技术大型图书馆的图书管理系统的应用。这一技术可以实现对数以万计的图书音像资料进行目录清单管理, 而且能够迅速准确地为读者提供服务, 提高图书馆的服务质量。

基于RFID技术的智能工厂 篇10

市场对制造业要求越来越高, 要求企业产品不仅有高的规范、低的成本、优良的质量还要有快速的供货时间, 对产品的生产周期要求是越来越短。而现有的条形码技术由于其本身的特性和应用的局限性已不能满足现代工厂的需要。相较于接触式的条形码技术, RFID是一种非接触式自动识别技术, 其功能强大, 信息容量大, 可读写等性能使其在商品流通中更具优势[1]。RFID技术的出现和应用以及信息管理系统的组建则可实现工厂内生产运作信息整合, 同时可优化内部物流供应和流通流程, 提高工厂内的运行效率和对产品的监管力度, 保证高效高质量的产品出货。

1 RFID系统结构

射频识别RFID (Radio Frequency Identification) 技术, 可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据, 识别系统与特定目标之间不需要建立机械或光学接触。常用的有低频 (125k~134.2K) 、高频 (13.56Mhz) 、超高频, 微波等技术。按照能源的供给方式分为无源RFID, 有源RFID, 以及半有源RFID。

RFID系统由读写器、标签及应用系统组成。每个RFID标签具有唯一的产品电子码EPC (Electronic Product Code) , 代表产品类别、制造商、生产日期和地点、有效日期和物流等信息, 并且随着产品在工厂内的转移或变化, 这些数据可以实时更新。系统中的RFID阅读器可控制射频模块向电子标签发送特定频率的射频信号, 电子标签产生感应电流获得能量被激活, 使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去。阅读器接收标签的应答信号, 同时可对电子标签的对象标识信息进行解码, 从而将对象标识信息连带电子标签上的其它相关信息传输到应用系统以供处理。阅读器读取的标签数据信息送至计算机中的中间件Savant系统软件进行相应处理, 减少从阅读器传往工厂应用的数据量, 数据信息处理后传送到Internet[2]。

2 智能工厂流程

在工厂产品制造中, 当产品在某个工段生产完成并贴上存储有EPC标识的RFID标签后, 在产品的整个生命周期中, 该EPC代码将成为该产品的唯一标识, 通过对流经各个生产流程阶段的产品原料上携带的标签读写识别, 实时动态地监控整个工厂产品的生产管理过程, 实行动态的自动产品生产管理及质量控制, 能够显著地提高效率降低成本[3]。

当产品流通到某个生产环节的阅读器前时, 阅读器在有效的读取范围内就会监测到标签的存在并读取产品的电子码。RFID阅读器从标签上读取产品唯一的EPC电子码, 读取到的电子码传输到在Savant中间件系统进行捕获、过滤、汇集、计算、数据校对、解调、数据传送、数据存储和任务管理, 减少从阅读器传往工厂应用的数据量, 对本次阅读器的记录进行读取并修改相应的数据并传送到Internet。以后就可以在Internet上利用ONS找到这个物品信息所存储的位置, 由ONS给Savant系统指明存储这个物品的有关信息的服务器, 并将这个文件中的关于这个物品的信息传递过来[4]。

3 结语

随着RFID技术发展成熟, RFID的应用可以提高工厂加工的信息化与智能化, 对产品的动态跟踪运送和信息的获取更加方便, 对不合格的产品及时召回提高了消费者对产品的信赖度。制造商与消费者信息交流的增进使其对市场需求做出更快的响应, 在市场信息的捕捉方面占有先机, 大大提高企业的管理水平和决策水平, 有力地提高企业的市场竞争力。

参考文献

[1]游战清, 刘克胜, 吴翔, 等.无线射频识别 (RFID) 与条码技术[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[2]李如年.基于RFID技术的物联网研究[J].中国电子科学研究院学报, 2009, 4 (06) :594-597.

[3]艾超, 傅华明.现代工厂中给予RFID技术的物联网设计[J].技术前沿, 2007, 9 (12) :75-77.