物联网RFID技术应用

物联网RFID技术应用R&DManager张洋2RFID射频识别技术及应用RFID概念RFID系统组成RFID分类RFID工作原理RFID技术特点RFID技术优势RFID的应用领域3RFID概念射频识别即RFID（RadioFrequencyIDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间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，无源等技术。RFID读写器也分移动式的和固定式的。4RFID系统组成最基本的RFID系统由标签、读写器、天线、应用软件系统四部分组成，如下表：标签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；每个标签都有一个唯一的ID号--UID，UID是在制作芯片是放在ROM中的，无法修改。读写器读取（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。读写器除了具备无线电模块、控制芯片及感应装置外，还会有RS232、RS485等接口，让接收到的数据可以传送到计算机和控制系统端。天线在标签和读写器之间传递射频信号。应用软件系统是应用层软件，主要是把收集的数据进一步处理，并为人们所使用。5RFID系统组成6电子标签的分类按供电方式分：有源(Active)标签和无源(Passive)标签。无源RFID产品发展最早，也是发展最成熟，市场应用最广的产品。比如，公交卡、食堂餐卡、银行卡、宾馆门禁卡、二代身份证等，这个在我们的日常生活中随处可见，属于近距离接触式识别类。其产品的主要工作频率有低频125KHZ、高频13.56MHZ、超高频433MHZ，超高频915MHZ。有源RFID产品，是最近几年慢慢发展起来的，其远距离自动识别的特性，决定了其巨大的应用空间和市场潜质。在远距离自动识别领域，如智能医院，智能停车场，智能交通，智慧城市，智慧地球及物联网等领域有重大应用。有源RFID在这个领域异军突起，属于远距离自动识别类。产品主要工作频率有超高频433MHZ，微波2.45GHZ和5.8GMHZ。7电子标签的分类按工作频率分：低频（LF）标签、高频（HF）标签、超高频（UHF）标签以及微波（uW）标签。低频电子标签，简称为低频标签，其工作频率范围为30kHz~300kHz。典型工作频率有：125KHz，133KHz。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于10cm。低频标签的典型应用有：动物识别、门禁卡、工具识别。高频电子标签一般也采用无源方式，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感（磁）耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。标签与阅读器进行数据交换时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区内。高频标签由于可方便地做成卡状，典型应用包括：城市公交卡、电子身份证、校园一卡通等。相关的国际标准有：ISO14443、ISO15693等。8电子标签的分类超高频与微波频段的电子标签，简称为微波电子标签，其典型工作频率为：862(902)~928MHz，2.45GHz，5.8GHz。微波电子标签可分为有源标签与无源标签两类。工作时，电子标签位于阅读器天线辐射场的远区场内，标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。相应的射频识别系统阅读距离一般大于1m，典型情况为4~7m，最大可达10m以上。阅读器天线一般均为定向天线，只有在阅读器天线定向波束范围内的电子标签可被读/写。微波电子标签的典型应用包括：移动车辆识别。9电子标签不同频率对比10电子标签的分类按通信方式分：主动式标签（TTF）和被动式标签（RTF）。有源电子标签又称主动标签，标签的工作电源完全由内部电池供给，同时标签电池的能量供应也部分地转换为电子标签与阅读器通讯所需的射频能量。返回信息发射信号功率更大，所以作用范围更大。11电子标签的分类被动式标签没有内部供电电源。其内部集成电路通过接收到的电磁波进行驱动，这些电磁波是由RFID读取器发出的。当标签接收到足够强度的讯号时，可以向读取器发出数据。这些数据不仅包括ID号（全球唯一标示ID），还可以包括预先存在于标签内EEPROM中的数据。由于被动式标签具有价格低廉，体积小巧，无需电源的优点。市场的RFID标签主要是被动式的。12电子标签的分类按标签芯片分：只读（R/O）标签、读写（R/W）标签只读标签：内部只有只读存储器ROM（READONLYMEMORY）。ROM中存储有标签的标识信息。这些信息可以在标签制造过程中由制造商写入ROM中，也可以在标签开始使用时由使用者根据特定的应用目的写入特殊的编码信息。这种信息只能是一次写入，多次读出。只读标签中还有缓冲存储器，用于暂时存储调制后等待天线发送的信息。只读标签一般容量较小，一般可以用作标识标签。对于标识标签来说，一个数字或者多个数字字母字符串存储在标签中，这个储存内容是进入信息管理系统中数据库的钥匙（KEY）。标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定的标识项目，如人、物、地点进行标识，关于被标识项目的详细的特定的信息，只能在与系统相连接的数据库中进行查找。13只读电子标签14电子标签的分类读写标签：内部的存储器除了ROM、缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。这种存储器一般是EEPROM（电可擦除可编程只读存储器），它除了存储数据功能外，还具有在适当的条件下允许多次对原有数据的擦除以及重新写入数据的功能。可读可写标签还可能有RAM（RANDOMACCESSMEMORY），用于存储标签反应和数据传输过程中临时产生的数据。可读写标签一般存储的数据比较大，这种标签一般都是用户可编程的，标签中除了存储标识码外，还存储有大量的被标识项目其它的相关信息，如生产信息，防伪校验码等等。在实际应用中，关于被标识项目的所有的信息都是存储在标签中的，读标签就可以得到关于被标识目标的大部分信息，而不再必须连接到数据库进行信息读取。另外在读标签的过程中，可以根据特定的应用目的控制数据的读出，实现在不同的情况下读出的数据部分不同。一般电子标签的ROM区存放有产商代码和无重复的序列码，每个产商的代码是固定和不同的，每个产商的每个产品的序列码也是肯定不同的。所以每个电子标签都有唯一码，这个唯一码又是存放在ROM中，所以标签就没有可仿制性，是防伪的基础点。15读写电子标签16RFID工作原理RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（PassiveTag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（ActiveTag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。17RFID工作原理•天线•Computer•System•(4)识别器接收到标签的信号后把信息传给电脑系统•Transponder•标签•(2)标签接收到信号•(3)标签从识别器发射的信号里获取能量,向识别器发送反馈信号•电脑系统•识别器•(1)识别器通过天线广播信号18RFID技术特点数据的读写功能。只要通过RFID读写器，不需要接触即可直接读取射频卡内的数据信息到数据库内，且一次可处理多个标签，也可以将处理的数据状态写入电子标签。电子标签的小型化和多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状之限制，不需要为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID电子标签更可向小型化发展，便于嵌入到不同物品内。因此，可以更加灵活地控制物品的生产和控制，特别是在生产线上的应用。耐环境性。RFID最突出的特点是可以非接触读写（读写距离可以从十厘米至几十米）、可识别高速运动物体，抗恶劣环境，且对水、油和药品等物质具有强力的抗污性。RFID可以在黑暗或脏污的环境之中读取数据。可重复使用。由于RFID为电子数据，可以反复读写，因此可以回收标签重复使用，提高利用率，降低电子污染。穿透性。RFID即便是被纸张、木材和塑料等非金属、非透明材质包覆，也可以进行穿透性通信。但是它不能穿过铁质等金属物体进行通信。19RFID技术特点动态识别。可以识别移动的物体，例如移动的车辆。耐用性。标签表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落，静电击穿，弯曲损坏等问题，所以，卡的使用寿命比较长。安全性。将产品数据从中央计算机中转存到标签上将为系统提供安全保障，大大地提高系统的安全性。射频标签中数据的存储可以通过校验或循环冗余校验的方法来得到保证。数据的记忆容量大。数据容量会随着记忆规格的发展而扩大，未来物品所需携带的数据量会愈来愈大，对卷标所能扩充容量的需求也会增加，对此RFID将不会受到限制。20RFID射频识别技术优势多目标识别运动目标识别远距离目标识别存储的信息量大芯片存储，信息可读可写抗潮湿、灰尘、烟雾等复杂环境安全性高可重复使用体积小型化、形状多样化穿透性与其它识别方式相比，RFID具有以下技术优势：21条码、接触式IC卡、磁卡、RFID卡的区分1、磁卡：类似于银行卡，反面有黑色的磁条。一般适用于单店使用。反面磁条仅仅存蓄号码不存其它任何东西，因为磁卡号码的唯一性，保证了不同用户的卡号不同。用磁卡实现会员管理的时候，会员储蓄金额、积分、或者折扣等形式是通过软件实现。该种卡的特点：便宜、普通。缺点：靠近强的磁场磁性容易丢失。2、条码：该卡卡面上有一串条码，通过扫描枪或者相应的条码读卡器读出该条码卡的卡号。根据条码的不同又分为39码等其它码。条码卡仅仅是一个编号，不存蓄其它内容。特点：价格便宜类似磁卡。22条码、接触式IC卡、磁卡、RFID卡的区分3、IC卡：多数为接触式IC卡，例如：电话卡；接触式IC卡因为芯片裸露在外面，卡本身经常与机器的接触容易导致磨损。4、RFID卡：射频识别卡可具有读写能力，可携带大量数据、难以伪造和智能性较高等。射频识别和条码一样是非接触式识别技术，由于无线电波能“扫描”数据，所以RFID挂牌可做成隐形的，有些RFID识别产品的识别距离可以达到数百米，RFID标签可做成可读写的。射频标签最大的优点就在于非接触，因此完成识别工作时无须人工干预、适于实现自动化且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多个射频标签，操作快捷方便。射频标签不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，短距离的射频标签可以在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距离的产品多用于交通上，可达几十米，如自动收费或识别车辆身份。23条码、接触式IC卡、磁卡、RFID卡的区分24RFID应用领域（1）高速公路收费及智能交通系统高速公路自动收费系统是射频识别技术最成功的应用之一。高速公路收费存在一些问题，一是交通堵塞，在收费站口，许多车辆要停车排队交费，成为交通瓶颈问题；二是少数不法的收费员贪污收取的过路费，使国家蒙受了财政收入损失。RFID技术应用在高速公路自动收费上能够充分体现该技术的优势。在车辆高速通过收费站的同时自动完成缴费，解决了交通的瓶颈问题，提高了车行速度，避免了拥堵，提高了收费计算效率，同时可以解决收费员贪污收取的过路费的问题。25RFID应用领域26RFID应用领域27RFID应用领域（2）RFID仓储管理流程将射频识别系统用于智能仓库货物管理，可以有效地解决仓库里与货物流动相关的信息的管理，监控货物信息，实时了解库存情况，自动识别货物，确定货物的位置。28RFID应用领域（3）RFID在动物识别与跟踪中的应用1、动物基本信息：出生信息、饲养员信息、生长信息、出入草场、出栏信息等基本信息的记录；2、防疫信息：防疫、接种疫苗、防疫检查、防疫处理等信息的记录；3、流通环节的监督：温度、湿度、道口检查等信息的记录；4、屠宰检疫记录：屠宰检疫、屠宰日期、仓储环境等信息记录；5、销售产品信息：销售地信息、销售日期、分销商信息的记录