RFID技术及其应用_解读RFID技术

一、什么是射频识别？

射频识别(RFID)是一种无线通信技术，它可以通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别系统和特定目标之间建立机械或光学接触。RFID最重要的优势就是非接触式识别。它可以通过雪、雾、冰、油漆、污垢和条形码无法使用的恶劣环境读取标签，读取速度极快，大多数情况下不到100毫秒。

射频识别技术的优势不在于监测设备和环境的状态，而在于“识别”。即通过主动识别进入磁场识别范围的物体，进行相应的处理。RFID不是传感器，主要是通过标签对应的唯一ID号来识别标识物。传感器是一种检测装置，它能够感知被测信息，并将感知到的信息按照一定的规则转换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。这是实现自动检测和自动控制的第一步。

二、射频识别系统的组成和工作原理

1、射频识别系统

射频识别系统主要由三部分组成：标签、天线和阅读器。此外，需要一个特殊的应用系统来相应地处理阅读器识别。

图1按组成划分的RFID系统

1)标签:电子标签或射频标签和应答器，由芯片和内置天线组成。芯片中存储着一定格式的电子数据作为待识别物体的识别信息，是射频识别系统的数据载体。内置天线用于与射频天线通信。

2)阅读器：读取或读写电子标签信息的设备。其主要任务是控制射频模块向标签发送读取信号，接收标签的响应，解码标签的物体识别信息，并将标签上的物体识别信息及其他相关信息传输给主机进行处理。

3)天线：用于在标签和阅读器之间传输数据的发射和接收设备。

2、射频识别系统的工作原理

电子标签进入天线磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就可以用感应电流获得的能量发送芯片中存储的产品信息(无源标签)，或者主动发送某一频率的信号(有源标签)。阅读器读取并解码信息后，发送到中央信息系统进行相关数据处理。

图2读取器获得读写指令。

图3读取器RF调制器向天线发送信号。

图4天线询问标签

图5天线返回获得的标签信息。

另外，根据阅读器和标签之间射频信号的耦合方式，它们之间的通信可以分为电感耦合和电磁反向散射耦合。

1)感应耦合：根据电磁感应定律，通过空间高频交变磁场实现耦合。电感耦合模式一般适用于工作在中低频的短距离RFID系统。

2)电磁后向散射耦合：根据电磁波的空间传播规律，发射的电磁波击中目标后被反射，从而带回相应的目标信息。电磁反向散射耦合模式一般适用于工作在高频和微波的长距离RFID系统。

图6两种耦合模式的比较

一般来说，电感耦合模式主要用于低频(LF)和中频(HF)频段。由于低频RFID系统波长较长，能量相对较弱，主要依靠短程感应读取信息。电磁反向散射耦合主要用于高频(HF)和超高频(UHF)波段。因为高频波长短，能量高。因此，阅读器天线可以向标签辐射电磁波，部分电磁波被标签调制后反射回阅读器天线，解码后送入中央信息系统接收处理。

三、分类

根据工作频率的不同，RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波。其中，低频和高频RFID标签一般采用电磁耦合原理(电磁感应)，超高频和微波RFID标签一般采用电磁发射(电磁传播)原理。

1、低频射频标签

低频射频标签，简称低频标签，工作频率范围为30 kHz ~ 300 kHz。典型的工作频率为125KHz和133KHz。低频标签一般是无源标签，其工作能量是通过电感耦合从阅读器耦合线圈的辐射近场获得的。当在低频标签和阅读器之间传输数据时，低频标签应该位于阅读器天线辐射的近场区域。低频标签的读取距离一般小于1米。

典型应用：动物识别、容器识别、工具识别、电子锁防盗(内置应答器的车钥匙)等等。

2、高频射频标签

高频射频标签的工作频率一般为3 MHz ~ 30 MHz。典型的工作频率是13.56MHz，这个频段的射频标签应该归为低频标签，因为它们的工作原理和低频标签完全一样，都是通过电感耦合来工作的。另一方面，根据无线电频率的一般划分，其工作频段也被称为高频，因此常被称为高频标签。

高频标签一般是无源的，其工作能量和低频标签一样，是通过感应(磁)耦合从阅读器耦合线圈的辐射近场获得的。当标签与阅读器交换数据时，标签必须位于阅读器天线辐射的近场区域。中频标签的读取距离一般小于1米。

典型应用：电子门票、电子身份、电子锁及防盗(电子遥控门锁控制器)、小区物业管理、楼宇门禁系统等。

3、超高频和微波射频标签

UHF和微波射频标签简称微波射频标签，其典型工作频率为433.92MHz、862 (902) MHz ~ 928 MHz、2.45GHz和5.8GHz。

微波射频标签可以分为有源标签和无源标签。工作时，射频标签位于阅读器天线辐射场的远场，标签与阅读器的耦合方式为电磁耦合。阅读器天线的辐射场为无源标签提供射频能量，唤醒有源标签。相应RFID系统的读取距离一般大于1m，一般为4m ~ 6m，最大读取距离可达10m以上。读取器天线通常是定向天线，并且只有在读取器天线的定向波束范围内的RF标签才可以被读取/写入。由于读取距离的增加，使得多个射频标签同时出现在读取区域成为可能，这就提出了多个标签同时读取的要求。

典型应用：铁路车辆自动识别、集装箱识别，也可用于公路车辆识别和自动收费系统。

四、RFID和物联网

RFID是物联网感知外界的重要支撑技术。传感器可以监测各种感知信息，但缺乏识别物品的能力，而RFID技术具有很强的识别物品的能力。因此，对于物联网的发展，传感器和RFID都是不可或缺的。

没有RFID对物体的识别能力，物联网将无法实现万物互联的最高理想。如果没有RFID技术的支持，物联网的应用范围将会受到很大的限制。另一方面，由于RFID技术只能识别磁场内的物体，其读写范围受到阅读器和标签之间距离的影响。因此，提高RFID系统的感应能力和扩大覆盖能力是一个亟待解决的问题。同时，考虑到传感器网络更长的有效距离，RFID技术的应用范围可以得到很好的扩展。实现RFID与传感器网络的融合将是未来发展的必然方向。

就目前RFID的发展而言，RFID与传感器网络应用的初步融合已经实现