RFID射频识别技术及应用

（一）RFID射频技术

射频识别技术（Ridio Frequency Identification，缩写RFID）工作原理是利用非接触的方式进行物品自动识别一种技术。它借助于天线发送射频信号、电磁信息在空间耦合传输方式，对空间静止物体或者移动的货物物品进行自动识别其信息的过程。RFID的射频标签内含有相关数据信息，其射频识别电子标签有ID卡、IC卡、电子标签等多种构成形式。RFID标签安装方便，根据需求可以放在不同的安装位置，主要是为方便读写器读取射频标签中存储的数据，完成对物品信息的识别统计数据。大多数标签可以贴在物品外表或托盘上，容易被读写器读写的地方。

（二）RFID系统结构

RFID射频识别系统主要由射频耦合器件（Antrim）、电子标签芯片（Tag）、标签读卡器（Reader）和数据处理网络四部分构成。核心部分电子标签由标签芯片和射频耦合芯片构成，每个电子标签含有唯一可识别的电子信息，粘贴在被识别物体表面，从而实现对所标识的物品目标进行识别。另一个设备部件是电子标签阅读器，主要功能是读取、写入物品属性数据信息。根据需要，现有标签识别阅读器主要有手持式、固定式两种方式，射频耦合天线主要工作是标签到阅读器之间传递含有数据信息射频信号。

射频识别系统中的重要部件之一电子标签，它是构成射频识别系统的重要特征。根据划分的标准不同，标签分类也不同。

（1）根据电子标签不同的用电形式，信息标签可分为三种，分别是有源标签、无源标签、半有源标签。其中不需要电源供电的是无源标签，它是通过阅读器发送的射频信号耦合电磁波供电。此类标签具有重量小、尺寸不大、工作时间较长、价格低廉的特点，被广泛应用于工程实现中。有源标签必须通过内部电池进行标签供电，此类标签识别距离很长，最远的识别距离甚至达上百米，但其工作时间不长、成本较高。有源标签内部含有供电电池，导致有源标签的尺寸较长，给制卡工艺造成难度。半有源标签同样需要内部供电电池，不同的是内部电池不直接提供工作电源，只是起到激活阅读器的作用，然后进入无源标签工作状态。

（2）根据电子标签的工作频率不同，信息标签可分为低频、高频、超高频系统、微波系统四类。

阅读器常用发送电信号时的工作频率主要使用的频率为射频系统。此射频系统工作频率分组如图6-1所示。

图6-1　射频系统频率范围

此系统常在915.3MHz，5.8GHz等频率范围内工作。

（3）根据数据调制方式不同，电子标签可分为主动式、被动式、半被动三种类型。

其中电子标签主动式射频系统工作原理是，利用电磁耦合产生的射频能量主动地给读写器发送数据，类似的调制方式有调幅、调相和调频。主动式不断地发送电子标签给被动式电子标签，阅读器利用载波调制信号驱动被动式电子标签，主要利用信号调制散射原理进行数据发射，宜在门禁、交通领域中使用广泛。

（4）根据标签读写性能，电子标签可分为只读标签（RO）、只写读（RW）、一次写读多次卡（WORM）几种。(www.xing528.com)

RO标签内部空间存储唯一的号码ID，不能修改，具有很高的安全性，RO标签最便宜。可读写标签卡一般比只读卡、只读写贵很多。例如，IC门禁卡、银行储蓄卡等制卡成本较高；一次写多次读卡是管理员对使用的卡一次性写入数据信息，一旦数据写入后就不能再次更改，此种方式比可读写标签卡成本低很多。

（5）按照电子标签中存储器数据不同，电子标签可分为标识标签和便携式电子信息数据文档两种。

RFID射频系统中电子标签通过耦合天线直接与阅读器进行通信。系统中电子标签被读写器激活后，电子标签中的内容读取出来，根据需要把所需数据信息写入电子标签，方便后面应用查询。由天线发射，数据信息接收模块，数字信号处理，标签供电电源四部分构成标准的读写器终端。读写器主要有射频耦合部分、信息处理控制部分和输入输出接口环节三部分构成。一般的读写器工作原理结构如下图6-2所示。

图6-2　标准读写器的工作框图

①射频通道模块：通道前端是信息识别部分的标签读写器，它是构成其价格成本的要素之一。射频天线与处理中心部分，主要工作是处理控制模块发出的相关指令，进行相关动作。射频通道模块通过耦合天线把调制过的数据信息发送给电子标签。如果有数据信号返回时，会根据返回的数据信息进行解调陈送给数据处理机构。

②控制处理模块：读写器的核心是数据处理与控制，类似与人的大脑的智能控制中心。它的主要工作包括：把包含数据信息的控制命令，按照一定规范进行发送信号、回波信号编码，冗余信息纠错、标签数据读写控制流程等等。对于发送多命令时起到缓存命令，接收较多数据时有数据暂时存储的作用。通过接口协议实现与后端应用程序之间数据交换，交口数据控制须由数据处理中心来实现。

③I/O接口模块外部传感器与标签读写器之间数据通信主要通过系统输入输出接口部分实现，控制器通过接口与其他部分通信。

④后台处理系统网络通信设备、数据处理、信息管理构成整个RFID系统的数据信息处理系统。信息处理数据中心是射频识别系中涉及的标签识别数据、物品的信息数据库、仓库的数据信息定位等数据集中交互中心。同时对物品的数据进行管理，数据管理软件也安装在信息数据中心区域。后台数据管理中心主要工作是整体协调各部分功能，确保系统安全运行，方便用户进行数据管理。

（三）RFID系统工作原理

物联网核心部分工作原理是利用射频自动识别（RFID）技术，通过网络技术、大数据服务器实现物品信息的自动识别、信息数据上传服务器共享和智能终端控制。RFID标签内部存储着通用格式信息、规范接口信息，通过无线网络把传感器自动采集来的信息传送给中央信息管理系统，实现物品信息的识别。通过现有的网络技术、计算机应用技术、大数据实现信息交互、信息共享，实现对物品的自动管理。系统的工作过程包括如下三个步骤：①首先利用电子标签对物体的属性进行标识，标签存储信息包括静态与动态的属性；②阅读器读取标识物品属性，将获得的数据信息发送到射频转换模块，将信息调制数据格式后传输到的网络；③最后接收端将包含物体信息数据通过转换格式后，利用网络传输到信息处理中心进行汇总。

在物联网射频识别系统中，每种物品都有唯一的RFID码与之对应。该物品上电子标签中存储着RFID码所对应的详细信息和属性。其中物品属性包含物品的名称、类别、出厂日期、出产地等，这些数据信息最后汇总到物联网信息管理服务器的数据库中。RFID系统对电子标签内容进行读取后，将读取到的RFID信息码直接发送给物联网中间件；中间件服务器将数据转换后通过Internet传送给数据中心，数据中心接收到物联网解释服务器发送的查询指令后，根据规则查阅与识别码相匹配的数据信息，类似于Internet中服务器解析功能，指引中间件服务器到物联网信息发布服务器读取该物品的详细信息；信息发布服务器接收到中间件的查询信息后，将物品详细数据信息发送给中间件，从而传送回与物品对应的详细信息。

综上所述，射频识别系统工作过程如下：首先标签阅读器借助于射频天线发射出固定频率的数据信号；当RFID标签逐渐靠近阅读器工作频率所在区域内磁场时，电磁场通过线圈产生磁感应电流，电子RFID标签获得能量被激活，立即向阅读器发送自身信息编码等数据；载波数据信息被阅读器收到后转发给信息中心，它接收到带编码信息载波对其解调后进行处理；智能控制信息中心把得到的数据进行处理分析，对分析结果进行判断，根据识别电子标签的合法性，设定不同处理和控制功能进行命令发布，发出控制指令做出事件处理。

射频电子标签构成中的解调模块把接收到RFID脉冲进行传输，传输到数据处理中心对其物品信息进行解调，处理好的数据根据控制逻辑进行操作，最后完成指令地发送和存储。