- 射頻識別技術(shù)原理分析
- 學(xué)習RFID系統組成和工作原理
- 利用無(wú)線(xiàn)射頻方式在進(jìn)行雙向數據傳輸
- 達到目標識別和數據交換的目的
射頻識別(RFID)技術(shù)相對于傳統的磁卡及IC卡技術(shù)具有非接觸、閱讀速度快、無(wú)磨損等特點(diǎn)，在最近幾年里得到快速發(fā)展。為加強中國工程師對該技術(shù)的理解，本文詳細介紹了RFID技術(shù)的工作原理、分類(lèi)、標準以及相關(guān)應用。
RFID技術(shù)利用無(wú)線(xiàn)射頻方式在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向數據傳輸，以達到目標識別和數據交換的目的。與傳統的條型碼、磁卡及IC卡相比，射頻卡具有非接觸、閱讀速度快、無(wú)磨損、不受環(huán)境影響、壽命長(cháng)、便于使用的特點(diǎn)和具有防沖突功能，能同時(shí)處理多張卡片。在國外，射頻識別技術(shù)已被廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化、交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域。
系統組成和工作原理
最基本的RFID系統由三部分組成：
1. 標簽(Tag，即射頻卡)：由耦合元件及芯片組成，標簽含有內置天線(xiàn)，用于和射頻天線(xiàn)間進(jìn)行通信。
2. 閱讀器：讀取(在讀寫(xiě)卡中還可以寫(xiě)入)標簽信息的設備。
3. 天線(xiàn)：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。
有些系統還通過(guò)閱讀器的RS232或RS485接口與外部計算機(上位機主系統)連接，進(jìn)行數據交換。
系統的基本工作流程是：閱讀器通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線(xiàn)工作區域時(shí)產(chǎn)生感應電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過(guò)卡內置發(fā)送天線(xiàn)發(fā)送出去；系統接收天線(xiàn)接收到從射頻卡發(fā)送來(lái)的載波信號，經(jīng)天線(xiàn)調節器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調和解碼然后送到后臺主系統進(jìn)行相關(guān)處理；主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執行機構動(dòng)作。
在耦合方式(電感-電磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、從射頻卡到閱讀器的數據傳輸方法(負載調制、反向散射、高次諧波)以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區別，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設計構造上都很相似，所有閱讀器均可簡(jiǎn)化為高頻接口和控制單元兩個(gè)基本模塊。高頻接口包含發(fā)送器和接收器，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動(dòng)射頻卡并提供能量；對發(fā)射信號進(jìn)行調制，用于將數據傳送給射頻卡；接收并解調來(lái)自射頻卡的高頻信號。不同射頻識別系統的高頻接口設計具有一些差異，電感耦合系統的高頻接口原理圖如圖1所示。
射頻識別系統的讀寫(xiě)距離是一個(gè)很關(guān)鍵的參數。目前，長(cháng)距離射頻識別系統的價(jià)格還很貴，因此尋找提高其讀寫(xiě)距離的方法很重要。影響射頻卡讀寫(xiě)距離的因素包括天線(xiàn)工作頻率、閱讀器的RF輸出功率、閱讀器的接收靈敏度、射頻卡的功耗、天線(xiàn)及諧振電路的Q值、天線(xiàn)方向、閱讀器和射頻卡的耦合度，以及射頻卡本身獲得的能量及發(fā)送信息的能量等。大多數系統的讀取距離和寫(xiě)入距離是不同的，寫(xiě)入距離大約是讀取距離的40%～80%。
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射頻卡的標準及分類(lèi)
目前生產(chǎn)RFID產(chǎn)品的很多公司都采用自己的標準，國際上還沒(méi)有統一的標準。目前，可供射頻卡使用的幾種標準有ISO10536、ISO14443、 ISO15693和ISO18OOO。應用最多的是ISO14443和ISO15693，這兩個(gè)標準都由物理特性、射頻功率和信號接口、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。
按照不同得方式，射頻卡有以下幾種分類(lèi)：
2. 按載波頻率分為低頻射頻卡、中頻射頻卡和高頻射頻卡。低頻射頻卡主要有125kHz和134.2kHz兩種，中頻射頻卡頻率主要為13.56MHz，高頻射頻卡主要為433MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低頻系統主要用于短距離、低成本的應用中，如多數的門(mén)禁控制、校園卡、動(dòng)物監管、貨物跟蹤等。中頻系統用于門(mén)禁控制和需傳送大量數據的應用系統；高頻系統應用于需要較長(cháng)的讀寫(xiě)距離和高讀寫(xiě)速度的場(chǎng)合，其天線(xiàn)波束方向較窄且價(jià)格較高，在火車(chē)監控、高速公路收費等系統中應用。
3. 按調制方式的不同可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。主動(dòng)式射頻卡用自身的射頻能量主動(dòng)地發(fā)送數據給讀寫(xiě)器；被動(dòng)式射頻卡使用調制散射方式發(fā)射數據，它必須利用讀寫(xiě)器的載波來(lái)調制自己的信號，該類(lèi)技術(shù)適合用在門(mén)禁或交通應用中，因為讀寫(xiě)器可以確保只激活一定范圍之內的射頻卡。在有障礙物的情況下，用調制散射方式，讀寫(xiě)器的能量必須來(lái)去穿過(guò)障礙物兩次。而主動(dòng)方式的射頻卡發(fā)射的信號僅穿過(guò)障礙物一次，因此主動(dòng)方式工作的射頻卡主要用于有障礙物的應用中，距離更遠(可達 30米)。
4. 按作用距離可分為密耦合卡(作用距離小于1厘米)、近耦合卡(作用距離小于15厘米)、疏耦合卡(作用距離約1米)和遠距離卡(作用距離從1米到10米，甚至更遠)。
5. 按芯片分為只讀卡、讀寫(xiě)卡和CPU卡。
