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RFID自动识别技术原理介绍
发布时间:2016-8-10 14:22:51

1. RFID自动识别技术原理—简介

  RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,其基本原理是电磁理论。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。

  埃森哲实验室首席科学家弗格森认为RFID自动识别技术是一种突破性的技术:"第一,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;第二,其采用无线电射频,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;第三,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,储存的信息量也非常大。"

RFID高频工作原理.jpg

2. RFID自动识别技术组成

  最基本的RFID系统由电子标签、读写器和计算机网络等这三部分组成构成。

  1) 电子标签(Tag):电子标签包含电子芯片和天线,天线在标签和读取器间传递射频信号,电子芯片用来存储物体的数据,天线用来收发无线电波。

  电子标签按供电方式分为无源电子标签、有源电子标签和半有源电子标签三种:

  • 无源电子标签:标签内部没有电池,其工作能量均需阅读器发射的电磁场来提供,重量轻、体积小、寿命长、成本低,可制成各种卡片,是目前最流行的电子标签形式。其识别距离比有源系统要小,一般为几米到十几米,而且需要较大的阅读器发射功率。

  • 有源电子标签:通过标签内部的电池来供电,不需要阅读器提供能量来启动,标签可主动发射电磁信号,识别距离较长,通常可达几十米甚至上百米,缺点是成本高寿命有限,而且不易做成薄卡。

  • 半有源电子标签:内有电池,但电池只对标签内部电路供电,并不主动发射信号,其能量传递方式与无源系统类似,因此其工作寿命比一般有源系统标签要长许多。


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  2) 读写器(Reader):利用射频技术读写电子标签的设备,读写器接收电子标签的数据信息,并将其传送给外部主机。


  3) 计算机网络(Computer):读写器通过标准接口与计算机网络连接,计算机网络完成数据的处理、传输和通信的功能。

3. RFID自动识别技术工作原理

  射频识别系统的基本模型如下图所示。其中,电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体;阅读器又称为读出装置,扫描器、通讯器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合、在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递、数据的交换。

  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。

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  发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种。

  1) 电感耦合。变压器模型,通过空间高频交变磁场实现耦合,依据的是电磁感应定律,如右图A所示。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有:125kHz、225kHz和13.56MHz。识别作用距离小于1m,典型作用距离为10~20cra。

  2) 电磁反向散射耦合:雷达原理模型,发射出去的电磁波,碰到目标后反射,同时携带回目标信息,依据的是电磁波的空间传播规律,如图所示。电磁反向散射耦合方式一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有:433MHz,915MHz,2.45GHz,5.8GHz。识别作用距离大于1m,典型作用距离为3—l0m。

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4. RFID自动识别技术标准及分类

  目前生产RFID产品的很多公司都采用自己的标准,国际上还没有统一的标准。目前,可供射频卡使用的几种标准有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。应用最多的是ISO14443和ISO15693,这两个标准都由物理特性、射频功率和信号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部分组成。

  按照不同得方式,RFID自动识别技术有以下几种分类:

  1) 按供电方式分为有源卡和无源卡。有源是指卡内有电池提供电源,其作用距离较远,但寿命有限、体积较大、成本高,且不适合在恶劣环境下工作;无源卡内无电池,它利用波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为卡内电路供电,其作用距离相对有源卡短,但寿命长且对工作环境要求不高。

  2) 按载波频率分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡。低频射频卡主要有125kHz和134.2kHz两种,中频射频卡频率主要为13.56MHz,高频射频卡主要为433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中,如多数的门禁控制、校园卡、动物监管、货物跟踪等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统;高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合,其天线波束方向较窄且价格较高,在火车监控、高速公路收费等系统中应用。

  3) 按调制方式的不同可分为主动式和被动式。主动式射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器;被动式射频卡使用调制散射方式发射数据,它必须利用读写器的载波来调制自己的信号,该类技术适合用在门禁或交通应用中,因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。在有障碍物的情况下,用调制散射方式,读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。而主动方式的射频卡发射的信号仅穿过障碍物一次,因此主动方式工作的射频卡主要用于有障碍物的应用中,距离更远(可达30米)。

  4) 按作用距离可分为密耦合卡(作用距离小于1厘米)、近耦合卡(作用距离小于15厘米)、疏耦合卡(作用距离约1米)和远距离卡(作用距离从1米到10米,甚至更远)。

  5) 按芯片分为只读卡、读写卡和CPU卡。

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