遠距離射頻識別系統及其應用前景

文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：張益強　鄭銘　張其善   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月02日

　摘要 本文介紹了射頻識別技術(shù)的發(fā)展其簡(jiǎn)要工作原理、發(fā)展狀況和主要應用領(lǐng)域。

　　關(guān)鍵詞 射頻識別 射頻卡 電子標簽

1 引言

　　射頻識別技術(shù)（RFID，即Radio Frequency Identification）是從20世紀80年代走向成熟的一項自動(dòng)識別技術(shù)。它利用射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信交換數據以達到識別目的。和傳統的磁卡、IC卡相比，射頻卡最大的優(yōu)點(diǎn)就在于非接觸，因此完成識別工作時(shí)無(wú)須人工干預，適合于實(shí)現系統的自動(dòng)化且不易損壞，可識別高速運動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)射頻卡，操作快捷方便。射頻卡不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，短距離的射頻卡可以在這樣的環(huán)境下替代條碼，用在工廠(chǎng)的流水線(xiàn)等場(chǎng)合跟蹤物體。長(cháng)距離的產(chǎn)品多用于交通上，距離可達幾十米，可用在自動(dòng)收費或識別車(chē)輛身份等場(chǎng)合。

2 射頻識別系統簡(jiǎn)介

　　射頻識別系統至少應包括以下兩個(gè)部分，一是讀寫(xiě)器，二是電子標簽（或稱(chēng)射頻卡、應答器等，本文統稱(chēng)為電子標簽）。另外還應包括天線(xiàn)，主機等。

　?。ㄒ唬┕ぷ黝l率

　　射頻識別系統的工作頻率主要有125kHz、13.56MHz、869MHz、902～928MHz、2.45GHz、5.8GHz等，允許的最大發(fā)射功率電平和頻率分配因國家和地區的不同而有所不同。其中125kHz系統主要應用在動(dòng)物識別和商品流通等領(lǐng)域。13.56MHz系統一般應用在公共交通和門(mén)禁系統等領(lǐng)域，其識別距離較近，一般為幾厘米（ISO14443標準）到幾十厘米（ISO15693標準），采用特殊制作的天線(xiàn)最大識別距離為1.5米左右。在UHF頻段（869MHz和902～928MHz），系統的識別距離遠，可從幾米到幾十米。UHF頻段的自動(dòng)識別系統主要應用在高速公路收費、集裝箱識別和鐵路車(chē)輛的識別、跟蹤等業(yè)務(wù)中。2.45GHz系統被動(dòng)式系統（無(wú)源標簽）一般可提供1米左右的識別距離，主動(dòng)式系統（有源標簽）也可以達到十幾米的識別距離。5.8GHz系統主要應用在交通領(lǐng)域，目前我國公路聯(lián)網(wǎng)收費系統暫行標準也把此頻段作為車(chē)輛識別的系統標準。

　?。ǘ㏕TF與RTF

　　RTF（Reader Talks First，讀寫(xiě)器先發(fā)言）和TTF（Tag Talks First，標簽先發(fā)言）是兩種讀寫(xiě)器抗沖突協(xié)議方式。

　　在一般狀態(tài)下，電子標簽處于‘等待’或稱(chēng)為‘休眠’的工作狀態(tài)，當電子標簽進(jìn)入讀寫(xiě)器的作用范圍時(shí)，檢測到一定特征的射頻信號，便從‘休眠’狀態(tài)，轉到‘接收’狀態(tài)，接收讀寫(xiě)器發(fā)出的命令后，進(jìn)行相應的處理，并將結果返回讀寫(xiě)器。這類(lèi)只有接收到讀寫(xiě)器特殊命令才發(fā)送數據的電子標簽被稱(chēng)為RTF（Reader Talk First，即讀寫(xiě)器先發(fā)言）方式；與此相反，進(jìn)入讀寫(xiě)器的能量場(chǎng)即主動(dòng)發(fā)送自身ID號的電子標簽被稱(chēng)為T(mén)TF（Tag Talk First，即標簽先發(fā)言）方式。TTF和RTF協(xié)議相比，TTF方式的射頻卡具有識別速度快等特點(diǎn)，適用于需要高速應用的場(chǎng)合；另外，它在噪聲環(huán)境中更穩健，在處理標簽數量動(dòng)態(tài)變化的場(chǎng)合也更為實(shí)用。因此，更適于工業(yè)環(huán)境的跟蹤和追蹤應用。

　?。ㄈ┯性春蜔o(wú)源標簽

　　射頻識別系統按電子標簽的供電方式可分為有源標簽和無(wú)源標簽兩類(lèi)。無(wú)源標簽所需工作能量需要從讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻波束中獲取能量，經(jīng)過(guò)整流、存儲后提供電子標簽所需的工作電壓。與有源標簽相比，具有成本低、不需要維護、使用壽命長(cháng)等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是讀寫(xiě)器要發(fā)射更大的射頻功率，識別距離相對較近等。然而，目前的集成電路設計技術(shù)能使所需工作電壓進(jìn)一步降低至1V甚至0.42V，這使得無(wú)源RFID系統可以達到20米以上的識別距離。這在不同的無(wú)線(xiàn)電規則限制情況下，可以滿(mǎn)足大部分實(shí)際應用系統的需要。有源標簽本身帶有微型電池，由于不需要射頻供電，其識別距離更遠，讀寫(xiě)器需要的功率較小。

3 射頻識別技術(shù)發(fā)展狀況

　　射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展很快，RFID產(chǎn)品種類(lèi)很多，像德州儀表、Motoro1a、Phllips等世界著(zhù)名廠(chǎng)家都生產(chǎn)RFID產(chǎn)品，并且各有特點(diǎn)，自成系列。我國在這方面起步較晚，但經(jīng)過(guò)幾年的努力已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品。

　　RFID技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò )方面的應用被美《商業(yè)周刊》評為將掀起新產(chǎn)業(yè)浪潮的未來(lái)四大高技術(shù)之一。據有關(guān)權威資料統計，射頻識別產(chǎn)品在全世界的銷(xiāo)量、1993年為990萬(wàn)套，1994年就猛增到2030萬(wàn)套，1997年有關(guān)產(chǎn)品的銷(xiāo)量將為9810萬(wàn)套。而在全世界范圍內射頻產(chǎn)品的銷(xiāo)售額，1989年為0.81億美元，1992年為1.41億美元、1997年為4.33億美元，1999年則為6.85億美元，其中在1992-1999年間射頻識別產(chǎn)品在全世界銷(xiāo)售額的年平均增長(cháng)率達25.3%。ABI估計，到2008年，RFID電子標簽、閱讀器和相關(guān)軟件與服務(wù)的銷(xiāo)售額可望增至30億美元。由此可見(jiàn)，射頻識別技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景。

　　一項由麻省理工學(xué)院（MIT）和IBM針對自動(dòng)化識別系統（Auto-ID）與新型無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)目前企業(yè)使用現狀的調查報告顯示：“自動(dòng)化識別系統”將成為供應鏈管理的有力工具，有71%的企業(yè)將于2005年底前應用自動(dòng)化識別系統；而有75%的制造業(yè)則會(huì )在2006年底前應用這種系統。美麻省理工學(xué)院（MIT）在芝加哥召開(kāi)的EPC研討會(huì )上首次公開(kāi)展示其研發(fā)了近5年的EPC網(wǎng)絡(luò )（Electronic Product Code，即電子產(chǎn)品編碼）。這種下一代條形碼系統可用一塊微芯片替換目前大多數商品上的黑色條形碼。目前這種電子標簽的價(jià)格約為50美分，隨著(zhù)應用市場(chǎng)的進(jìn)一步擴大，價(jià)格將逐步降為25美分甚至5美分。

4 主要應用領(lǐng)域

　　射頻識別技術(shù)被廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運輸控制管理、防偽等眾多領(lǐng)域,甚至軍事用途，在伊拉克戰爭期間，美國軍方大量使用了該項技術(shù)，用裝入袖口中的RFID芯片跟蹤受傷的士兵。射頻識別技術(shù)主要應用領(lǐng)域有如下一些方面：

　?。ㄒ唬┰谏虡I(yè)供應鏈的應用

　　全世界最大的零售商沃爾碼要求它前一百家大的供應商必需在2005年前為RFID技術(shù)的應用做好準備。專(zhuān)業(yè)人士預測，到2012年，RFID芯片的價(jià)格將降到比一粒米還便宜，還可以印在產(chǎn)品的包裝盒上，也能印在價(jià)格標簽上。依靠RFID系統跟蹤商店的庫存和收支情況，一清二楚。如果你是顧客，當你拿起商品要走出大門(mén)的時(shí)候，設在入口處的RFID發(fā)射接收器就能立即計算出你的購買(mǎi)總額，并從你錢(qián)包中的RFID信用卡上減去相應的金額，毋須勞你自己動(dòng)手。

　　值得關(guān)注的是，微軟公司決定加入發(fā)展射頻識別技術(shù)的陣營(yíng)，為催生這種貨物流向追蹤技術(shù)助一臂之力。IBM幫助麥德龍集團未來(lái)商店建立零售業(yè)科技新標準。

　?。ǘ┌踩?、防偽方面的應用

　　偽造問(wèn)題在世界各地都是令人頭疼的問(wèn)題，現在應用的防偽技術(shù)如全息防偽等技術(shù)同樣也被不法分子偽造。將射頻識別技術(shù)應用在防偽的領(lǐng)域有它自身的技術(shù)優(yōu)勢，它具有成本低但卻很難偽造的優(yōu)點(diǎn)。利用這種技術(shù)不用改變現行的數據管理體制，唯一的產(chǎn)品標識號完全可以做到與已用數據庫體系兼容。

　　 歐洲中央銀行準備在歐元中嵌入極小的射頻識別電子標簽。其主要目的是識別鈔票真偽，防止偽造鈔票。同時(shí)，射頻識別標簽還能夠記錄鈔票交割的細節，可以跟蹤非法交易，防止洗錢(qián)行為。使用射頻識別芯片還能夠簡(jiǎn)化、加快記帳等銀行的日常處理工作。使用這種標簽，一疊鈔票能夠從一個(gè)閱讀器通過(guò)就能夠統計出總數來(lái)，就像使用射頻識別標簽的系統跟蹤存貨一樣。

　　 （三）、車(chē)輛管理系統

　　1、高速公路自動(dòng)收費及交通管理

　　高速公路自動(dòng)收費系統是RFID技術(shù)最成功的應用之一。目前中國的高速公路發(fā)展非?？?，地區經(jīng)濟發(fā)展的先決條件就是有便利的交通條件，而高速公路收費卻存在一些問(wèn)題，一是交通堵塞，在收費站口，許多車(chē)輛要停車(chē)排隊交費，成為交通瓶頸問(wèn)題；二是少數不法的收費員貪污路費、使國家損失了財政收入。RFID技術(shù)應用在高速公路自動(dòng)收費上能夠充分體現它非接觸識別的優(yōu)勢。讓車(chē)輛高速通過(guò)收費站的同時(shí)自動(dòng)完成收費。同時(shí)可以解決收費員貪污路費及交通擁堵的問(wèn)題。

　　1996年、佛山市政府安裝了RFID系統用于自動(dòng)收取路橋費，明顯地提高車(chē)輛通過(guò)率，緩解公路瓶頸。車(chē)輛可以在250公里的時(shí)速下用少于0.5毫秒的時(shí)間被識別，并且正確率達99.95%。上海也安裝了基于RFID技術(shù)的自動(dòng)收繳養路費系統。廣州也嘗試在開(kāi)放的高速公路上用RFID系統對高速行駛的車(chē)輛進(jìn)行自動(dòng)收費。

　　2、停車(chē)場(chǎng)智能化管理系統

　　無(wú)需停車(chē)，系統自動(dòng)識別車(chē)輛的合法性，完成放行（禁止）、紀錄等管理功能。節約進(jìn)出場(chǎng)的時(shí)間、提高工作效率，杜絕管理費的流失。

　　3、營(yíng)區、重要部門(mén)車(chē)輛管理

　　政府機關(guān)、公安、軍事部門(mén)、機關(guān)大院等重要部門(mén)的車(chē)輛出入，根據保密級別可設置不同權限，允許進(jìn)入不同區域。對于安裝假牌、假證的車(chē)輛，無(wú)法混入，有效的保障了重要部門(mén)的安全。

　　4、城市車(chē)輛動(dòng)態(tài)管理　　對道路交通流量實(shí)時(shí)監控、統計、調度；車(chē)輛闖紅燈記錄報警；被盜（可疑）車(chē)輛報警、跟蹤；特殊車(chē)輛跟蹤；肇事逃逸車(chē)輛排查等等。有趣的是，英國計劃在汽車(chē)上裝此類(lèi)芯片，超速將被自動(dòng)“舉報”。

　　5、公共交通電子車(chē)票

　　射頻識別系統，特別是非接觸IC卡應用潛力最大的領(lǐng)域之一就是公共交通領(lǐng)域。使用非接觸式IC卡作為電子車(chē)票，具有使用方便、可以縮短交易時(shí)間，降低運營(yíng)成本等優(yōu)勢。韓國漢城在1996年就采用了這一系統。目前，北京的公交車(chē)如719、749路等公交車(chē)也都加裝了電子車(chē)票收費系統，將很快投入運營(yíng)。

　　(四) 、人員的管理

　　1、實(shí)現公安、交警機動(dòng)巡邏人員的動(dòng)態(tài)管理，加強對巡邏交警（巡警）的監督和調度，提高公安警力對突發(fā)事件的機動(dòng)反應能力。

　　2、人員身份自動(dòng)識別、門(mén)禁管理系統

　　 將來(lái)的門(mén)禁保安系統均可應用射頻卡，一卡可以多用，比如作工作證、出入證、停車(chē)卡、飯店住宿卡甚至旅游護照等等，人員出入時(shí)自動(dòng)識別身份，非法闖人會(huì )有報警。安全級別要求高的地方、還可以結合其它的識別方式，將指紋、掌紋或顏面特征存入射頻卡。

　?。ㄎ澹?、物流管理

　　1、鐵路貨運編組調度系統

　　火車(chē)按既定路線(xiàn)運行，讀寫(xiě)器安在鐵路沿線(xiàn)，就可得到火車(chē)的實(shí)時(shí)信息及車(chē)廂內裝的物品信息。通過(guò)讀到的數據，能夠得到火車(chē)的身份、監控火車(chē)的完整性，以防止遺漏在鐵軌上的車(chē)廂發(fā)生撞車(chē)事故，同時(shí)在車(chē)站能將車(chē)廂重新編組。

　　2、集裝箱識別系統

　　將記錄有集裝箱位置、物品類(lèi)別、數量等數據的標簽安裝在集裝箱上，借助射頻識別技術(shù)，就可以確定集裝箱在貨場(chǎng)內的確切位置，在移動(dòng)時(shí)可以將更新的數據寫(xiě)入射頻卡（電子標簽）。系統還可以識別未被允許的集裝箱移動(dòng)，有利于管理和安全。

　　3、郵件、郵包的自動(dòng)分揀系統

　　射頻識別技術(shù)已經(jīng)被成功應用到郵政領(lǐng)域的郵包的自動(dòng)分揀系統中，它具有非接觸、非視線(xiàn)數據傳輸的特點(diǎn)，所以包裹傳送中可以不考慮包裹的方向性問(wèn)題。另外，當多個(gè)目標同時(shí)進(jìn)入識別區域時(shí)，可以同時(shí)識別，大大提高貨物分揀能力和處理速度。另外，由于電子標簽可以記錄包裹的所有特征數據，更有利于提高郵包分揀的準確性。

　　4、還可用于重要物資的防盜與管理；軍事物資運輸的全程監控等。

5 結論

　　射頻識別技術(shù)在中國起步較晚，但是它的發(fā)展潛力是巨大的，前景非常誘人。射頻識別也可用于更為廣泛的領(lǐng)域，如美國準備把這項技術(shù)用于反恐，在現代軍事領(lǐng)域也有其獨特的應用。在信息社會(huì )，對于各種信息的獲取及處理要求快速、準確。在不久的將來(lái)RFID技術(shù)就將同其它識別技術(shù)一樣深入我們的生活、改善我們的生活。

參 考 文 獻

　　[1] C.; Declercq, M.; Joehl, N.; Curty, J.-P. Dehollain, "A global survey on short range low power wireless data transmission architec- tures for ISM applications." Semiconductor Conference, 2001. CAS 2001 Proceedings. International , Volume: 1 , 2001 Page(s): 117 -126 vol.1

　　[2] Rao, K.V.S., "An overview of backscattered radio frequency identification system (RFID) ", Microwave Conference, 1999 Asia Pa- cific , Volume: 3 , 1999 ，Page(s): 746 -749 vol.3.

　　[3] Passive RFID Basics. Pete Sorrells ,Microchip Technology Inc.

　　[4] 沈宇超，沈樹(shù)群，“射頻識別技術(shù)及其發(fā)展現狀” , 《電子技術(shù)應用》, 1999年 第1期。

　　[5] 國際標準組織發(fā)布協(xié)議草案ISO/IEC 18000系列，編號ISO/IEC JTC 1/SC 31/WG 4 N652R.2003.2

　　張益強，男，1974年4月出生，河北定州人，北京航空航天大學(xué)信息與通信專(zhuān)業(yè)博士研究生，主要研究方向，射頻識別。


----《中國數據通信》