RFID射頻識別技術(shù)介紹

第 1 頁 共 71 頁 RFID 射頻識別技術(shù)介紹 編輯：徐盛 日期： 2006.2.12 第 2 頁 共 71 頁 目 錄 第一章 RFID 的基礎(chǔ)知識 1.1 RFID 的定義 1.2 RFID 射頻識別技術(shù)的概念 1.3 RFID 的基本組成部分 1.4 RFID 技術(shù)的基本工作原理 第二章 RFID 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn) 2.1 RFID 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)總覽 2.2 RFID 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)面面觀 2.3 RFID 前端技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系簡述 2.4 RFID 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的推動力 2.5 RFID 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的社會影響因素 2.6 RFID 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在中國的 運(yùn)行情況 第三章 RFID 技術(shù)特點(diǎn)和面臨的困難 3.1 射頻技術(shù)與條形碼技術(shù)的區(qū)別 3.2 智能標(biāo)簽特點(diǎn)及其制印技術(shù)現(xiàn)狀分析 3.3 SAW 射頻識別無源電子標(biāo)簽技術(shù)及應(yīng)用 3.4 成本高標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一 電子標(biāo)簽中國推行遇困 第四章 RFID 技術(shù)配套產(chǎn)品介紹 4.1 電子標(biāo)簽中的射頻天線 4.2 基于 TI S6700 系列芯片的 RFID 閱讀器 4.3 射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備基本原理 4.4 EPCglobal 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) RFID 數(shù)據(jù)交換 第五章 RFID 技術(shù)的應(yīng)用 5.1 RFID 技術(shù)的典型應(yīng)用 5.2 零售商推崇 RFID 的原因 5.3 電子標(biāo)簽與電子標(biāo)簽庫存管理 第 3 頁 共 71 頁 5.4 RFID 在食品醫(yī)藥等重要市場的最新發(fā)展 第六章 行業(yè)信息 6.1 富士通發(fā)布配備 FRAM 的無源型 UHF 頻帶無線標(biāo)簽系統(tǒng) 6.2 飛利浦 RFID 芯片通過 EPC Gen 2 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證 6.3 汽車電子標(biāo)簽納入全國汽標(biāo)委 2006 工作計(jì)劃 6.4 國際紙業(yè)應(yīng)用 RFID 技術(shù)進(jìn)行原材料跟蹤 6.5 國家金卡工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組成員兼辦公室主任 -在國家金卡工程第七次全國 IC 卡應(yīng)用工作會議上的講話 6.6 我國標(biāo)簽芯片發(fā)展現(xiàn)狀 6.7 RFID 系統(tǒng)將無處不在 第七章 生產(chǎn) 900MHz 電子標(biāo)簽的廠家 7.1 深圳市聯(lián)祥瑞和科技開發(fā)有限公司 7.2 廣東勁翔金卡有限公司 7.3 美國 德州儀器 公司 第 4 頁 共 71 頁 第一章 RFID 基礎(chǔ)知識簡介 1.1 RFID 的定義 RFID 是什么？ RFID 是 Radio Frequency Identification 的縮寫，即射頻識別，俗稱電子標(biāo)簽。 RFID 其 主要核心部件是一個(gè)電子標(biāo)簽，直徑僅為 2 毫米不到，通過相距幾厘米到幾米距離內(nèi)傳感器發(fā)射的無線電波，可以讀取電子標(biāo)簽內(nèi)儲存的信息，識別電子標(biāo)簽代表的物品、人和器具的身份。 1.2 RFID 射頻識別技術(shù)的概念 RFID 射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時(shí)識別多個(gè)標(biāo)簽， 操作快捷方便。 埃森哲實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家弗格森認(rèn)為 RFID 是一種突破性的技術(shù)： “ 第一，可以識別單個(gè)的非常具體 的物體，而不是像條形碼那樣只能識別一類物體；第二，其采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須靠激光來讀取信息；第三，可以同時(shí)對多個(gè)物體進(jìn)行識讀，而條形碼只能一個(gè)一個(gè)地讀。此外，儲存的信息量也非常大。 ” 1.3 RFID 的基本組成部分 最基本的 RFID 系統(tǒng)由三部分組成： 標(biāo)簽 (Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象； 閱讀器 (Reader)：讀取 (有時(shí)還可以寫入 )標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式； 天線 (Antenna)：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞 射頻信號。 1.4 RFID 技術(shù)的基本工作原理 RFID 技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（ Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（ Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽）；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。 第 5 頁 共 71 頁 第二章 RFID 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn) 2.1 RFID 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)總覽 摘要 本文就 RFID 技術(shù)及其應(yīng)用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作一結(jié)構(gòu)化梳理，并分析了 RFID相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在中國的發(fā)展、 RFID 標(biāo)準(zhǔn)的社會影響因素、標(biāo)準(zhǔn)的推動力等方面。 標(biāo)準(zhǔn)能夠確保協(xié)同工作的進(jìn)行，規(guī)模經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)，工作實(shí)施的安全性以及其他許多方面。 RFID 標(biāo)準(zhǔn)化的主要目的在于通過制定、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)解決編碼、通信、空氣接口和數(shù)據(jù)共享等問題，最大程度的促進(jìn) RFID 技術(shù)及相關(guān)系統(tǒng)的應(yīng)用。但是，如果標(biāo)準(zhǔn)采用過早，有可能會制約技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步；如果采用太晚的話，則可能會限制技術(shù)的應(yīng)用范圍，導(dǎo)致危險(xiǎn)事件的發(fā)生以及不必要的開銷。 事實(shí)上， RFID 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)涉及到其許多具體的應(yīng)用，例如：不停車 收費(fèi)系統(tǒng)，寵物標(biāo)識，貨物集裝箱標(biāo)識以及智能卡應(yīng)用等。而 RFID 主要用于物流管理等行業(yè)，需要標(biāo)簽?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享。目前，許多與 RFID 有關(guān)的 ISO 標(biāo)準(zhǔn)正在研制當(dāng)中，主要包括可回收貨運(yùn)集裝箱，可回收運(yùn)輸單品，運(yùn)輸單元，產(chǎn)品包裝，產(chǎn)品標(biāo)識以及電子貨柜封條等。從 GS1(電子商務(wù)、物品標(biāo)識、數(shù)據(jù)同步交換方面的全球標(biāo)準(zhǔn)化組織 )、 EPC Global 及 ISO 到國家與地方的眾多組織（如日本 UID等）以及 US IEEE 和 AIM Global 等都已參與到 RFID 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研制當(dāng)中。 由于 WiFi， WiMax，藍(lán)牙， ZigBee，專用短程通信協(xié)議（ DSRC）以及其他短程無線通信協(xié)議正用于 RFID 系統(tǒng)或融入到 RFID 設(shè)備當(dāng)中，這使得 RFID 等的實(shí)際應(yīng)用變得更為復(fù)雜。此外， RFID 當(dāng)中 接口間的接口 近距無線通信（ Near Field Communication， NFC)的采用有其根源所在：因其用到了 RFID 設(shè)備通常采用的最佳頻率。 引用業(yè)界某專家的分析來說， RFID 與標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系可以從處理 以 下幾個(gè)問題來說： （ 1）技術(shù) 如接口和轉(zhuǎn)送技術(shù)。比如，中間件技術(shù) RFID 中間件扮演 RFID標(biāo)簽和應(yīng)用程序之 間的中介角色，從應(yīng)用程序端使用中間件所提供一組通用的應(yīng)用程序接口（ API），即能連到 RFID 讀寫器，讀取 RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)。 RFID 中間件采用程序邏輯及存儲再轉(zhuǎn)送（ Store-and-Forward）的功能來提供順序的消息流，第 6 頁 共 71 頁 具有數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)與管理的能力。 （ 2）一致性。主要指其能夠支持多種編碼格式，比如支持 EPC， DOD 等規(guī)定的編碼格式，也包括 EPCglobal 所規(guī)定的標(biāo)簽數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)。 （ 3）性能 尤其是指數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，即數(shù)據(jù)編碼格式及其內(nèi)存分配。 （ 4）電池輔助 及傳感器的融合。目前， RFID 同傳感逐步相融合， 物品定位采用 RFID 三角定位法以及更多復(fù)雜的技術(shù)，還有一些 RFID 技術(shù)中用傳感代替芯片。比如，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度和應(yīng)變傳感的聲表面波（ SAW）標(biāo)簽用于 RFID 技術(shù)中。然而，幾乎所有的傳感器系統(tǒng)，包括有源 RFID 等都需要從電池獲取能量。 （一） ISO/IEC 相關(guān) RFID 標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC 已出臺的 RFID 標(biāo)準(zhǔn)主要關(guān)注基本的模塊構(gòu)建，空中接口，涉及到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及其實(shí)施問題。具體可以分為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、一致性標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)四個(gè)方面。 圖： ISO/IEC 已制定的 RFID 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 其中， ISO18000 系列含括了有源和無源 RFID 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要是基于物品管理的 RFID 空中接口參數(shù)。 ISO 17363 至 17364 是一系列物流容器識別的規(guī)范，它們還未被認(rèn)定為標(biāo)第 7 頁 共 71 頁 準(zhǔn)。該系列內(nèi)的每種規(guī)范都用于不同的包裝等級，比如貨盤、貨箱、紙盒與個(gè)別物品。 目前在我國常用的兩個(gè) RFID 標(biāo)準(zhǔn)為用于非接觸智能卡兩個(gè) ISO 標(biāo)準(zhǔn)： ISO 14443， ISO 15693。 ISO 14443 和 ISO 15693 標(biāo)準(zhǔn)在 1995 年開始操作，其完成則是在 2000 年之后，二者皆以 13.56MHz 交變信號為載波頻率。 ISO 15693 讀寫距離較遠(yuǎn)，而 ISO 14443 讀寫距離稍近，但應(yīng)用較廣泛。目前的第二代電子身份證采用的標(biāo)準(zhǔn)是 ISO 14443 TYPE B 協(xié)議。 ISO 14443 定義了 TYPE A、 TYPE B 兩種類型協(xié)議，通信速率為 106kbit/s，它們的不同主要在于載波的調(diào)制深度及位的編碼方式。 TYPE A 采用開關(guān)鍵控（ On-Off keying）的曼切斯特編碼， TYPE B采用 NRZ-L 的 BPSK 編碼。 TYPE B 與 TYPE A 相比，具有傳輸能 量不中斷、速率更高、抗干擾能力列強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 RFID 的核心是防沖撞技術(shù)，這也是和接觸式IC 卡的主要區(qū)別。 ISO 14443-3 規(guī)定了 TYPE A 和 TYPE B 的防沖撞機(jī)制。二者防沖撞機(jī)制的原理不同，前者是基于位沖撞檢測協(xié)議，而 TYPE B 通信系列命令序列完成防沖撞。 ISO 15693 采用輪尋機(jī)制、分時(shí)查詢的方式完成防沖撞機(jī)制。防沖撞機(jī)制使得同時(shí)處于讀寫區(qū)內(nèi)的多張卡的正確操作成為可能，既方便了操作，也提高了操作的速度。 ISO 技術(shù)委員會及聯(lián)合工作組 TC104/SC4 主要處理有關(guān) ISO/IEC 貿(mào)易應(yīng)用方 面，如貨運(yùn)集裝箱及包裝，制定了 RFID 電子封條 (ISO 18185)、集裝箱標(biāo)簽(ISO 10374)和供應(yīng)鏈標(biāo)簽 (ISO 17363)等標(biāo)準(zhǔn)。 （二） EPCglobal 標(biāo)準(zhǔn) EPCglobal 主要關(guān)注的是： 物理對象系統(tǒng)標(biāo)識的數(shù)據(jù)載體 /內(nèi)容； 物聯(lián)網(wǎng) 自動識別基礎(chǔ)架構(gòu)最低性能； 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換準(zhǔn) 如對象名解析系統(tǒng)（ Object Numbering System， ONS）； 其中 EPCglobal 的第二代（ Gen2） RFID 標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)已在今年 6 月作為 ISO18000 6 Part C 部分的提案修改稿在沒有作任何大的技術(shù)改動的情況下通過了 ISO 委員會的第一輪投票，最后的通過要在今年底明年初完成。 2.2 RFID 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)面面觀 第 8 頁 共 71 頁 通常情況下， RFID 閱讀器發(fā)送的頻率稱為 RFID 系統(tǒng)的工作頻率或載波頻率。 RFID 載波頻率基本上有 3 個(gè)范圍：低頻 (30kHz 300kHz)、高頻 (3MHz30MHz)和超高頻 (300MHz 3GHz)。常見的工作頻率有低頻 125kHz與 134.2kHz、高頻 13.56MHz、超高頻 433Mhz、 860MHz 930MHz、 2.45GHz 等。 RFID 的低頻系統(tǒng)主要用于短距離、低成本的應(yīng)用中，如多數(shù)的門禁控制、校園卡、煤氣表、水表等；高頻系統(tǒng)則用于需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)；超高頻系統(tǒng)應(yīng)用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合，其天線波束方向較窄且價(jià)格較高，在火車監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)中應(yīng)用。另外值得 一提的是在供應(yīng)鏈中的應(yīng)用， EPC Global 規(guī)定用于 EPC 的載波頻率為 13.56MHz 和 860MHz 930MHz兩個(gè)頻段，其中 13.56MHz 頻率采用的標(biāo)準(zhǔn)原型是 ISO/IEC15693，已經(jīng)收入到ISO/IEC18000-3 中。這個(gè)頻點(diǎn)的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟。 而 860 930MHz 頻段的應(yīng)用則較復(fù)雜，國際上各國家采用的頻率不同：美國為915MHz，歐洲為 869MHz，而我國由于被 GSM、 CDMA 等占用，目前仍然待定。 目前常用的 RFID 國際標(biāo)準(zhǔn)主要有用于對動物識別的 ISO 11784 和 11785，用 于非接觸智能卡的 ISO 10536(Close coupled cards)、 ISO 15693(Vicinity cards)、 ISO 14443 (Proximity cards)，用于集裝箱識別的 ISO 10374 等。有些標(biāo)準(zhǔn)正在形成和完善之中，比如用于供應(yīng)鏈的 ISO 18000 無源超高頻（ 860Mhz 930Mhz 載波頻率）部分的 C1G2 標(biāo)準(zhǔn)不久會正式推出，我國自己的國家標(biāo)準(zhǔn)最快在今年年末會出臺。下面對這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)加以簡述。 ISO 11784 和 ISO 11785 ISO 11784 和 11785 分 別規(guī)定了動物識別的代碼結(jié)構(gòu)和技術(shù)準(zhǔn)則，標(biāo)準(zhǔn)中沒有對應(yīng)答器樣式尺寸加以規(guī)定，因此可以設(shè)計(jì)成適合于所涉及的動物的各種形式，如玻璃管狀、耳標(biāo)或項(xiàng)圈等。 技術(shù)準(zhǔn)則規(guī)定了應(yīng)答器的數(shù)據(jù)傳輸方法和閱讀器規(guī)范。工作頻率為 134.2KHz，數(shù)據(jù)傳輸方式有全雙工和半雙工兩種，閱讀器數(shù)據(jù)以差分雙相代碼表示。應(yīng)答器采用 FSK 調(diào)制， NRZ 編碼。 由于存在較長的應(yīng)答器充電時(shí)間和工作頻率的限制，通信速率較低。 ISO 10536、 ISO 15693 和 ISO 14443 ISO 10536 標(biāo)準(zhǔn)主要發(fā)展于 1992 到 1995 年間，由于 這種卡的成本高，與接觸式第 9 頁 共 71 頁 IC 卡相比優(yōu)點(diǎn)很少，因此這種卡從未在市場上銷售。 ISO 14443 和 ISO 15693 標(biāo)準(zhǔn)在 1995 年開始操作，單個(gè)系統(tǒng)于 1999 年進(jìn)入市場，兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的完成則是在 2000 年之后。二者皆以 13.56MHz 交變信號為載波頻率：ISO15693 讀寫距離較遠(yuǎn)，當(dāng)然這也與應(yīng)用系統(tǒng)的天線形狀和發(fā)射功率有關(guān)；而ISO 14443 讀寫距離稍近，但應(yīng)用較廣泛，目前的第二代電子身份證采用的標(biāo)準(zhǔn)是 ISO 14443 TYPE B 協(xié)議。 ISO14443 定義了 TYPE A、 TYPE B 兩種類型協(xié)議。 通信速率為 106kbits/s，它們的不同主要在于載波的調(diào)制深度及位的編碼方式。 從 PCD 向 PICC 傳送信號時(shí)， TYPE A 采用改進(jìn)的 Miller 編碼方式，調(diào)制深度為100%的 ASK 信號； TYPE B 則采用 NRZ 編碼方式，調(diào)制深度為 10%的 ASK 信號。 從 PICC 向 PCD 傳送信號時(shí)，二者均通過調(diào)制載波傳送信號 ,副載波頻率皆為847KHz。 TYPE A 采用開關(guān)鍵控（ On-Off keying）的 Manchester 編碼； TYPE B采用 NRZ-L 的 BPSK 編碼。 TYPE B 與 TYPE A 相比，由于調(diào)制 深度和編碼方式的不同，具有傳輸能量不中斷、速率更高、抗干擾能力更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 ISO 15693 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的載波頻率亦為 13.56MHz， VCD 和 VICC 全部都用 ASK 調(diào)制原理，調(diào)制深度為 10%和 100%， VICC 必須對兩種調(diào)制深度正確解碼。 從 VCD 向 VICC 傳送信號時(shí)，編碼方式為兩種： 256 出 1和 4 出 1。二者皆以固定時(shí)間段內(nèi)以位置編碼。這兩種編碼方式的選擇與調(diào)制深度無關(guān)。當(dāng) 256出 1編碼時(shí)， 10%的 ASK 調(diào)制優(yōu)先在長距離模式中使用，在這種組合中，與載波信號的場強(qiáng)相比，調(diào)制波邊帶較低的場強(qiáng)允許 充分利用許可的磁場強(qiáng)度對 IC卡提供能量。與此相反，閱讀器的 4 出 1編碼可和 100%的 ASK 調(diào)制的組合在作用距離變短或在閱讀器的附近被屏蔽時(shí)使用。 從 VICC 向 VCD 傳送信號時(shí)，用負(fù)載調(diào)制副載波。電阻或電容調(diào)制阻抗在副載波頻率的時(shí)鐘中接通和斷開。而副載波本身在 Manchester 編碼數(shù)據(jù)流的時(shí)鐘中進(jìn)行調(diào)制，使用 ASK 或 FSK 調(diào)制。調(diào)制方法的選擇是由閱讀器發(fā)送的傳輸協(xié)議中 FLAG 字節(jié)的標(biāo)記位來標(biāo)明，因此， VICC 總是支持兩種方法： ASK(副載波頻率為 424KHz)和 FSK(副載波頻率為 424/484KHz） 。數(shù)據(jù)傳輸速率的選擇同樣由第 10 頁 共 71 頁 FLAG 中的位來表明，而且必須兩種速率都支持：高速和低速。這兩種速率根據(jù)采用的副載波速率不同而略有不同，采用單副載波時(shí)低速為 6.62kbits/s，高速為26.48kbits/s；采用雙副載波時(shí)則分別為 6.67kbits/s 和 26.69kbits/s。 可見， ISO 15693 應(yīng)用更加靈活，操作距離又遠(yuǎn)，更重要的是它與 ISO 18000-3兼容，了解 ISO 15693 標(biāo)準(zhǔn)對將來了解我國的國家標(biāo)準(zhǔn)是有助益的，因?yàn)槲覈膰覙?biāo)準(zhǔn)肯定會與 ISO 18000 大部分兼容。 如果在同一時(shí)間 段內(nèi)有多于一個(gè)的 VICC 或 PICC 同時(shí)響應(yīng)，則說明發(fā)生沖撞。RFID 的核心是防沖撞技術(shù)，這也是和接觸式 IC 卡的主要區(qū)別。 ISO 14443-3 規(guī)定了 TYPE A 和 TYPE B 的防沖撞機(jī)制。二者防沖撞機(jī)制的原理不同 :前者是基于位沖撞檢測協(xié)議，而 TYPE B 通過系列命令序列完成防沖撞； ISO 15693 采用輪尋機(jī)制、分時(shí)查詢的方式完成防沖撞機(jī)制，在標(biāo)準(zhǔn)的第三部分有詳細(xì)規(guī)定。 防沖撞機(jī)制使得同時(shí)處于讀寫區(qū)內(nèi)的多張卡的正確操作成為可能，只用算法編程，讀頭即可自動選取其中一張卡進(jìn)行讀寫操作。這樣既方便了操作，也提 高了操作的速度。 如果與硬件配合，可用一些算法快速實(shí)現(xiàn)多卡識別，比如 TI 公司的 R6C 接口芯片有一個(gè)解碼出錯(cuò)指示引腳，利用它可以快速識別多卡：當(dāng)沖撞產(chǎn)生時(shí)引腳電平發(fā)生變化，此時(shí)記錄下用來查詢的低 UID 位，然后在此低位基礎(chǔ)上增加查詢位數(shù)，直到?jīng)]有沖撞發(fā)生，這樣就可以識別出所有卡片。 ISO 10374 ISO 10374 標(biāo)準(zhǔn)說明了基于微波應(yīng)答器的集裝箱自動識別系統(tǒng)。 應(yīng)答器為有源設(shè)備，工作頻率為 850MHz 950Mhz 及 2.4GHz 2.5GHz。只要應(yīng)答器處于此場內(nèi)就會被活化并采用變形的 FSK 副載波通 過反向散射調(diào)制做出應(yīng)答。信號在兩個(gè)副載波頻率 40kHz 和 20kHz 之間被調(diào)制。 此標(biāo)準(zhǔn)和 ISO 6346 共同應(yīng)用于集裝箱的識別， ISO 6346 規(guī)定了光學(xué)識別， ISO 10374 則用微波的方式來表征光學(xué)識別的信息。 ISO 18000 ISO 18000 是一系列標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)是目前最新的也是最熱門的標(biāo)準(zhǔn)，原因是它可用于商品的供應(yīng)鏈，其中的部分標(biāo)準(zhǔn)也正在形成之中。表 2 是 ISO 18000 標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容。 第 11 頁 共 71 頁 其中 ISO 18000-6 基本上是整合了一些現(xiàn)有 RFID 廠商的產(chǎn)品規(guī)格和 EAN-UCC所提出的標(biāo)簽架構(gòu)要 求而訂出的規(guī)范。它只規(guī)定了空氣接口協(xié)議，對數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無限制，因此可用于 EPC。 實(shí)際上，若采用 ISO 18000-6 對空氣接口的規(guī)定加上 EPC 系統(tǒng)的編碼結(jié)構(gòu)再加上ONS 架構(gòu)，就可以構(gòu)成一個(gè)完整的供應(yīng)鏈標(biāo)準(zhǔn)。 花好還需綠葉扶 應(yīng)用好 RFID 技術(shù)，除了接口的設(shè)計(jì)，還有天線的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)等，這在以后的實(shí)際應(yīng)用中會不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，不斷地改進(jìn)創(chuàng)新。因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景決定了它的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的日臻完善。近年來，射頻識別已經(jīng)逐步發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的跨學(xué)科的專業(yè)領(lǐng)域，這個(gè)領(lǐng)域與其他傳統(tǒng)學(xué)科不同，它將大量 來自完全不同專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)綜合到一起：如高頻技術(shù)、電磁兼容性、半導(dǎo)體技術(shù)、數(shù)據(jù)保護(hù)和密碼學(xué)、電信、制造技術(shù)和許多專業(yè)領(lǐng)域。所以在這個(gè)領(lǐng)域要做的事很多，要探討的問題也很多，但這一切都是值得努力去做的。 小資料 2:數(shù)字調(diào)制技術(shù) 數(shù)字調(diào)制是指用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制模擬信號，主要有三種形式：移幅鍵控法 ASK、移頻鍵控法 FSK、移相鍵控法 PSK。 幅度鍵控（ ASK）：即按載波的幅度受到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制而取不同的值，例如對應(yīng)二進(jìn)制 0，載波振幅為 0；對應(yīng)二進(jìn)制 1，載波振幅為 1。調(diào)幅技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來簡單，但容易受增益變化的影響，是 一種低效的調(diào)制技術(shù)。在電話線路上，通常只能達(dá)到 1200bps 的速率。 頻移鍵控（ FSK）：即按數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的值（ 0 或 1）調(diào)制載波的頻率。例如對應(yīng)二進(jìn)制 0 的載波頻率為 F1，而對應(yīng)二進(jìn)制 1 的載波頻率為 F2。該技術(shù)抗干擾性能好，但占用帶寬較大。在電話線路上，使用 FSK 可以實(shí)現(xiàn)全雙工操作，通?？蛇_(dá)到1200bps 的速率。 相移鍵控（ PSK）：即按數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的值調(diào)制載波相位。例如用 180 相移表示 1，用0 相移表示 0。這種調(diào)制技術(shù)抗干擾性能最好，且相位的變化也可以作為定時(shí)信息來同步發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的時(shí)鐘，并對傳輸速率起到加倍 的作用。 2.3 RFID 前端技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系簡述 第 12 頁 共 71 頁 摘要 目前常用的 RFID 國際標(biāo)準(zhǔn)主要有用于對動物識別的 ISO 11784 和 11785，用于非接觸智能卡的 ISO 10536、 ISO 15693、 ISO 14443，用于集裝箱識別的 ISO 10374 等。 RFID 技術(shù)具有很多突出的優(yōu)點(diǎn) :實(shí)現(xiàn)了無源和免接觸操作，應(yīng)用便利，無機(jī)械磨損，壽命長，機(jī)具無直接對最終用戶開放的物理接口，能更好地保證機(jī)具的安全性；數(shù)據(jù)安全方面除標(biāo)簽的密碼保護(hù)外，數(shù)據(jù)部分可用一些算法實(shí)現(xiàn)安全管理，如 DES、 RSA、 DSA、 MD5 等，讀寫機(jī)具與卡之間也可相互認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)安全通信和存儲；總體成本一直處于下降之中，越來越接近接觸式 IC 卡的成本，甚至更低，為其大量應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)；應(yīng)用領(lǐng)域也非常寬， RFID 技術(shù)已經(jīng)在物流管理、生產(chǎn)線工位識別、綠色畜牧業(yè)養(yǎng)殖個(gè)體記錄跟蹤、汽車安全控制、身份證、公交等領(lǐng)域大量成功應(yīng)用。 世界排名第一的零售商沃爾瑪在 2003 年宣布，到 2005 年 1 月份時(shí)要求它前100 大的供應(yīng)商采用 RFID 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)貨品自動識別，以繼續(xù)提高其供應(yīng)鏈的管理能力。這也威脅到我國的零售商是否能繼續(xù)銷售自己的產(chǎn)品，因?yàn)橛?70%的貨品都是由中國廠商生產(chǎn)的，可見 RFID 識別技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)自下而上地被推動。 另外，還有諸如 Target、 Tesco、 FDA 等也宣布了其使用計(jì)劃。 RFID 推廣受標(biāo)準(zhǔn)問題困擾 目前，世界一些知名公司各自推出了自己的很多標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)互不兼容，表現(xiàn)在頻段和數(shù)據(jù)格式上的差異，這也給 RFID 的大范圍應(yīng)用帶來了困難。 目前全球有兩大 RFID標(biāo)準(zhǔn)陣營：歐美的 Auto-ID Center 與日本的 Ubiquitous ID Center（ UID）。前者的領(lǐng)導(dǎo)組織是美國的 EPC 環(huán)球協(xié)會，旗下有沃爾瑪集團(tuán)、英國 Tesco 等企業(yè)，同時(shí)有 IBM、微軟、飛利浦、 Auto-ID Lab 等公司提供技術(shù)支持。后者主要由日系廠商組成。 歐美的 EPC 標(biāo)準(zhǔn)采用 UHF 頻段，為 860MHz 930MHz，日本 RFID 標(biāo)準(zhǔn)采用的頻段為 2.45GHz 和 13.56MHz；日本標(biāo)準(zhǔn)電子標(biāo)簽的信息位數(shù)為 128 位， EPC標(biāo)準(zhǔn)的位數(shù)則為 96 位。 將 RFID 應(yīng)用到供應(yīng)鏈中還存在另外一些需要解決的問題，如讀寫設(shè)備的可靠性、成本、數(shù)據(jù)的安全性、個(gè)人隱私的保護(hù)和與系統(tǒng)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)的可靠性、數(shù)據(jù)的同步等等，不解決好以上問題，肯定會制約 RFID 的進(jìn)步，不過最近 RFID第 13 頁 共 71 頁 相關(guān)的高層會議接連不斷， RFID 技術(shù)的快速發(fā)展已呈燎原之勢。 2.4 RFID 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的推動力 （ 1）大零售商（如沃爾瑪、麥德龍等）的要求。 隨著 RFID 標(biāo)簽價(jià)格下降，沃爾瑪與其供貨商繼續(xù)商議，尋找在他們更多分店及分銷中心接收供貨商更多 RFID 貼標(biāo)貨品的可行性。我們來看一下最新的沃爾瑪 RFID 要求進(jìn)度表： 沃爾瑪要求 時(shí)間 前 100 家供應(yīng)商貼 RFID 標(biāo)簽 2005 年 1 月前 前 300 家供應(yīng)商貼 RFID 標(biāo)簽 2006 年 1 月前 前 600 家供應(yīng)商貼 RFID 標(biāo)簽 2007 年 1 月前 Gen2 開始取代 Gen1 標(biāo)簽 2006 年中期 由此可以看出，沃爾瑪對應(yīng)用 RFID 和 EPC 標(biāo)識的決心。 而世界第三大零售商麥德龍集團(tuán) (Metro Group)也計(jì)劃在供應(yīng)鏈上采用射頻識別技術(shù) (RFID)，并在其德國萊茵博格市 (Rheinberg)的一家 未來商店 里大量應(yīng)用 RFID。 英國大零售商 Tesco 也已將 RFID 技術(shù)應(yīng)用于 Sandhurst 商店以跟蹤 DVD 的銷售，并在年初將這一類型的芯片嘗試使用在 Cambridge 商店的 Gilette 剃須刀的出售上。最近的一次計(jì)劃中，公司打算將 RFID 技術(shù)覆蓋整個(gè)商店和所有產(chǎn)品，除了對 item-level 產(chǎn)品的跟蹤，還要包括如茶杯和常用工具等普通產(chǎn)品。所有的產(chǎn)品，包括化妝品，電池，以及移動通訊設(shè)備等等，都會在英國全國范圍內(nèi)被Tesco 的 RFID 技術(shù)跟蹤。 （ 2）美國國防部（ DOD）的推動。 美國國防是 RFID 在軍事國防應(yīng)用上的主動力。今年，美國國防部在 RFID應(yīng)用上公布了對其供應(yīng)商的詳細(xì)指導(dǎo)方針，計(jì)劃在今年年底前開始接收貼有帶RFID 電子標(biāo)簽的物品。美國國防部也采用 EPC 編碼作為其供應(yīng)商軍需 物資惟一標(biāo)識，為與民用系統(tǒng)的 EPC 標(biāo)識相區(qū)別， EPCglobal 專門給其分配一個(gè)標(biāo)頭（ Header）。 （ 3） RFID 設(shè)備安裝 ETSI TG34 第 14 頁 共 71 頁 2004 年 9 月 ETSI 就發(fā)布了 EN 302 208 標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了 865 MHz 至 868 MHz波段中 UHF（ RFID 射頻快報(bào)注：歐洲 RFID 所用超高頻段）段 RFID 設(shè)備的 技術(shù)要求和測量方法 。 2005 年 3 月第一次 RFID Plugtests測試在 ETSI 總部進(jìn)行，測試關(guān)注的焦點(diǎn)是碼頭倉庫庫門環(huán)境下的多解讀器同時(shí)識讀。 （ 4） AIM REG 2004 年 11 月， AIM(RFID 射頻快報(bào)注：國際自動識別技術(shù)協(xié)會，其在中國對口協(xié)會為中國自動識別技術(shù)協(xié)會 )和 CompTIA 宣布為發(fā)展 RFID 的第三方認(rèn)證而合作。 AIM 的 REG 小組（ RFID 射頻快報(bào)注： RFID Experts Group， RFID 專家組）已經(jīng)提供從物理硬件安裝和現(xiàn)有業(yè)務(wù)整合進(jìn)行認(rèn)證和培訓(xùn) 2.5 RFID 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的社會影響因素 （ 1）無線通信管理 如 ETSI（ RFID 射頻快報(bào)注：歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 )， FCC（ RFID 射頻快報(bào)注：美國聯(lián)邦通信委員會）等相關(guān)要求； （ 2）人類健康 主要是 ICNIRP（國際非電離輻射保護(hù)委員會 )，一個(gè)為世界衛(wèi)生組織及其他機(jī)構(gòu)提供有關(guān)非電離放射保護(hù)建議的獨(dú)立機(jī)構(gòu)的相關(guān)要求，目前許多國家使用其推薦的標(biāo)準(zhǔn)作為該國的放射規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。其主要是有關(guān)工作頻率、功率、無線電波輻射等對健康的影響標(biāo)準(zhǔn)。 （ 3）隱私。隱私問題的解決基于同意原則，即用戶或消費(fèi)者是否能夠容忍的程度。 （ 4）數(shù)據(jù)安全 OECD （ RFID 射頻快報(bào)注：經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織 )曾發(fā)布有關(guān)文件，規(guī)定了信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)安全的指導(dǎo)方針。與 ISO 17799（信息安全管理的實(shí)踐代碼） 相似，并不強(qiáng)制要求遵從這些指導(dǎo) 方針，但這些指導(dǎo)方針卻為信息安全計(jì)劃提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 2.6 RFID 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在中國的運(yùn)行情況 在 RFID技術(shù)發(fā)展的前 10 年中，有關(guān) RFID技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)的研討空前熱烈，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO IEC JTCl SC31 下級委員會成立了 RFID 標(biāo)準(zhǔn)化研究工作組 WG4。而中國 RFID 有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化活動，由信標(biāo)委自動識別與數(shù)據(jù)采集分委會對口國際 ISO/IEC JTC1 SC31，負(fù)責(zé)條碼與射頻部分國家標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一歸口管理。 第 15 頁 共 71 頁 條碼與物品編碼領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)主管部門是國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，射頻領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)主 管部門是信息產(chǎn)業(yè)部和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，該領(lǐng)域的技術(shù)歸口由信標(biāo)委自動識別與數(shù)據(jù)采集技術(shù)分委會負(fù)責(zé)。 中國 ISO/IEC JTC1 SC31 秘書處設(shè)在中國物品編碼中心。掛靠在中國物品編碼中心的中國自動識別技術(shù)協(xié)會，于 2003 年開始組織其射頻工作組的業(yè)內(nèi)資深專家開始跟蹤和進(jìn)行 ISO/IEC18000 國際標(biāo)準(zhǔn)的研究，目前已完成標(biāo)準(zhǔn)草案的工作， ISO18000 相關(guān)國標(biāo)制定工作今年國標(biāo)委正式立項(xiàng)后，明年相關(guān)國標(biāo)將會看到這一系列基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。 第 16 頁 共 71 頁 第三章 RFID 技術(shù)特點(diǎn)和面臨的困難 3.1 射頻技術(shù)與條形碼技術(shù) 的區(qū)別 摘要 射頻技術(shù)與條形碼是兩種不同的技術(shù)，有不同的適用范圍，有時(shí)會有重疊。兩者之間最大的區(qū)別是條形碼是 可視技術(shù) 。射頻標(biāo)簽只要在接受器的作用范圍內(nèi)就可以被讀取。 射頻技術(shù)和條形碼有什么不同？ 從概念上來說，兩者很相似，目的都是快速準(zhǔn)確地確認(rèn)追蹤目標(biāo)物體。主要的區(qū)別如下：有無寫入信息或更新內(nèi)存的能力。條形碼的內(nèi)存不能更改。射頻標(biāo)簽不像條形碼，它特有的辨識器不能被復(fù)制。標(biāo)簽的作用不僅僅局限于視野之內(nèi)，因?yàn)樾畔⑹怯蔁o線電波傳輸，而條形碼必須在視野之內(nèi)。由于條形碼成本較低，有完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，已在全球散 播，所以已經(jīng)被普遍接受，從總體來看，射頻技術(shù)只被局限在有限的市場份額之內(nèi)。目前，多種條形碼控制模版已經(jīng)在使用之中，在獲取信息渠道方面，射頻也有不同的標(biāo)準(zhǔn)。 射頻技術(shù)與條形碼是兩種不同的技術(shù)，有不同的適用范圍，有時(shí)會有重疊。兩者之間最大的區(qū)別是條形碼是 可視技術(shù) ，掃描儀在人的指導(dǎo)下工作，只能接收它視野范圍內(nèi)的條形碼。相比之下，射頻識別不要求看見目標(biāo)。射頻標(biāo)簽只要在接受器的作用范圍內(nèi)就可以被讀取。條形碼本身還具有其他缺點(diǎn)，如果標(biāo)簽被劃破，污染或是脫落，掃描儀就無法辨認(rèn)目標(biāo)。條形碼只能識別生產(chǎn)者和產(chǎn)品，并不能辨認(rèn)具體的商品，貼在所有同一種產(chǎn)品包裝上的條形碼都一樣，無法辨認(rèn)哪些產(chǎn)品先過期。 目前，在成本方面，由於組成部分不同，智能標(biāo)簽要比條形碼貴得多，條形碼的成本就是條形碼紙張和油墨成本，而有內(nèi)存芯片的主動射頻標(biāo)簽價(jià)格在 2美元以上，被動射頻標(biāo)簽的成本也在 1 美元以上。但是沒有內(nèi)置芯片的標(biāo)簽價(jià)格只有幾美分，它可以用于對數(shù)據(jù)信息要求不那么高的情況，同時(shí)又具有條形碼不具備的防偽功能。 信息 載體 信息量 讀 /寫性 讀取 方式 保密性 智能化 抗干擾能力 壽命 成本 第 17 頁 共 71 頁 條 碼 紙、塑料薄膜、金屬表面 小 只讀 CCD 或激光束掃描 差 無 差 較短 最低 RFID卡 EEPROM 大 讀 /寫 無線通信 最好 有 很好 最長 較高 3.2 智能標(biāo)簽特點(diǎn)及其制印技術(shù)現(xiàn)狀分析 摘要 智能標(biāo)簽的印刷與傳統(tǒng)標(biāo)簽的印刷有著很大的區(qū)別，由于智能標(biāo)簽及其芯片的特殊性，不能承受印刷機(jī)的壓力，所以，除噴墨印刷外，一般是采用先印刷面層，再與芯片層復(fù)合、模切的工藝。 傳統(tǒng)的條形碼標(biāo)簽在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用和其方便快捷的作用以及一定的防偽功能已成為人們的共識，但隨著人們對商品的生產(chǎn)、貯運(yùn)、保質(zhì)、防偽、 管理等諸多方面更高更全的信息需求，傳統(tǒng)的條形碼標(biāo)簽顯然是力不從心了，它不但無法提供商品生產(chǎn)、管理等方面的信息，不能警示商品保質(zhì)需要的溫度等情況，在防偽效果上，也由于其印刷單一、容易仿造而逐漸失去商品的防偽效果。隨著科技的進(jìn)步及在標(biāo)簽制作領(lǐng)域的應(yīng)用，一種全新、多功能、有良好防偽效果的智能標(biāo)簽已開始廣泛應(yīng)用，它將為標(biāo)簽制印帶來新的生機(jī)和活力。 一、智能標(biāo)簽的特點(diǎn)及應(yīng)用 智能標(biāo)簽 (SmartLabel)也有人稱之為無線射頻識別標(biāo)簽，它是標(biāo)簽領(lǐng)域高新技術(shù)產(chǎn)品，如今已在產(chǎn)品包裝中發(fā)揮重要的作用，逐步替代傳統(tǒng)的 產(chǎn)品標(biāo)簽和條形碼。智能標(biāo)簽是標(biāo)簽領(lǐng)域的新秀，它具有超越傳統(tǒng)標(biāo)簽的功能，是電子和計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)在標(biāo)簽制印上的結(jié)晶。智能標(biāo)簽包含無線射頻識別技術(shù) (RFID)電子標(biāo)簽，隱蔽或公開的商標(biāo)保護(hù)指示器或提示產(chǎn)品狀況的傳感器。電子標(biāo)簽主要由芯片和天線組成，芯片主要用于接收和傳送數(shù)據(jù)，通過由閱讀器發(fā)出的無線射頻信號來讀取，閱讀器與天線和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連，形成一個(gè)電子模塊，閱讀器發(fā)送來自其天線的特殊信號給特定區(qū)域的電子標(biāo)簽，再將反饋信息處理后傳送給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，從而使管理人員得到商品的特殊信息。 第 18 頁 共 71 頁 智能標(biāo)簽可以幫助廠商和消費(fèi) 者實(shí)時(shí)了解商品庫存、流通、保質(zhì)等情況，為廠商監(jiān)控其產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中的狀況和位置起到很大的作用。例如，許多食品和藥品等的包裝必須在特定的溫度和低污染環(huán)境下儲存運(yùn)輸，一般的標(biāo)簽無法了解和監(jiān)控產(chǎn)品保存的溫度和保質(zhì)情況，而智能標(biāo)簽就可以在產(chǎn)品貯運(yùn)過程中適時(shí)監(jiān)控對溫度要求敏感、易腐爛產(chǎn)品的溫度，它憑借特殊的芯片、天線、傳感器等，測量貯運(yùn)過程中的溫度，警示廠商防止溫度變化對產(chǎn)品的影響。還有，如倉庫管理員可以利用智能標(biāo)簽了解貨架上的產(chǎn)品種類和數(shù)量的信息，來核對產(chǎn)品庫存數(shù)據(jù)而判斷產(chǎn)品的銷售情況。此外，智能標(biāo)簽提高了傳統(tǒng)標(biāo)簽的 防偽效果，尤其在藥品包裝中，它的防偽功能已大大超過傳統(tǒng)的條形碼標(biāo)簽。 智能標(biāo)簽的核心是含有 IC 芯片的射頻電路和傳感器，內(nèi)部裝有可程序化的集成電路和天線，可通過無線射頻信號與讀寫裝置進(jìn)行信息的接收和傳輸，具有產(chǎn)品鑒別、防偽、防盜、管理等多種功能，是目前廣泛使用的產(chǎn)品條形碼標(biāo)簽的升級和更新的產(chǎn)品。智能標(biāo)簽具有小、薄、柔 (制作的產(chǎn)品厚度可達(dá)到 0.1mm 左右，大小從幾毫米到近二十厘米，可隨意扭曲、彎折 )的優(yōu)點(diǎn)，以及具有讀取數(shù)據(jù)信息快，并可依特殊命令讀取 ID 號碼和一些特殊信息等特點(diǎn)。 智能標(biāo)簽有防沖撞的讀 寫特性，并且能同時(shí)讀寫多個(gè)電子標(biāo)簽。它可以攜帶數(shù)據(jù)，并可將其芯片中存儲的數(shù)據(jù)通過專門的讀卡器以無線的方式快速讀取，在工作過程中還可非常方便地對其數(shù)據(jù)進(jìn)行改寫。智能標(biāo)簽在使用時(shí)可以做到無需連線、無需電源、無需接觸，且還可在射頻頻率上進(jìn)行豐富的變化。在智能標(biāo)簽中，可植入多種材料內(nèi)部特性和可讀取的功能被廣泛地應(yīng)用于無線識別領(lǐng)域，如產(chǎn)品識別、質(zhì)量監(jiān)控、票證、資產(chǎn)管理和提供系列追蹤管理等。智能標(biāo)簽為防偽、物流管理領(lǐng)域提供了多變的新工具。 智能標(biāo)簽的相關(guān)產(chǎn)品在商品生產(chǎn)、儲運(yùn)、銷售的庫存管理等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間，在 日本，日立、富士通和凸版印刷株式會社已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)并銷售智能標(biāo)簽。有資料顯示，日本的智能標(biāo)簽以及相關(guān)服務(wù)與軟件市場將在 2010 年達(dá)到9 萬日元以上的水平，在美國和歐洲，包括沃爾瑪在內(nèi)的主要零售商也都在努力推廣智能標(biāo)簽的使用， 2004 年 6 月沃爾瑪公司就要求 2005 年開始采用 RFID 技術(shù)管理貨品，要求其主要的 100 家供貨商在 2005 年前必須使用智能 RFID 標(biāo)簽，并在一兩年內(nèi)要求絕大部分供應(yīng)商都要使用標(biāo)準(zhǔn)的智能標(biāo)簽。據(jù)報(bào)道，目前第 19 頁 共 71 頁 這種智能標(biāo)簽的生產(chǎn)呈高速增長的趨勢，在歐洲， 2005 年市場已達(dá)到 5 0 億美元以上，并以每年約 4 0 % 的速度增長，預(yù)計(jì) 2008 年，全世界的 RFID 標(biāo)簽的使用量將達(dá)到 200 億個(gè)以上，屆時(shí)零售業(yè)將會全面普及應(yīng)用 RFID 智能標(biāo)簽。 二、智能標(biāo)簽的制印技術(shù) 智能標(biāo)簽的印刷與傳統(tǒng)標(biāo)簽的印刷有著很大的區(qū)別，目前，我國傳統(tǒng)標(biāo)簽的印刷技術(shù)已具有很高的水平，商標(biāo)印刷業(yè)中不乏有經(jīng)驗(yàn)豐富的企業(yè)，也生產(chǎn)出許多設(shè)計(jì)精美和高品質(zhì)的產(chǎn)品，但對于智能標(biāo)簽，有人認(rèn)為它并無特殊之處，只要用普通標(biāo)簽給它外覆一件美麗的外衣，這對于高品質(zhì)標(biāo)簽的制印企業(yè)來說并不困難，但這樣單純地添加美麗外衣的智能標(biāo)簽 ，其高附加值卻是令人擔(dān)憂的，否則會造成重要的損失。那么，與傳統(tǒng)標(biāo)簽印刷相比，智能標(biāo)簽印刷有什么特點(diǎn)呢 ? 首先，從智能標(biāo)簽的定義上來看，智能，是由芯片、天線等組成的射頻電路；而標(biāo)簽是由標(biāo)簽印刷工藝使射頻電路具有商業(yè)化的外衣。從印刷的角度來看，智能標(biāo)簽的出現(xiàn)會給傳統(tǒng)標(biāo)簽印刷帶來更高的含金量。智能標(biāo)簽的芯片層可以用紙、 PE、 PET 甚至紡織品等材料封裝并進(jìn)行印刷，制成不干膠貼紙、紙卡、吊標(biāo)或其他類型的標(biāo)簽。芯片是智能標(biāo)簽的關(guān)鍵，由其特殊的結(jié)構(gòu)決定，不能承受印刷機(jī)的壓力，所以，除噴墨印刷外，一般是采用先印刷面層， 再與芯片層復(fù)合、模切的工藝。 (1)印刷方法。印刷主要是以絲網(wǎng)印刷為首選，因?yàn)榻z網(wǎng)印刷在集成電路板、薄膜開關(guān)等方面的印刷質(zhì)量是其他印刷方法所無法企及的。在智能標(biāo)簽印刷中，要使用導(dǎo)電油墨，而印刷導(dǎo)電油墨較好的絲網(wǎng)是鎳箔穿孔網(wǎng)。它是一種高技術(shù)絲網(wǎng)，它不是由一般的金屬或尼龍等絲線編織成的絲網(wǎng)，而是由鎳箔鉆孔而成箔網(wǎng)，網(wǎng)孔呈六角形，也可用電解成形法制成圓孔形。整個(gè)網(wǎng)面平整勻薄，能極大地提高印跡的穩(wěn)定性和精密性，用于印刷導(dǎo)電油墨、晶片及集成電路等高技術(shù)產(chǎn)品效果較好，能分辨 0.1mm 的電路線間隔、定位精度可達(dá) 0.01mm。 (2)導(dǎo)電油墨的應(yīng)用。導(dǎo)電油墨是一種特種油墨，它可在 UV 油墨、柔版水性油墨或特殊膠印油墨中加入可導(dǎo)電的載體，使油墨具有導(dǎo)電性。導(dǎo)電油墨主要是由導(dǎo)電填料 (包括金屬粉末、金屬氧化物、非金屬和其他復(fù)合粉末 )、連接劑 (主要有合成樹脂、光敏樹脂、低熔點(diǎn)有機(jī)玻璃等 ) 、添加劑 (主要有分散劑、調(diào)節(jié)劑、增稠劑、增塑劑、潤滑劑、抑制劑等 )、溶劑 (主要有芳烴、醇、酮、酯、醇第 20 頁 共 71 頁 醚等 )等組成。該油墨是一種功能性油墨，在印刷中主要有碳漿、銀漿等導(dǎo)電油墨。碳漿油墨是一液型熱固型油墨，成膜固化后具有保護(hù)銅箔和傳導(dǎo)電流的作 用，具有良好的導(dǎo)電性和較低的阻抗力；它不易氧化，性能穩(wěn)定，耐酸、堿和化學(xué)溶劑的侵蝕；具有耐磨性強(qiáng)、抗磨損、抗熱沖擊性好等特點(diǎn)。銀漿油墨是由超細(xì)銀粉和熱塑性樹脂為主體組成的一液型油墨，在 PET、 PT、 PVC 片材上均可使用，有極強(qiáng)的附著力和遮蓋力，可低溫固化，具有可控導(dǎo)電性和很低的電阻值。另外，可將具有導(dǎo)電性的納米級碳墨加入油墨制成導(dǎo)電油墨，也可將導(dǎo)電油墨中金屬粉(如銀粉 )制成納米級銀粉來制造導(dǎo)電油墨，這種導(dǎo)電油墨不僅印刷的膜層薄且均勻光滑，性能優(yōu)良，而且還可大量節(jié)省材料。 在智能標(biāo)簽制印中，導(dǎo)電油墨主要用 于印制 RFID 天線，替代傳統(tǒng)的壓箔法或腐蝕法制作的金屬天線。它具有兩個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)，首先，傳統(tǒng)的壓箔法或腐蝕法制作的金屬天線，工藝復(fù)雜，成品制作時(shí)間長，而應(yīng)用導(dǎo)電油墨印刷天線是利用高速的印刷方法，高效快速，是印刷天線和電路中首選的既快又便宜的方法。如今，導(dǎo)電油墨已開始取代各頻率段的蝕刻天線，如超高頻段 (860 950MHz)和微波頻段 (2450MHz)，用導(dǎo)電油墨印刷的天線可以與傳統(tǒng)蝕刻的銅天線相比擬，此外，導(dǎo)電油墨還用于印制智能標(biāo)簽中的傳感器及線路印刷。其次，傳統(tǒng)的壓箔法或腐蝕法制作的金屬天線要消耗浪費(fèi)金屬 材料，成本較高，而導(dǎo)電油墨的原材料成本要低于傳統(tǒng)的金屬天線，這對于降低智能標(biāo)簽的制作成本有很大的意義。 (3)獨(dú)特的工藝要求。智能標(biāo)簽制印對制作工藝有其獨(dú)特的要求，主要應(yīng)注意高成品率、厚紙印刷和復(fù)合加工。 在高成品率上，由于智能標(biāo)簽本身的價(jià)值要高于普通印刷標(biāo)簽許多倍，所以給企業(yè)帶來高利潤的同時(shí)，印刷品高成品率尤為重要。尤其是許多產(chǎn)品都要求多色 UV 墨印刷、上光、上膠，印量大的標(biāo)簽大多數(shù)還采用卷到卷印刷或無接口印刷 ( 通花 ) 等方式加工，由于加工工序多，也加大了成品的篩選難度。 對于厚紙印刷，在卡 紙加工中，必須注意設(shè)備對 350 克厚的卡紙要有良好的印刷適性，卡紙印刷中要保持紙帶的張力穩(wěn)定，保證印刷累計(jì)套印誤差降到最小，因此如果每個(gè)畫面都套印很準(zhǔn)，但是畫面之間的間距產(chǎn)生誤差較大，也會給智能標(biāo)簽印刷后的復(fù)合和模切工序造成麻煩。 至于復(fù)合加工，它是智能標(biāo)簽加工中的關(guān)鍵工序，在復(fù)合加工中不僅要求每第 21 頁 共 71 頁 個(gè)標(biāo)簽之間的尺寸不會因?yàn)閺埩ψ兓淖?，而且對于薄膜類材料，還要考慮拉伸變形造成標(biāo)簽間距增加，并做適當(dāng)調(diào)整。 3.3 SAW 射頻識別無源電子標(biāo)簽技術(shù)及應(yīng)用 射頻識別系統(tǒng) 射頻識別 (RFID)技術(shù)是 一種無接觸自動識別技術(shù)，其基本原理 是利用射頻信號及其空間耦合、傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對靜止的或移動中 的待識別物品的自動機(jī)器識別。 射頻識別系統(tǒng)一般由兩個(gè)部分組成，即電子標(biāo)簽和閱讀器。電子 標(biāo)簽與閱讀器之間通過耦合元件實(shí)現(xiàn)射頻信號的空間 (無接觸 )耦合， 在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。發(fā)生 在閱讀器和電子標(biāo)簽之間的射頻信號的耦合類型有兩種： (1)電感耦合，通過空間高頻交變磁場實(shí)現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁 感應(yīng)定律。 (2)電磁反向散射耦合：雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的 電磁波，碰 到目標(biāo)后反射，同時(shí)攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī) 律。 電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。 典型的工作頻率有： 125kHz、 225kHz 和 13.56MHz。識別作用 距離小于 1m，典型作用距離為 10cm 20cm。電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有： 433MHz，868MHz， 915MHz， 2.45GHz， 5.8GHz。識別作用 距離大于 1m，典型作用距離為 3m l0m。 電子標(biāo)簽又稱為射頻標(biāo) 簽、應(yīng)答器、數(shù)據(jù)載體，電子標(biāo)簽附著在 待識別的物品上，是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體。一般情況下，電 子標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽專用芯片組成。 依據(jù)電子標(biāo)簽供電方式的不同，可以分為有源標(biāo)簽 (Active tag) 和無源標(biāo)簽 (Passive tag)兩種，有源標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，無源標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池。 閱讀器又稱為讀出裝置，閱讀器可以是讀 /寫或只讀裝置，用于 第 22 頁 共 71 頁 當(dāng)附著有電子標(biāo)簽的待識別物品通過其讀出范圍內(nèi)時(shí)，自動以無接觸 的方式將電子標(biāo)簽中的約定識別信息取出，從而實(shí)現(xiàn)自動識別物品或 自動收集物品 標(biāo)識信息的功能。 聲表面波器件技術(shù) 聲表面波 (SAW)是傳播于壓電晶體表面的機(jī)械波，其聲速僅為 電磁波速的十萬分之一，傳播衰耗很小。 SAW 器件是在壓電基片上采用微電子工藝技術(shù)制作叉指形電聲換能器和反射器耦合器等，利用基片材料的壓電效應(yīng)，通過輸入叉指換能器 (IDT)將電信號轉(zhuǎn)換成聲 信號，并局限在基片表面?zhèn)鞑?，輸?IDT 將聲信號恢復(fù)成電信號，實(shí)現(xiàn)電 -聲 -電的變換過程，完成電信號處理過程，獲得各種用途的電子器件。采用了先進(jìn)微電子加工技術(shù)制造的聲表面波器件，具有體積小、重量輕、可靠性高、一致性好、多功能以及設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，在通信、電視、遙控和報(bào)警系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用，數(shù)以億計(jì)的手機(jī)和電視機(jī)中都應(yīng)用了多個(gè)聲表面波濾波器。隨著加工工藝的飛速發(fā)展， SAW 器件的工作頻率已覆蓋 10MHz 2.5GHz，是現(xiàn)代信息化產(chǎn)業(yè)不可或缺的關(guān)鍵元器件。 SAW 無源電子標(biāo)簽工作原理 SAW 無源電子標(biāo)簽采用反射調(diào)制方式完成電子標(biāo)簽信息向閱讀器的傳送。 SAW 標(biāo)簽是由叉指換能器和若干反射器組成，換能器的兩條總線與電子標(biāo)簽的天線相連接。閱讀器的天線周期地發(fā)送高頻詢問脈沖，在電子標(biāo)簽天線的接收范圍內(nèi)，被接收到的高頻 脈沖通過叉指換能器轉(zhuǎn)變成聲表面波，并在晶體表面?zhèn)鞑?。反射器組對入射表面波部分反射，并返回到叉指換能器，叉指換能器又將反射聲脈沖串轉(zhuǎn)變成高頻電脈沖串。如果將反射器組按某種特定的規(guī)律設(shè)計(jì)，使其反射信號表示規(guī)定的編碼信息，那么閱讀器接收到的反射高頻電脈沖串就帶有該物品的特定編碼。通過解調(diào)與處理，達(dá)到自動識別的目的。 由于聲表面波傳播速度低，有效的反射脈沖串在經(jīng)過幾微秒的延 遲時(shí)間后才回到閱讀器，在此延遲期間，來自閱讀器周圍的干擾反射 已衰減，不會對聲表面波電子標(biāo)簽的有效信號產(chǎn)生干擾。 SAW 無源電 子標(biāo)簽應(yīng)用 利用聲表面波技術(shù)的電子標(biāo)簽始于上世紀(jì) 80 年代末，近年來聲表面波標(biāo)簽第 23 頁 共 71 頁 的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。聲表面波電子標(biāo)簽是應(yīng)用現(xiàn)代電子學(xué)、聲學(xué)、半導(dǎo)體平面工藝技術(shù)和雷達(dá)及信號處理技術(shù)的系統(tǒng)新成就，它是有別于 IC 芯片識別的另一種新型非接觸自動識別技術(shù)。 由于 SAW 器件本身工作在射頻波段，無源且抗電磁干擾能力強(qiáng)， 因此 SAW 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電子標(biāo)簽具有一定獨(dú)特的優(yōu)勢，是對集成電路技術(shù)的補(bǔ)充。其主要特點(diǎn)是： 1.讀取范圍大且可靠，可達(dá)數(shù)米； 2.可使用在金屬和液體產(chǎn)品上； 3.標(biāo)簽芯片與天線匹 配簡單，制作工藝成本低； 4.不僅能識別靜止物體，而且能識別速度達(dá) 300 千米 /小時(shí)的高速 運(yùn)動物體； 5.可在高溫差 (-100 300 )、強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下使 用。 電子標(biāo)簽技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括物流管理、路橋收費(fèi)、公 共交通、門禁控制、防偽、農(nóng)場的健康與安全監(jiān)控識別、超市防盜和 收費(fèi)、航空行李分揀、郵包跟蹤、工廠裝配流水線控制和跟蹤、設(shè)備 和資產(chǎn)管理、體育競賽等。 SAW 標(biāo)簽也適用于壓力、應(yīng)力、扭曲、加速度和溫度等參數(shù)變化的測量，如鐵路紅外軸溫探測系統(tǒng)的熱軸定 位、軌道衡、超偏載檢測系統(tǒng)、汽車輪胎壓力等。 德國的 Baumer Ident GmbH 公司生產(chǎn)的 OIS-W 聲表面 波標(biāo)簽、 Siemens 公司的 SOFIS 聲表面波系統(tǒng)已成功用于挪威奧 斯陸汽車過橋自動收費(fèi)系統(tǒng)以及德國慕尼黑火車進(jìn)站定位系統(tǒng)。在美 國， Identtronix、 i-Ray、 RF-SAW 等公司也均生產(chǎn)商業(yè)化的 SAW 電子標(biāo)簽。 SAW 研發(fā)情況 中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所 (下簡稱五十五所 )是國 家重點(diǎn)軍工研究所，已有數(shù)十年的高頻微波器件部件的成熟經(jīng)驗(yàn)。 目前五十五 所已發(fā)展成為國內(nèi)領(lǐng)先國際認(rèn)可的高頻聲表面波器件研發(fā)與生第 24 頁 共 71 頁 產(chǎn)基地，具備制作 0.5 m(2GHz)高頻聲表面波器件 的能力。 ND系列高頻聲表面波器件批量生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)范與國外同類產(chǎn)品的相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行態(tài)勢良好，年增長率大于 30%。 434MHz 和 915MHz 是民用非管制無線電頻段，一般民用遙控設(shè) 備都使用這些頻段， ISO 也建議開放用于射頻識別。因此我們從 2003 年初開始了本項(xiàng)目有關(guān)產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)和樣品樣機(jī)的試制，現(xiàn)已試制開 發(fā)了數(shù)種應(yīng)用器件樣品和樣機(jī)，達(dá)到預(yù)期效果。 發(fā)展 SAW 電子標(biāo)簽的關(guān)鍵 1.標(biāo)簽編碼容量與作用距離的優(yōu)化； 2.編碼和閱讀器的配合； 3.小型低成本且適合待識別物品的電子標(biāo)簽天線； 4.異碼標(biāo)簽芯片的批量生產(chǎn)； 5.防碰撞和可讀寫標(biāo)簽。 SAW RFID 的突破 SAW（表面聲波） RFID 已出現(xiàn)了一段時(shí)間，應(yīng)用在移動電話、尋呼機(jī)中的數(shù)以億計(jì)的非 RFID SAW 方案具有可靠性高，成本低的特點(diǎn)， SAW RFID 技術(shù)也從這些優(yōu)點(diǎn)中受益良多。 SAW RFID 首先出現(xiàn)在美國加利福尼亞和挪威的不中斷式公路收費(fèi)系統(tǒng)中，但是數(shù)量不多。并且在加利福尼亞它 們被貼到汽車擋風(fēng)玻璃上的硅芯片 RFID 標(biāo)簽代替了。在挪威， MicroDesign 公司供應(yīng)采用這種技術(shù)的只讀被動式標(biāo)簽有十幾年的時(shí)間，后來它就以 QFree 的名義開始供應(yīng)針對不中斷式公路收費(fèi)系統(tǒng)和其他設(shè)備的硅芯片 RFID可讀寫設(shè)備與系統(tǒng)。實(shí)際上直到今天，沒人知道如何制造主動式的或可讀寫的 SAW RFID 標(biāo)簽，盡管 Dallas 公司的RFSAW 已作了一些很好的工作來顯示它不需額外的傳感器就可感應(yīng)張力或溫度的變化。感應(yīng)張力或溫度的功能用硅芯片和分離式傳感器也是可以實(shí)現(xiàn)的，但是這種方式的成本太高。今天，溫度檢測 RFID 標(biāo)簽在家畜和食品方面都有應(yīng)用案例，但是數(shù)量非常少。 然而，雖然 SAW RFID 的一個(gè)缺陷是仍然采用了類似硅材料的易碎芯片，但它的加工過程所需的步驟更少，所要求的精確性也沒有那么高，因此它的成本比硅芯片 RFID 也要低一些，當(dāng)然這在市場中還沒有真正地實(shí)現(xiàn)。 RFSAW 已向第 25 頁 共 71 頁 許多行業(yè)銷售了 SAW RFID 設(shè)備，另外在創(chuàng)建一個(gè)包括這種設(shè)備的 ISO 18000的子標(biāo)準(zhǔn)方面，它也是主要的推動者。 滅菌過程耐受性 SAW ID 芯片的獨(dú)特物理特性解決了 RFID 的主要問題，并且實(shí)現(xiàn)了： 標(biāo)簽與閱讀器相互距離較大時(shí)的可靠讀取。 克服了讀取信號可能被液體和金屬阻斷的情況。 商業(yè)化的全貨盤讀取，這是 RFID 的一個(gè)非常重要的能力。 在許多應(yīng)用場合中， SAW 的讀取距離是足夠大的，因此被動式標(biāo)簽可以代替用電池驅(qū)動的高成本主動式標(biāo)簽。 SAW RFID 系統(tǒng)具有與生俱來的能力來檢測標(biāo)簽位置、運(yùn)動的方向和標(biāo)簽溫度等，這些功能如果用其他的技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)或需要很高成本。另外， SAW 標(biāo)簽可以經(jīng)受一些與安全相關(guān)的過程，如一些食品或醫(yī)藥的生產(chǎn)過程會升高操作溫度、通過高能量的 X 射線或用伽馬射線 滅菌等。 例如， RFSAW 標(biāo)簽采用了成本比較低的芯片和尺寸較小的低成本天線，與基于 IC 的標(biāo)簽相比，它的成本就很有優(yōu)勢。另外，通過加入關(guān)鍵信號處理功能（如多標(biāo)簽讀取功能），整個(gè)系統(tǒng)的成本被進(jìn)一步優(yōu)化了。它通過多路訪問可擴(kuò)展頻譜信號實(shí)現(xiàn)了這一功能，這種信號在具備高速讀取速度的同時(shí)，還具有較高的抗干擾性，與其他無線射頻系統(tǒng)和 RFID 讀取器也有較好的頻譜相容性。與UHF 不同的是，目前它在全世界都可以合法的操作，不需要等待歐洲、中國和其他國家的無線管制規(guī)定的審查。 256 位的版本也是可能的，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了產(chǎn)品級 別、貨盤和包裝箱所要求的存儲空間要求，更不用說運(yùn)輸和車輛上的標(biāo)簽了。 其他開發(fā) SAW RFID 的公司 澳大利亞的 Carinthian Tech Research (CTR)公司最近開發(fā)了一種新型被動式RFID 標(biāo)簽。這種標(biāo)簽?zāi)軌蚰褪芎捅O(jiān)測工程與工業(yè)應(yīng)用環(huán)境（與 RFSAW 的大范圍低成本的應(yīng)用場合不同）中的溫度變化情況。 3.4 成本高標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一 電子標(biāo)簽中國推行遇困 南方網(wǎng)訊 當(dāng)沃爾瑪提著籃子來中國上億元上億元地采購時(shí)，中國的供應(yīng)商們怎么也不會想到，有一天要在商品上加貼一個(gè)叫“電子 標(biāo)簽”的東西。 沃爾瑪電子標(biāo)簽計(jì)劃夭折？ 第 26 頁 共 71 頁 “年初就收到過沃爾瑪?shù)耐ㄖ?，今年以來，沃爾瑪為此還特意舉辦了多次有關(guān)無線射頻識別系統(tǒng)（ RFID）的講座培訓(xùn)，公司的信息官都有參加?！?電話那頭，廈門“進(jìn)雄”企業(yè)有限公司鄭總對 RFID 毫不陌生。在中國， RFID簡稱電子標(biāo)簽。鄭提及的通知是指，沃爾瑪要求其前 100 位供應(yīng)商在 2005 年 1月底之前必須在每個(gè)貨箱托盤上加貼電子標(biāo)簽。 2006 年年底，沃爾瑪?shù)乃泄?yīng)商都要采用電子標(biāo)簽。 廈門“進(jìn)雄”是美資公司 NORTHPOLEINC.設(shè)在中國 的分公司，主要生產(chǎn)戶外用品，早年已進(jìn)入沃爾瑪供應(yīng)體系。不過，在沃爾瑪體系中，“進(jìn)雄”還僅是年供貨額為 6000 萬美元的“中型供貨商”，因此并不在沃爾瑪 TOP100 供貨商名單中。不過，鄭表示，沃爾瑪肯定會要求所有供貨商朝著這個(gè)方向發(fā)展，所以他們也在做著各種準(zhǔn)備。 其實(shí)，早在兩年前，沃爾瑪已經(jīng)與 IBM 合作，率先導(dǎo)入先進(jìn)的電子標(biāo)簽系統(tǒng)。只要消費(fèi)者從貨架上拿起一件商品，電腦系統(tǒng)會自動將商品資料報(bào)告整個(gè)供應(yīng)鏈系統(tǒng)，客戶結(jié)賬時(shí)只需要將購物車通過讀取機(jī)，就能一次結(jié)清購物車內(nèi)的所有物品的價(jià)格，而后端倉庫也能立即了解 需要補(bǔ)貨的項(xiàng)目。數(shù)據(jù)顯示，采用電子標(biāo)簽可減少 10%至 30%的安全庫存量，大大降低倉儲成本。 然而，即便業(yè)界已經(jīng)認(rèn)為電子標(biāo)簽可以有效降低成本，但是短期內(nèi)，沃爾瑪?shù)墓?yīng)商們對于此技術(shù)的投資仍持保留態(tài)度?！霸谕菩须娮訕?biāo)簽進(jìn)程中，來自國內(nèi)供應(yīng)商的阻力非常大，沒有幾家愿意做，為此沃爾瑪已經(jīng)將 100 名供貨商減少到 50 家?！睒I(yè)內(nèi)知情人士向記者明確表示。 成本遏制推廣 讓沃爾瑪中國供應(yīng)商們卻步的主要是電子標(biāo)簽的高成本。 在日前舉行的“全球 RFID 中國峰會”上，記者看到，德州儀器展示的電子標(biāo)簽芯片最 便宜的也要 25 美分（約合人民幣 2 元）。業(yè)內(nèi)介紹，封裝好的電子標(biāo)簽最低也要人民幣 7 8 元。 沃爾瑪一供應(yīng)商笑言，一臺 1000 元的電腦和一個(gè) 2 毛錢的西瓜同樣在沃爾瑪銷售，如果都貼電子標(biāo)簽的話，賣西瓜的還賺錢嗎？ “進(jìn)雄”鄭總告訴記者，電子標(biāo)簽如果成本不下降，推行會很困難，特別是對中國的中小供貨商而言，本身商品價(jià)值低，如果加貼電子標(biāo)簽，肯定吃不消。第 27 頁 共 71 頁 據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，沃爾瑪每年大概要從頭 100 個(gè)供應(yīng)商那里收到十億箱的貨物。如果全部由供應(yīng)商承擔(dān)，將是一筆巨額費(fèi)用。 不過，目前電子標(biāo)簽成本已呈下降趨 勢。上海復(fù)旦微電子股份公司副總經(jīng)理俞軍認(rèn)為，降低成本的主要手段是技術(shù)進(jìn)步和批量生產(chǎn)。今年，國內(nèi)電子標(biāo)簽市場容量為 5000 萬個(gè)。 2 年以后，一枚電子標(biāo)簽有望降至人民幣 2 元以內(nèi)。 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)亟待出臺 除了價(jià)格，阻礙電子標(biāo)簽推廣的瓶頸還有標(biāo)準(zhǔn)。 “目前，全球范圍內(nèi)各種電子標(biāo)簽的應(yīng)用還不存在統(tǒng)一的代碼、頻率或者標(biāo)準(zhǔn)，”中國物流與采購聯(lián)合會副會長戴定一表示，“電子標(biāo)簽關(guān)鍵是走到哪里都能用，因此標(biāo)準(zhǔn)一定要統(tǒng)一?！?就我國而言，電子標(biāo)簽技術(shù)及應(yīng)用處于初級發(fā)展階段，存在技術(shù)水平不高、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完整等諸多問 題。在全球 RFID 峰會上，信產(chǎn)部官員表示，我國將充分考慮和引用其他全球組織目前已經(jīng)制定的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國情制定出符合中國市場的電子標(biāo)簽行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 值得一提的是，在國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺的前提下，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)將目光投向全球市場。本月 11 日，實(shí)華開電子商務(wù)公司與 IBM 簽訂協(xié)議，共同開發(fā) RFID技術(shù)，而香港機(jī)場正在進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的試驗(yàn)中也有中國系統(tǒng)集成商的身影。 國內(nèi)零售試 電子標(biāo)簽技術(shù)的應(yīng)用還要靠企業(yè)推動。到目前為止，美國已有 100 多家企業(yè)承諾支持 RFID 技術(shù)應(yīng)用，而國內(nèi)企業(yè)，投資使用電子標(biāo)簽的還寥 寥無幾。 昂波國際有限公司總裁王躍接觸過很多中國客戶，她告訴記者，國內(nèi)企業(yè)對電子標(biāo)簽比較感興趣，但一旦涉及具體投資，則普遍持觀望態(tài)度。只有找到好的應(yīng)用案例，電子標(biāo)簽才具有推廣動力。 好在已經(jīng)有國內(nèi)企業(yè)邁出嘗試性步伐。日前，北京物美集團(tuán)和實(shí)華開電子商務(wù)公司簽署協(xié)議，物美集團(tuán)將在未來建立中國第一家電子標(biāo)簽零售示范店，推行電子標(biāo)簽技術(shù)。 這是電子標(biāo)簽技術(shù)首次進(jìn)入中國商業(yè)零售領(lǐng)域。物美集團(tuán)董事長張文中接受記者專訪時(shí)表示，零售終端處于供應(yīng)鏈的核心地位，對生產(chǎn)者有著直接的制約作用，只有抓住終端，才可能推動整 個(gè)電子標(biāo)簽產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 第 28 頁 共 71 頁 第四章 RFID 技術(shù)配套產(chǎn)品介紹 4.1 電子標(biāo)簽中的射頻天線 摘要 射頻天線類型的選擇必須使它的阻抗與自由空間和 ASIC 匹配。方向性天線具有更少的輻射模式和返回?fù)p耗的干擾。門禁系統(tǒng)可以使用短作用距離的無源標(biāo)簽。 引 言 在 RF 裝置中，工作頻率增加到微波區(qū)域的時(shí)候，天線與標(biāo)簽芯片之間的匹配問題變得更加嚴(yán)峻。天線的目標(biāo)是傳輸最大的能量進(jìn)出標(biāo)簽芯片。這需要仔細(xì)的設(shè)計(jì)天線和自由空間以及其相連的標(biāo)簽芯片的匹配。 本文考慮的頻帶是435MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz，在零售商品中使用。 天線必須： 足夠的小以至于能夠貼到需要的物品上； 有全向或半球覆蓋的方向性； 提供最大可能的信號給標(biāo)簽的芯片； 無論物品什么方向，天線的極化都能與讀卡機(jī)的詢問信號相匹配； 具有魯棒性； 非常便宜。 在選擇天線的時(shí)候的主要考慮是： 天線的類型； 天線的阻抗： 在應(yīng)用到物品上的 RF 的性能； 在有其他的物品圍繞貼標(biāo)簽物品時(shí)的 RF 性 能。 可能的選擇 這里有兩種使用方式：一）貼標(biāo)簽的物品被放在倉庫中，有一個(gè)便攜裝置，可能是手持式，詢問所有的物品，并且需要它們給予信息反饋信息；二）在倉庫的門口安裝讀卡設(shè)配，詢問并記錄進(jìn)出物品。還有一個(gè)主要的選擇是有源標(biāo)簽還是無源標(biāo)簽 1,2。 可選的天線 第 29 頁 共 71 頁 在 435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz 頻率是用的 RFID 系統(tǒng)中，可選的天線有幾種，見下表，它們重點(diǎn)考慮了天線 的尺寸。這樣的小天線的增益是有限的，增益的大小取決于輻射模式的類型，全向的天線具有峰值增益 0 到 2dBi；方向性的天線的增益可以達(dá)到 6dBi。增益大小影響天線的作用距離。下表中的前三個(gè)種類的天線是線極化的，但是微帶面天線可以使圓極化的，對數(shù)螺旋天線僅僅是圓極化的。由于 RFID 標(biāo)簽的方向性是不可控的，所以讀卡機(jī)必須是圓極化的。一個(gè)圓極化的標(biāo)簽天線可以產(chǎn)生 3dB 以強(qiáng)的信號。 阻抗問題 為了最大功率傳輸，天線后的芯片的輸入阻抗必須和天線的輸出阻抗匹配。幾 十年來，設(shè)計(jì)天線與 50 或 70 歐姆的阻抗匹配，但是可能設(shè)計(jì)天線具有其他的特性阻抗。例如，一個(gè)縫隙天線可以設(shè)計(jì)具有幾百歐姆的阻抗。一個(gè)折疊偶極子的阻抗可以是一做個(gè)標(biāo)準(zhǔn)半波偶極子阻抗的 20 倍。印刷貼片天線的引出點(diǎn)能夠提供一個(gè)很寬范圍的阻抗 (通常是 40 到 100 歐姆 )。選擇天線的類型，以至于它的阻抗能夠和標(biāo)簽芯片的輸入阻抗匹配是十分關(guān)鍵的。另一個(gè)問題是其他的與天線接近的物體可以降低天線的返回?fù)p耗。對于全向天線，例如雙偶極子天線，這個(gè)影響是顯著的。改變雙偶極子天線和一聽番茄醬的間距做了一些實(shí)際測量，顯示了一些變化， 見圖 4 和圖 5。其他的物體也有相似的影響。此外是物體的介電常數(shù)，而不是金屬，改變了諧振頻率。一塑料瓶子水降低了最小返回?fù)p耗頻率16%。當(dāng)物體與天線的距離小于 62.5mm 的時(shí)候，返回?fù)p耗將導(dǎo)致一個(gè) 3.0 dB 的插入損耗，而天線的自由空間插入損耗才 0.2dB?？梢栽O(shè)計(jì)天線使它與接近物體的情況相匹配，但是天線的行為對于不同的物體和不同的物體距離而不同。對于全向天線是不可行的，所以設(shè)計(jì)方向性強(qiáng)的天線，它們不受這個(gè)問題的影響。 輻射模式 在一個(gè)無反射的環(huán)境中測試 了天線的模式，包括了各種需要貼標(biāo)簽的物體，在使用全向天線的時(shí)候性能嚴(yán)重下降。圓柱金屬聽引起的性能下降是最嚴(yán)重的，在它與天線距離 50mm 的時(shí)候，反回的信號下降大于 20dB (見圖 6)。天線與物體的中心距離分開到 100 150mm 的時(shí)候，反回信號下降約 10 到 12dB。在與天線距離 100mm 的時(shí)候，測量了幾瓶水（塑料和玻璃），見圖 7，反回信號降低大于 10dB。 在蠟紙盒的液體，甚至蘋果上做試驗(yàn)得到了類似的結(jié)果。 第 30 頁 共 71 頁 局部結(jié)構(gòu)的影響 在使用手持的儀器的時(shí)候，大量 的其他臨近物體的使讀卡機(jī)天線和標(biāo)簽天線的輻射模式嚴(yán)重失真。這可以對于 2.45GHz 的工作頻率計(jì)算，假設(shè)一個(gè)代表性的幾何形狀，見圖 8,9,10，和自由空間相比，顯示返回信號降低了 10dB，在雙天線同時(shí)使用的時(shí)候，比預(yù)料的模式下降的更多。圖 11 和圖 12 是在一個(gè)天線前的一個(gè)橫截平面的接收信號等高線圖，顯示了嚴(yán)重的失真。在倉庫的使用環(huán)境下，一個(gè)物品盒子具有一個(gè)標(biāo)簽會有問題，幾個(gè)標(biāo)簽貼在一個(gè)盒子上以確保所有時(shí)候都有一個(gè)標(biāo)簽是可以看見的。便攜系統(tǒng)的使用有幾個(gè)天線的問題。每個(gè)盒子兩個(gè)天線足夠適合門禁裝置探測，這樣局部結(jié)構(gòu) 的影響變得不再重要，因?yàn)殚T禁裝置的讀卡機(jī)天線被固定在倉庫的出入，并且直接指向貼標(biāo)簽的物體。 距 離 RFID 天線的增益和是否使用有源的標(biāo)簽芯片將影響系統(tǒng)的使用距離。樂觀的考慮，在電磁場的輻射強(qiáng)度符合 UK 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)， 2.45GHz 的無源情況下，全波整流，驅(qū)動電壓不大于 3 伏，優(yōu)化的 RFID 天線阻抗環(huán)境 (阻抗 200 或 300歐姆 )，使用距離大約是 1 米 3。如果使用 WHO 限制 4則更適合于全球范圍的使用，但是作用距離下降了一半。這些限制了讀卡 機(jī)到標(biāo)簽的電磁場功率。作用距離隨著頻率升高而下降。如果使用有源芯片作用距離可以達(dá)到 5 到 10 米。 總 結(jié) 全向天線應(yīng)該避免在標(biāo)簽中使用，然而是可以使用方向性天線，它具有更少的輻射模式和返回?fù)p耗的干擾。天線類型的選擇必須使它的阻抗與自由空間和ASIC 匹配。在一個(gè)倉庫中使用天線好像是不可行的，除非使用有源標(biāo)簽，但是在任何情況下，倉庫內(nèi)的天線輻射模式將嚴(yán)重失真。一個(gè)門禁系統(tǒng)的使用將是好的選擇，可以使用短作用距離的無源標(biāo)簽。當(dāng)然門禁系統(tǒng)比手持的儀器昂貴， 但是手持儀器工作人員需要使用它到倉庫搜尋物品，人員費(fèi)用同樣昂貴。在門禁系統(tǒng)中，每一個(gè)物品盒子，僅需要 2 個(gè)而不是 4 個(gè)或 6 個(gè) RFID 標(biāo)簽。 4.2 基于 TI S6700 系列芯片的 RFID 閱讀器 摘要 閱讀器的基本功能就是提供與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌凇１疚挠懻摿艘环N采用 TI 公司的射頻標(biāo)簽多協(xié)議芯片 RI-R6C-001A 組成的射頻標(biāo)簽閱讀器方案。 第 31 頁 共 71 頁 在 RFID 系統(tǒng)中，信號接收設(shè)備一般叫做閱讀器（或讀卡器）。閱讀器的基本功能就是提供與標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌凇?本文討論了一種采用 TI 公司的射頻標(biāo)簽多協(xié)議芯片 RI-R6C-001A 組成的射頻標(biāo)簽閱讀器方案，使用微芯公司的單片機(jī) PIC16F874 作為控制器，給出了閱讀器的完整電路實(shí)現(xiàn)與時(shí)序設(shè)計(jì)， 并提出了一種基于 SPI 串行總線實(shí)現(xiàn) S6700系列芯片通信協(xié)議的方案，實(shí)現(xiàn)了射頻標(biāo)簽與控制器之間數(shù)據(jù)傳遞與控制功能。 概述 近年來隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路技術(shù)也在迅速發(fā)展。目前， IC 卡已經(jīng)深入到社會生活的各個(gè)角落，各種各樣的卡大大方便了人們的生活，如銀行使用的信用卡、公交車使用的交通卡、食堂使用的就餐卡、出入管理使用的考勤卡、打電話使用 的電話卡、手機(jī)中使用的 SIM 卡等。 IC 卡又稱為集成電路卡。卡片內(nèi)封裝有集成電路，用以存儲和處理數(shù)據(jù)。在 IC 卡的發(fā)展過程中正在經(jīng)歷從存儲卡到智能卡，從接觸式卡到非接觸式卡，從近距離卡到遠(yuǎn)距離卡的過渡，與之相應(yīng)的，能夠讀取卡內(nèi)信息的閱讀器也在不斷的發(fā)展和更新。非接觸式卡又稱射頻卡（應(yīng)答器），使用無線電調(diào)制方式和閱讀器進(jìn)行信息交換。 射頻識別技術(shù)是二十世紀(jì)九十年代興起的一項(xiàng)自動識別技術(shù)，它利用無線電射頻方式進(jìn)行非接觸式雙向通信。 RFID（ Radio Frequency Identification）系統(tǒng)中射頻卡（應(yīng)答器）與閱讀器之間無需物理接觸即可完成識別，可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識別和運(yùn)動目標(biāo)識別，應(yīng)用范圍更加廣泛。閱讀器和應(yīng)答器組成的一個(gè)完整射頻系統(tǒng)： 從射頻系統(tǒng)中可以看出閱讀器的重要性及它的功能，在整個(gè)通信過程中閱讀器起到橋梁的作用。 硬件設(shè)計(jì) 考慮到閱讀器在系統(tǒng)中要完成的工作主要是從射頻卡讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)經(jīng)相應(yīng)的處理后送給主機(jī)。在設(shè)計(jì)時(shí)按功能對閱讀器進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，閱讀器的內(nèi)部功能框圖。閱讀器分為射頻卡數(shù)據(jù)讀取部分 (射頻部分 )、控制電路部分、主機(jī)接口電路部分。 控制部分 控制電路部分 第 32 頁 共 71 頁 此控制部分是為了輔助 RI-R6C-001A 工作，因?yàn)?RI-R6C-001A 芯片要正常工作，完成射頻閱讀器的功能，不但需要有外圍電路，而且還需要有控制器對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤Ｔ诖嗽O(shè)計(jì)中選用了 PIC16F874 單片機(jī)作為控制器，由于此單片機(jī)有豐富的位操作指令，有 SPI 串行口，精簡的指令集，能夠很容易的模擬RI-R6C-001A 傳送數(shù)據(jù)的時(shí)序以及時(shí)鐘切換時(shí)序。由于 RI-R6C-001A 對外只提供 四個(gè)引腳 DOUT、 DIN、 SCLOCK、 M-ERR，所以控制器的接口電路相對較簡單。 DOUT、 DIN、 SCLOCK 三個(gè)引腳分別連接到單片機(jī)的 SPI 串行口 SDI、SDO、 SCK 三根線上，用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行傳輸。 M-ERR 引腳用來檢測接收到射頻卡中的數(shù)據(jù)是否發(fā)生錯(cuò)誤，若有錯(cuò)誤此引腳變?yōu)楦唠娖剑虼税言撘_接到單片機(jī)的外部中斷輸入引腳端，用于檢測接收數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤，進(jìn)而單片機(jī)對其做出相應(yīng)的處理。由于 RI-R6C-001A 在接收射頻卡中的數(shù)據(jù)并把它發(fā)送給控制器時(shí)，要求控制器要對其發(fā)送數(shù)據(jù)是否結(jié)束做出判斷，并且 RI-R6C-001A 不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)就不再送時(shí)鐘，所以在此電路設(shè)計(jì)中把 RI-R6C-001A 的 SCLOCK 引腳也接到了具有電壓變化中斷功能的 RB4 引腳，此引腳外接一個(gè)二極管，與軟件結(jié)合起來，要求當(dāng)控制器供應(yīng)時(shí)鐘時(shí)， RB4 引腳處于高電平輸出狀態(tài)，經(jīng)過二極管， RB4 引腳不會輸入時(shí)鐘；當(dāng) RI-R6C-001A 供應(yīng)時(shí)鐘時(shí) ， RB4 引腳處于輸入狀態(tài)， SCLOCK 信號輸入此引腳，從而可以對發(fā)送數(shù)據(jù)是否結(jié)束作出相應(yīng)的判斷。 射頻部分 RI-R6C-001A 芯片是 TI 公司最新開發(fā)的針對 IC 卡讀寫的多協(xié)議收發(fā)器，支持的協(xié)議包括： Tag-it 協(xié)議、 ISO/IEC 15693-2、 ISO/IEC 14443-2（ TYPE A）。該收發(fā)器由發(fā)送器，接收器，電源供應(yīng)，參考時(shí)鐘和內(nèi)部振蕩器，默認(rèn)的復(fù)位設(shè)置和電源管理，串行通信接口等幾部分組成。該芯片通常是 5V 供電，采用SSOP20 封裝，內(nèi)部封裝有發(fā)送編碼器，調(diào)制器，接收器和解調(diào)器，典型發(fā)送功率 200mW，有 IDLE、 POWER DOWN、 FULL POWER 三種電源管理功能。它提供給用戶數(shù)字接口的信號線為 DIN、 DOUT、 SCLOCK，通過這三根線可完成控制器與 RI-R6C-001A 芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng) RI-R6C-001A 要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘由單片機(jī)控制，當(dāng)它要接收數(shù) 據(jù)時(shí)，時(shí)鐘由該芯片控制。 DOUT 除了在接收數(shù)據(jù)期間有把接收到的數(shù)據(jù)輸出給單片機(jī)的功能外，還用來表征 RI-R6C-001A第 33 頁 共 71 頁 內(nèi)部 FIFO 的情況。 DOUT 內(nèi)部下拉，平時(shí)為低電平。輸入數(shù)據(jù)過程中，當(dāng)RI-R6C-001A 的 16 位 FIFO 寄存器滿時(shí)， DOUT 線會自動跳變?yōu)楦唠娖剑钡紽IFO 寄存器空， DOUT 線又會跳變?yōu)榈碗娖?。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)單片機(jī)每發(fā)一位數(shù)據(jù)都要檢測 DOUT 的狀態(tài)。在 DOUT 為高電平期間，輸入數(shù)據(jù)無效。 射頻電路由三大部分組成： RI-R6C-001A 應(yīng)用電路，與單片機(jī)相連的接口電路，天線發(fā)送 。接收電路：在 RI-R6C-001A 應(yīng)用電路中， L1、 L2、 C2 組成的 T型網(wǎng)絡(luò)以及 L3、 C9 組成的 LC 網(wǎng)絡(luò)都是起到濾波的效果，使 RI-R6C-001A 通過天線接收的數(shù)據(jù)不至于流向發(fā)送端 TX-OUT，因?yàn)榇诵酒l(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)頻率是13.56MHz，而接收的信號的載波頻率是 13.56MHz/28 和 13.56MHz/32（ FM）或者 13.56MHz/32(AM)， R-MOD 端的電阻 R2 決定發(fā)送信號的調(diào)制深度； R3、 L4、C10、 C11 組成串聯(lián)諧振電路，匹配阻抗 50 ，可調(diào)電容 C11 用來準(zhǔn)確調(diào)整電路諧振點(diǎn)在 13.56MHz。這一設(shè)計(jì)有利于閱讀器正確的收發(fā)信息。 系統(tǒng)工作過程 接收數(shù)據(jù)過程 單片機(jī)與 RI-R6C-001A 之間通信必須遵循 Tag-it 協(xié)議或 ISO/IEC 15693，其中 Tag-it 是 TI 公司最新開發(fā)的 RFID Transponder（應(yīng)答器）的注冊商標(biāo)，是一個(gè)產(chǎn)品系列。 Tag-it 完全和 ISO/IEC15693 兼容， Tag-it 應(yīng)答器與閱讀器之間是半雙工通信，首先閱讀器主動發(fā)一個(gè)請求（包含命令和參數(shù)），應(yīng)答器被動發(fā)一個(gè)應(yīng)答（包含發(fā)送的數(shù)據(jù)和狀態(tài)）。 在軟件設(shè)計(jì)上必須讓單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)和 接收數(shù)據(jù)滿足 RI-R6C-001A 的通信要求。由單片機(jī)發(fā)給 RI-R6C-001A 的命令序列必須符合以下格式： S1 表示傳輸開始，長度為 1 位； CMD 表示命令字節(jié)，長度為 8 位或 1 位，8 位用于普通模式， 1 位用于寄存器模式； ES1 表示傳輸停止。命令字節(jié)：規(guī)定RI-R6C-001A 與應(yīng)答器通信時(shí)的有關(guān)參數(shù)，例如：支持的射頻協(xié)議，調(diào)制方式，調(diào)制深度，波特率等。普通模式在每次通信時(shí)命令序列中都要包含使用的有關(guān)參數(shù)，而寄存器模式命令序列中并不含這些參數(shù)，而是由預(yù)先寫入配置寄存器中的數(shù)值所決定；數(shù)據(jù)位是根據(jù)通信時(shí)的要 求定的，數(shù)據(jù)位的順序由 ISO15693-3 或者 Tag-it 協(xié)議所規(guī)定，具體采用哪一種射頻協(xié)議使閱讀器與應(yīng)答器通信由 CMD中指定， 因此數(shù)據(jù)位是任意的，且長短根據(jù)要求通信的信息而定。單片機(jī)的 SPI第 34 頁 共 71 頁 口正好能滿足這一要求。由于 SPI 口沒有開始和停止位，為了滿足 RI-R6C-001A開始和停止位的要求，起始位是通過在啟動 SPI 口之前直接用位操作指令先對DIN 置低，然后對 SCLOCK 置高，再把 DIN 置高從而表示開始接收數(shù)據(jù)的起始位，然后啟動 SPI 接口傳輸數(shù)據(jù)； 停止位是通過在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后把 SPI 口引腳變成通用的 I/O 引腳，用位操作指令先把 DIN、 SCLOCK 置高，再把 DIN 置低，表示傳輸數(shù)據(jù)結(jié)束。數(shù)據(jù)位： RI-R6C-001A 接收單片機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)時(shí)是在每個(gè)時(shí)鐘 SCLOCK 的上升沿鎖存數(shù)據(jù)，并且要求數(shù)據(jù)位的值必須被建立且SCLOCK 為高電平時(shí)數(shù)據(jù)保持不變，也就是說要求單片機(jī)在時(shí)鐘的下降沿送出數(shù)據(jù)，在時(shí)鐘的上升沿?cái)?shù)據(jù)是穩(wěn)定的，可供閱讀器對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，因此對控制器 SPI 口相關(guān)寄存器 SSPCON 和 SSPSTAT 進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置就可以滿足此要求。 數(shù)據(jù)傳送 單片機(jī)要接收 RI-R6C-001A 發(fā)過來的數(shù)據(jù)，首 先在時(shí)序上必須滿足RI-R6C-001A 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)序的要求。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，是在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿送出數(shù)據(jù)，在每個(gè)時(shí)鐘的下降沿?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定，因此單片機(jī)應(yīng)該在時(shí)鐘的下降沿采樣數(shù)據(jù)，這同樣可以通過設(shè)置 SSPCON 和 SSPSTAT 寄存器來實(shí)現(xiàn)。 時(shí)鐘切換 需要注意的是，當(dāng)單片機(jī)由發(fā)送轉(zhuǎn)換為接收過程中，它同時(shí)由主動轉(zhuǎn)化為被動，由發(fā)送時(shí)鐘轉(zhuǎn)換為接收時(shí)鐘，這里有時(shí)鐘切換問題，應(yīng)滿足時(shí)序圖關(guān)系。 由時(shí)序圖知當(dāng)單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù) ES1 結(jié)束后（在 a 時(shí)刻）把 SPI 用到的引腳設(shè)置為通用 I/O 引腳，要進(jìn)行時(shí)鐘的切換，在第 一個(gè) tran 期間，通過位操作指令先把 SCLOCK=0，再讓 DIN 引腳出現(xiàn)一個(gè)正脈沖（ b 時(shí)刻到 c 時(shí)刻），單片機(jī)就把時(shí)鐘控制權(quán)交給了 RI-R6C-001A， d 時(shí)刻表明在 RI-R6C-001A 控制 SCLOCK 的時(shí)間內(nèi) DIN 引腳為高電平，注意在閱讀器給單片機(jī)送數(shù)據(jù)時(shí)， DIN 引腳一直保持高電平，一旦它不再送數(shù)據(jù)，同時(shí)也不再送時(shí)鐘， 在編程時(shí)可以檢測單片機(jī)的時(shí)鐘輸入端是否由時(shí)鐘輸入，從而決定閱讀器是否還在給單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)閱讀器控制 SCLOCK 時(shí)，它將發(fā)送一個(gè) S2 對應(yīng)于應(yīng)答器發(fā)送過來的 SOF， 2bit數(shù)據(jù)和一個(gè) ES2 對應(yīng)于應(yīng)答器發(fā)送過來的 EOF。在第二個(gè) tran 期間可再次通過位操作指令讓 DIN 引腳上產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，此時(shí)單片機(jī)就收回了控制權(quán)，然后第 35 頁 共 71 頁 按第一次發(fā)數(shù)據(jù)的方式發(fā)數(shù)據(jù)。 在單片機(jī)接收 DOUT 引腳上數(shù)據(jù)的過程中，通過對單片機(jī)中與 SPI 接口有關(guān)的寄存器的設(shè)置，可以讓單片機(jī)在輸入的每位數(shù)據(jù)的有效時(shí)間中間采樣數(shù)據(jù)，這一設(shè)置正好與 RI-R6C-001A 輸出數(shù)據(jù)的時(shí)序相吻合，注意在每次時(shí)鐘切換的過程中， SCLOCK 都是為低電平的。 結(jié)束語 通過利用 PC 機(jī)，仿真器以及 MPLAB ICE 集成開發(fā)環(huán)境完成了軟件的調(diào)試，軟件的主要功能包括：從單片機(jī)發(fā)送符合 RI-R6C-001A 所要求的命令，數(shù)據(jù)。RI-R6C-001A 收到這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，加上 SOF 和 EOF 后，以請求的形式發(fā)送給應(yīng)答器，并接收應(yīng)答器以應(yīng)答的形式發(fā)來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后再通過輸出引腳DOUT 送給單片機(jī)，在編程時(shí)采用了模塊式的結(jié)構(gòu)，利用 PIC16F87X 匯編和 C語言進(jìn)行寫的程序。 該系統(tǒng)經(jīng)過測試，已經(jīng)可以使用，如果硬件和軟件設(shè)計(jì)合理，進(jìn)一步提高其可靠性和安全性，再加上成本低廉、讀寫電路簡單，應(yīng)用必然會更加廣泛。 4.3 射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備基本原理 射頻標(biāo) 簽讀寫設(shè)備是射頻識別系統(tǒng)的兩個(gè)重要組成部分（標(biāo)簽與讀寫器）之一。射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)功能的特點(diǎn)也有一些其他較為流行的別稱，如：閱讀器（ Reader），查詢器（ Interrogator），通信器（ Communicator），掃描器（ Scanner），讀寫器（ Reader and Writer），編程器（ Programmer），讀出裝置（ Reading Device），便攜式讀出器（ Portable Readout Device）， AEI 設(shè)備（ Automatic Equipment Identification Device）等。 通常情況下，射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備應(yīng)根據(jù)射頻標(biāo)簽的讀寫要求以及應(yīng)用需求情況來設(shè)計(jì)。隨著射頻識別技術(shù)的發(fā)展，射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備也形成了一些典型的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模式，本章的重點(diǎn)也在于介紹這種讀寫器的實(shí)現(xiàn)原理。 從最基本的原理角度出度，射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備一般均遵循如圖所示的基本模式。 讀寫器即對應(yīng)于射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備，讀寫設(shè)備與射頻標(biāo)簽之間必然通過空間信道實(shí)現(xiàn)讀寫器向射頻標(biāo)簽發(fā)送命令，射頻標(biāo)簽接收讀寫器的命令后做出必要的響應(yīng)，由此實(shí)現(xiàn)射頻識別。此外，在射頻識別應(yīng)用系統(tǒng)中，一般情況下，通過讀第 36 頁 共 71 頁 寫器實(shí)現(xiàn)的 對射頻標(biāo)簽數(shù)據(jù)的無接觸收集或由讀寫器向射頻標(biāo)簽中寫入的標(biāo)簽信息均要回送的應(yīng)用系統(tǒng)中或來自應(yīng)用系統(tǒng)，這就形成了射頻標(biāo)簽讀寫設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)程序之間的接口 API（ Application Program Interface）。一般情況下，要求讀寫器能夠接收來自應(yīng)用系統(tǒng)的命令，并且根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的命令或約定的協(xié)議作出相應(yīng)的響應(yīng)（回送收集到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)等）。 讀寫器本身從電路實(shí)現(xiàn)角度來說，又可劃分為兩大部分，即：射頻模塊（射頻通道）與基帶模塊。 射頻模塊實(shí)現(xiàn)的任務(wù)主要有兩項(xiàng)，第一項(xiàng)是實(shí)現(xiàn)將讀寫器欲發(fā)往射頻標(biāo)簽的命令調(diào)制（裝 載）到射頻信號（也稱為讀寫器 /射頻標(biāo)簽的射頻工作頻率）上，經(jīng)由發(fā)射天線發(fā)送出去。發(fā)送出去的射頻信號（可能包含有傳向標(biāo)簽的命令信息）經(jīng)過空間傳送（照射）到射頻標(biāo)簽上，射頻標(biāo)簽對照射的其上的射頻信號作出響應(yīng)，形成返回讀寫器天線的反射回波信號。射頻模塊的第二項(xiàng)任務(wù)即是實(shí)現(xiàn)將射頻標(biāo)簽反回到讀寫器的回波信號進(jìn)行必要的加工處理，并從中解調(diào)（卸載）提取出射頻標(biāo)簽回送的數(shù)據(jù)。 基帶模塊實(shí)現(xiàn)的任務(wù)也包含兩項(xiàng)，第一項(xiàng)是將讀寫器智能單元（通常為計(jì)算機(jī)單元 CPU 或 MPU）發(fā)出的命令加工（編碼）實(shí)現(xiàn)為便于調(diào)制（裝載）到射頻信號上的編 碼調(diào)制信號。第二項(xiàng)任務(wù)即是實(shí)現(xiàn)對經(jīng)過射頻模塊解調(diào)處理的標(biāo)簽回送數(shù)據(jù)信號進(jìn)行必要的處理（包含解碼），并將處理后的結(jié)果送入讀寫器智能單元。 一般情況下，讀寫器的智能單元也劃歸基帶模塊部分。智能單元從原理上來說，是讀寫器的控制核心，從實(shí)現(xiàn)角度來說，通常采用嵌入式 MPU，并通過編制相應(yīng)的 MPU 控制程序?qū)?shí)現(xiàn)收發(fā)信號實(shí)現(xiàn)智能處理以及與后終應(yīng)用程序之間的接口 API。 射頻模塊與基帶模塊的接口為調(diào)制（裝載） /解調(diào)（卸載），在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，通常射頻模塊包括調(diào)制 /解調(diào)部分，并且也包括解調(diào)之后對回波小信號的必要加工處理（如放大、 整形）等。射頻模塊的收發(fā)分離是采用單天線系統(tǒng)時(shí)射頻模塊必須處理好的一個(gè)關(guān)鍵問題。 4.4 EPCglobal 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn) RFID 數(shù)據(jù)交換 第 37 頁 共 71 頁 摘要 EPCglobal 希望明年能夠加速 RFID 在企業(yè)的應(yīng)用進(jìn)展，最為期望的是明年初用戶能夠通過基于 EPC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的軟硬件進(jìn)行信息交換。 EPCglobal 網(wǎng)絡(luò)是由射頻識別系統(tǒng)、現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)框架以及 EPC 編碼體系等結(jié)合而成。隨著 EPCglobal 進(jìn)行軟硬件標(biāo)準(zhǔn)研制以及供應(yīng)商生產(chǎn)適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品，最終在供應(yīng)鏈中用戶能夠交換基于 RFID 的產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息。 EPCglobal 批準(zhǔn)的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)范有 ALE(應(yīng)用層事件 )以及 UHF(超高頻 )第二代規(guī)范。這兩個(gè)規(guī)范都是在去年獲得批準(zhǔn)。 超高頻第二代標(biāo)簽，作為 EPC 標(biāo)簽和讀寫器之間的通信協(xié)議，由 60 家技術(shù)提供商、生產(chǎn)商以及零售企業(yè)聯(lián)合研制。據(jù) EPCglobal 官員以及業(yè)內(nèi)分析人員說，它是第一個(gè)不用顧慮讀寫器頻率或區(qū)域規(guī)則限制、能夠全球通用的芯片與讀寫器協(xié)議。 基礎(chǔ)框架提供商 VeriSign 公司承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工作。 EPCIS 是 EPCglobal 網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，將提供一個(gè)記錄所有 EPC 有關(guān)數(shù)據(jù)的中心 系統(tǒng)。該系統(tǒng)將能夠整合所有來自不同技術(shù)平臺的事件，隨著產(chǎn)品在供應(yīng)鏈上的移動，允許用戶進(jìn)行項(xiàng)目協(xié)作。 EPCglobal 網(wǎng)絡(luò)概念去年作為一種跟蹤傳送 EPC 數(shù)據(jù)的方式而引入。EPCglobal 官員介紹說，協(xié)調(diào) RFID 數(shù)據(jù)與基于 Web service 的技術(shù)，該網(wǎng)絡(luò)用于傳送供應(yīng)鏈中 RFID 標(biāo)識的貨物的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息。 EPCglobal 是一個(gè)非盈利組織，致力于推動 EPC 網(wǎng)絡(luò)的采用以及定義商品全球通信所必須的標(biāo)準(zhǔn)。 EPCglobal 網(wǎng)絡(luò)由 EPC 編碼， ID 系統(tǒng)， EPC 中間件，發(fā)現(xiàn)服務(wù)，以及 EPCIS（ EPC 信息服務(wù)）組成。 EPC 編碼是標(biāo)識供應(yīng)鏈中的一個(gè)貨物的唯一的號碼。 ID系統(tǒng)由 EPC 標(biāo)簽與讀寫器組成，這些硬件可由 EPC 認(rèn)證的眾多供應(yīng)商來提供。 同樣， EPC 中間件管理讀寫器實(shí)時(shí)讀取的事件，提供預(yù)警服務(wù)以及將基本的讀取數(shù)據(jù)輸入 EPCglobal 網(wǎng)絡(luò)。 EPC 中間可由許多中間件供應(yīng)商提供。 發(fā)現(xiàn)服務(wù)是一套組件，能夠確保用戶發(fā)現(xiàn) EPC 所標(biāo)識貨物的數(shù)據(jù)，隨后請求訪問該數(shù)據(jù)。 EPCIS 是一個(gè)平臺，能夠確保用戶通過 EPCglobal 網(wǎng)絡(luò)同貿(mào)易伙伴之間交換數(shù)據(jù)。 目前，采用標(biāo)簽標(biāo)識進(jìn)行交易或 銷售產(chǎn)品的公司并不是很多，而這是他們使第 38 頁 共 71 頁 用該網(wǎng)絡(luò)的必要條件。這也正是該網(wǎng)絡(luò)沒有得以利用的原因所在。 紐約 ABI Research 的有關(guān)分析人員 Sarah Shah 說， VeriSign 已經(jīng)完成了網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)；只是采用的公司并不是很多。 第五章 RFID 技術(shù)的應(yīng)用 5.1 RFID 技術(shù)的典型應(yīng)用 物流和供應(yīng)管理 生產(chǎn)制造和裝配 航空行李處理 郵件 /快運(yùn)包裹處理 文檔追蹤 /圖書館管理 動物身份標(biāo)識 運(yùn)動計(jì)時(shí) 門禁控制 /電子門票 道路自動收費(fèi) 5.2 零售商推崇 RFID 的原因 據(jù) Sanford C. Bernstein 公司的零售業(yè)分析師估計(jì)，通過采用 RFID，沃爾瑪每年可以節(jié)省 83.5 億美元，其中大部分是因?yàn)椴恍枰斯げ榭催M(jìn)貨的條碼而節(jié)省的勞動力成本。盡管另外一些分析師認(rèn)為 80 億美元這個(gè)數(shù)字過于樂觀，但毫無疑問， RFID 有助于解決零售業(yè)兩個(gè)最大的難題：商品斷貨和損耗（因盜竊和供應(yīng)鏈被攪亂而損失的產(chǎn)品），而現(xiàn)在單是盜竊一項(xiàng)，沃爾瑪一年的損失就差不多有 20 億美元，如果一家合法企業(yè)的營業(yè)額能達(dá)到這個(gè)數(shù)字，就可以在美國 1000家最大企業(yè)的排行榜中名列第 694 位。研究機(jī)構(gòu)估計(jì)，這種 RFID 技術(shù)能夠幫助把失竊和存貨水平降低 25%。 第 39 頁 共 71 頁 5.3 電子標(biāo)簽與電子標(biāo)簽庫存管理 摘要 電子標(biāo)簽是時(shí)下最為先進(jìn)的非接觸感應(yīng)技術(shù)，電子標(biāo)簽的防沖撞性、封裝任意性、使用壽命長、可重復(fù)利用等特點(diǎn)，使電子標(biāo)簽庫存管理技術(shù)成為庫存管理設(shè)計(jì)的新寵。 電子標(biāo)簽是時(shí)下最為先進(jìn)的非接觸感應(yīng)技術(shù)，自從 1998 年，美國德州儀器（ TI）和荷蘭菲利浦公司（ Philips）宣布開發(fā)出了一種廉價(jià)的非接觸感應(yīng)芯片，到了 2000 年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織已把這種非接觸感應(yīng)芯片寫入了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO15693。 因獨(dú)有的特 點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)正廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)、領(lǐng)域。 （一）電子標(biāo)簽的特點(diǎn)： 無源遠(yuǎn)距離讀寫：最大可達(dá) 1.2 米； 防沖撞技術(shù)：與條形碼相比，無須直線對準(zhǔn)掃描，讀寫速度快，可多目標(biāo)識別、運(yùn)動中識別，每秒最多同時(shí)識別 50 個(gè)。 國際通用的頻率： 13.56Mhz 7KHz 靈活的內(nèi)部存儲空間：廠家可以根據(jù)各自的需要定義各型號產(chǎn)品的存儲容量和每個(gè)扇區(qū)的字節(jié)數(shù)，而且讀寫設(shè)備可以讀取內(nèi)存配置信息，便于在一個(gè)綜合應(yīng)用中操作不同的標(biāo)簽產(chǎn)品。 國際統(tǒng)一且不重復(fù)的 8 字節(jié)（ 64bit）唯一識別內(nèi)碼（ Unique identifier，簡稱 UID），其中第 1-48bit 共 6 字節(jié)，為生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品編碼，第 49-56bit 的 1 個(gè)字節(jié)為廠商代碼（ ISO/IEC7816-6/AM1），最高字節(jié)固定為 EO。 可反復(fù)讀寫且扇區(qū)可以獨(dú)立一次鎖定，并能根據(jù)用戶需要鎖定重要信息；現(xiàn)有的產(chǎn)品一般采用 4 字節(jié)扇區(qū)，內(nèi)存從 512bit 2048bit 不等。 使用壽命長（ 10 年或讀寫 10 萬次），無機(jī)械磨損、無機(jī)械故障，可在惡劣環(huán)境下使用。（工作溫度： -25 度 +70 度） 柔性封裝 ，封裝多樣化：它的超薄和多種大小不一的外型，使他能封裝在紙張、塑膠制品（ PVC、 PET），可應(yīng)用于不同場合，也可再層壓制卡。 （二）在庫存管理中的應(yīng)用： 電子標(biāo)簽因?yàn)槠渚哂蟹罌_撞性、封裝任意性、使用壽命長、可重復(fù)利用等特點(diǎn)，適合應(yīng)用于現(xiàn)在科學(xué)的庫存管理系統(tǒng)中。 現(xiàn)在的庫存管理系統(tǒng)通常使用條第 40 頁 共 71 頁 碼標(biāo)簽或是人工庫存管理單據(jù)書寫等方式支持自有的庫存管理。但是條碼的易復(fù)制、不防污、不防潮等特點(diǎn)，還有人工書寫單據(jù)的煩瑣性，容易造成人為損失等無法避免的缺點(diǎn)，使得現(xiàn)在國內(nèi)的庫存管理供應(yīng)鏈?zhǔn)冀K存在著缺陷。隨著電 子標(biāo)簽這一最新科技產(chǎn)品的投入應(yīng)用，可以從根本上解決上述的問題。 將電子標(biāo)簽封成卡狀，貼在每個(gè)貨物的包裝上或托盤上，在標(biāo)簽中寫入貨物的具體資料、存放位置等信息。同時(shí)在貨物進(jìn)出倉庫時(shí)可寫入送達(dá)方的詳細(xì)資料，在倉庫和各經(jīng)銷管道設(shè)置固定式或手提式卡片閱讀機(jī)，以辨識、偵測貨物流通。用電子標(biāo)簽支持現(xiàn)今的庫存管理系統(tǒng)的優(yōu)勢在于： l 有效管理貨物裝箱作業(yè)。 (減少損失 ) l 信息收集自動化。 l 產(chǎn)品來源之核對。 l 每階段制程中產(chǎn)品品質(zhì)之稽核。 l 可更改電子標(biāo)簽上的資料 而無須更改產(chǎn)品包裝。 l 有效管理裝貨 (減少丟失 )。 l 自動化結(jié)果便能更有效品質(zhì)監(jiān)督。 l 可以全程跟蹤庫存貨物的物流情況，將損失和失誤降低到最低點(diǎn)。 （三）案例介紹： 2002 年 5 月 7 日，英國最大的零售商 Marks & Spencer 公司宣布采用Intellident 系統(tǒng)公司提供的美國德州儀器公司的 Tag-it 電子標(biāo)簽 替代原有的條碼標(biāo)簽去追蹤他們的 350 萬個(gè)循環(huán)使用的食品托盤及推車的冷凍食品供應(yīng)系統(tǒng) . 經(jīng)過 Marks & Spencer 公司對 TI 智能標(biāo)簽 的廣泛試驗(yàn)。 因其標(biāo)簽的可多個(gè)同時(shí)讀取的特性，使的讀取托盤的時(shí)間比使用條碼標(biāo)簽時(shí)減少了 80。 當(dāng)推車載有 25 個(gè)托盤通過入口時(shí)，使用電子標(biāo)簽讀取只需要 5 秒鐘，而且非常準(zhǔn)確可靠。而原先使用條碼時(shí)卻需要 29 秒鐘。 該系統(tǒng)將加快 Marks & Spencer 公司用可回收塑料托盤供應(yīng)食品的速度。超過 70%的 Marks & Spencer 公司客戶需要非?？焖俚奶峁┬迈r的肉類食品 象一些客戶在今天早上 6 點(diǎn)提出要求，第二天早上 7 點(diǎn) 30 分以前必須交貨。 電子標(biāo)簽追蹤的方式將給我們提供一個(gè)更快速高效 的管理過程，使我們能夠從生產(chǎn)到最終倉庫儲存中的一系列工序都進(jìn)行追蹤管理。 Marks and Spencer第 41 頁 共 71 頁 公司的 Keith Mahoney 先生說 這個(gè)項(xiàng)目的成功運(yùn)行將提高我們的供應(yīng)效率，縮減管理開銷，給我們提供了更多的時(shí)間去安排產(chǎn)品交貨和入庫。 Intellident 公司是一家專業(yè)從事運(yùn)用條碼和智能標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)追蹤的系統(tǒng)整合廠商，并一直為 Marks & Spencer 提供自動數(shù)據(jù)采集方案。 這個(gè)由 Intellident公司花費(fèi) 3 年時(shí)間建立的新的 RFID 系統(tǒng)來替代現(xiàn)在 Marks & Spencer 公司正在使用的條碼系統(tǒng)。提供了包括裝備大約 350 萬個(gè)托盤和相關(guān)的快速處理設(shè)備，TI 的無線感應(yīng)電子標(biāo)簽和配套的出入口設(shè)備及多功能手持讀取設(shè)備。通過手持設(shè)備將了解并管理每個(gè)托盤上附帶的電子標(biāo)簽上的 2 年半內(nèi)的使用資料。Intellident 公司同樣設(shè)計(jì)了可同時(shí)讀取多個(gè)電子標(biāo)簽的讀寫設(shè)備，以讀取貨盤和推車上全部的托盤。而且這種無線感應(yīng)讀取方式比原有的條碼讀取方式更加快速準(zhǔn)確。 正如 Intellident 公司的總裁 Jim Hopwood 先生所說 , 在這個(gè)應(yīng)用中，我們之所以采用 TI 的 Tag-it 電子標(biāo)簽 ，是因?yàn)?TI 公司是第一個(gè)提供完全符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO15693 標(biāo)準(zhǔn)的廠商。 RFID 其他的優(yōu)勢包括：快速、更準(zhǔn)確的讀取和數(shù)據(jù)采集、多個(gè)物體同時(shí)讀取、標(biāo)簽的低成本和更方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理的特點(diǎn)。電子標(biāo)簽和條碼一樣可以貼附在物體上，而且可以重復(fù)使用，不像條碼只能使用一次。 Marks & Spencer 統(tǒng)計(jì)的年度預(yù)算中顯示電子標(biāo)簽將會比條碼系統(tǒng)節(jié)省 10的花費(fèi)。 這種電子標(biāo)簽，目前在國內(nèi)已廣泛的應(yīng)用到人員身份識別、校園一卡通、出租車防偽營運(yùn)證、物流等領(lǐng)域。在國外，更是被廣泛的應(yīng)用到航空包裹管理、檔案圖書管理、人員 識別系統(tǒng)、加油站系統(tǒng)、物品管理、醫(yī)療系統(tǒng)看護(hù)管理、物流系統(tǒng)、電子票證等各行各業(yè)，各個(gè)系統(tǒng)中。 5.4 RFID 在食品醫(yī)藥等重要市場的最新發(fā)展 摘要 RFID 技術(shù)的新發(fā)展包括長距離非 UHF 標(biāo)簽，可以適用于比較難處理基材的 RFID 設(shè)備和能抵抗滅菌過程的 RFID 標(biāo)簽。本文將會告訴您對于食品、醫(yī)藥和其他重要市場來說，這些都意味著什么。 眾所周知的是，在大多數(shù)國家對無線頻率進(jìn)行管制的情況下， RFID 無法在超過 1 米的范圍之外發(fā)揮作用，除非使用 UHF（超高頻，即 900MHz 左右的免第 42 頁 共 71 頁 許可頻率）。 如果在 RFID 標(biāo)簽中裝上電池的話，那更長距離的讀寫范圍也是可以實(shí)現(xiàn)的，對于車輛來說，這也是可行的方案。然而，這些所謂的主動標(biāo)簽的使用壽命有限，比較昂貴，它們的尺寸相對而言也比較大，并且有更多可能會發(fā)生錯(cuò)誤的部件。因此按照美國及歐洲領(lǐng)先的零售商們和美國軍方的要求， UHF 被動式標(biāo)簽被作為食品和其他產(chǎn)品的包裝箱及貨盤標(biāo)準(zhǔn)化 RFID 標(biāo)簽。 UHF RFID 并不適合于所有的食品應(yīng)用場合 然而，盡管 UHF RFID 的性能還不錯(cuò)（實(shí)際上它已開始被用作奶牛的耳掛式跟蹤標(biāo)簽），但是如果在附近有水或金屬的環(huán) 境，它的結(jié)果可能就難以預(yù)測了。就像香港機(jī)場（使用此種標(biāo)簽跟蹤行李）和德國零售商 Metro（在食品上使用此種標(biāo)簽）所發(fā)現(xiàn)的那樣：有時(shí)因?yàn)樗蚪饘俚目拷鼤l(fā)生無法讀取的情況。而另外有些時(shí)候，卻會在 50 米之外發(fā)生出人意料、令人惱火的讀取現(xiàn)象，使得讀取器對所要讀取的標(biāo)簽發(fā)生混淆。在歐洲，軍方和其他即得利益集團(tuán)也在阻止 UHF無線規(guī)范制定者批準(zhǔn)更高的功率和帶寬，這極大地限制了貨盤和食品包裝箱上閱讀器之間接口的范圍和控制。業(yè)界很快就會對 UHF 系統(tǒng)進(jìn)行提高，但是傳統(tǒng)的HF（高頻， 13.56MHz）和微波（ 2.45GHz）系 統(tǒng)最近所實(shí)現(xiàn)的大幅提高使得它們具有更大的讀取距離，也更加適用于追蹤類的應(yīng)用場合。 這些提高包括： 帶有密碼保護(hù)功能的 HF 標(biāo)簽的讀取距離更加具有可控性，與 UHF 標(biāo)簽相比對水和金屬的耐受度也更高。主要的零售商都要求帶有密碼保護(hù)功能的讀寫標(biāo)簽，而只有使用了 EPC 標(biāo)準(zhǔn)的 UHF 標(biāo)簽才具有此功能。 采用了新方法來擴(kuò)展 HF RFID 標(biāo)簽的讀取距離，有時(shí)可以擴(kuò)展到 10 米。 用表面聲波芯片代替 RFID 標(biāo)簽中的硅芯片。這些表面聲波芯片沒有電壓范圍的限制，它們無需另外的傳感器就可感應(yīng)溫 度，并且也更加容易制造。 帶密碼保護(hù)的 HF 標(biāo)簽 Texas Instruments 公司最近發(fā)布了一款帶有密碼保護(hù)功能與標(biāo)準(zhǔn)寫入機(jī)制的HF 標(biāo)簽和一種具有嚴(yán)格質(zhì)量控制規(guī)定的生產(chǎn)工藝，另外它還提供了一種針對醫(yī)藥標(biāo)簽（與食品也是相關(guān)的）的獨(dú)特的解決方案。 這有助于解決醫(yī)藥供應(yīng)鏈的另一個(gè)問題：隱私性。與零售業(yè)和快速消費(fèi)品有著極大的不同，醫(yī)藥業(yè)已達(dá)成一種共識：那就是藥品標(biāo)簽在被消費(fèi)者購買后也不第 43 頁 共 71 頁 應(yīng)該失去作用。實(shí)際上，雀巢公司以及其他食品公司也都說使之失效既不可行，也沒有必要。在藥品上采用 RFID 標(biāo)簽的關(guān)鍵的潛在好處之一是能夠大幅提高召回過程的效率，這種召回過程會要求被退回的藥瓶標(biāo)簽上要保留識別信息。當(dāng)然，這樣所帶來的問題是如果不使標(biāo)簽失效，那么消費(fèi)者的隱私可能就會受到影響。醫(yī)藥處方可能是非常敏感的個(gè)人信息，消費(fèi)者不會希望當(dāng)他們離開藥店時(shí)，也許發(fā)生黑客竊取他們所購買的藥品名稱的情況。 帶有密碼保護(hù)的寫入功能提供了一種解決辦法。在整個(gè)供應(yīng)鏈的所有環(huán)節(jié)中醫(yī)藥的產(chǎn)品信息和序列號都會被存儲在標(biāo)簽上，直到藥瓶到達(dá)藥店為止。在藥店中，產(chǎn)品信息會被完全刪去，但序列號仍然保留。因此，即使一個(gè)黑客成功地 讀取了標(biāo)簽，他只能得到一些序列號，但無法知道這些藥品具體是什么名稱。并且，當(dāng)發(fā)生召回時(shí)，消費(fèi)者可以將帶有標(biāo)簽的藥瓶退回給藥店，然后藥瓶標(biāo)簽的序列號會進(jìn)入到系統(tǒng)中，并找到其所代表的產(chǎn)品信息，從而可以確定它是否應(yīng)被召回。最終，超市中單個(gè)食品級的標(biāo)簽也需要在被購買后仍能一直保持有效。 IDTechEx公司認(rèn)為在藥品標(biāo)簽被購買后仍保持有效所帶來的潛在好處和回報(bào)包括：更好的召回效果，減少了錯(cuò)誤以及方便對消費(fèi)者進(jìn)行抽獎(jiǎng)等。 更長讀取距離的 HF RFID 冰島漁業(yè)公司成功地在水分較多的魚產(chǎn)品貨盤和包裝箱 上試用了 HF RFID標(biāo)簽，因?yàn)樵谶@種場合下 UHF 標(biāo)簽難以發(fā)揮作用。但是普通信用卡大小的 HF標(biāo)簽的讀取距離只有 1 米，公司希望這個(gè)距離能更長一些。那些認(rèn)為 HF 系統(tǒng)的整體成本應(yīng)該更低的人甚至認(rèn)為應(yīng)該是兩米。例如，與 UHF 的情況相反， HF標(biāo)簽不需大量的版稅，并且市場上已被制造的 HF 標(biāo)簽是 UHF 的十倍之多，具有一定的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。當(dāng)然， UHF 的數(shù)量也在迅速增加。 實(shí)現(xiàn) HF 更長的讀取距離 不需要很大的標(biāo)簽和讀取器，有許多方法可以實(shí)現(xiàn) HF 更長的讀取距離。Metro 是世界最大的超級市場連鎖品牌之一，他們希 望如果可能的話，能在單個(gè)產(chǎn)品級別的標(biāo)簽上使用同一種頻率和標(biāo)準(zhǔn)。對于短距離的智能貨架來說， HF 看起來是最好的辦法，因?yàn)樵诙叹嚯x時(shí)它的標(biāo)簽最小，而且也是可控的（你可以清楚地知道你正在獲得的讀取距離），因此就不會發(fā)生產(chǎn)品相互混淆的問題。而UHF 標(biāo)簽可能就不太合適，對于小尺寸的食品來說，它也太大了。對于大型的第 44 頁 共 71 頁 產(chǎn)品， Metro 的方法是不把 HF 標(biāo)簽做得很大，而是采用有些像商店里的防盜底座一樣的大型問詢式天線。日本的 Maruetsu 公司在其食品連鎖店中也采用了類似的方法。 大尺寸標(biāo)簽 有些公司采用了大 尺寸 HF 標(biāo)簽和更加合適的問詢器。例如，在最近的試驗(yàn)中， DHL 公司的快遞標(biāo)簽就蓋住了整個(gè)包裝。這種由 Denstron 公司所提供的試驗(yàn)是成功的，該公司因此收到了價(jià)值 10 億美元的競標(biāo)邀請，這使得 UHF 貨盤 /包裝箱標(biāo)簽相形見絀。這種方案符合 EPC/ISO 標(biāo)準(zhǔn)。（有一個(gè)傳說是你無法用HF 制造出符合 ISO 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽，而 ASK 和其他公司令人欣喜地推出了這種產(chǎn)品）。具有兩米讀取距離的大尺寸 HF 標(biāo)簽并不是新想法，例如，芬蘭的 UPM Rafsec 公司很早就提供了用于貼在馬拉松選手胸前的 A5 紙張大小的大尺寸 HF標(biāo)簽。日本 Miyake 公司早已把大量 A5 大小的大尺寸 HF 標(biāo)簽應(yīng)用在管道上，這些標(biāo)簽采用了大約 13.56MHz 的頻率，可以穿透兩米厚的土層。 針對長距離的更小 HF 標(biāo)簽 然而，這些 大天線 方案是需要較高生產(chǎn)能力的，而在卷對卷的生產(chǎn)過程中這種生產(chǎn)的空間是有限的。因此其他的方法也讓人感興趣。例如，法國的PYGMALYON 公司的電子業(yè)務(wù)子公司 DAG 系統(tǒng)公司從 1998 年以來就在開發(fā)和制造 RFID 系統(tǒng)。已擁有幾項(xiàng)專利的 PYGMALYON 公司目前已開發(fā)出了一種使用 13.56MHz 頻率的 無限制 檢測的獨(dú)特技術(shù)，該公司稱 通過大范圍立體信號，這項(xiàng)技術(shù)的檢測距離可達(dá) 10 米，而 UHF 技術(shù)的信號通常是束狀的，容易產(chǎn)生盲點(diǎn)。這種技術(shù)配有的天線能檢測 60 立方米范圍內(nèi)的標(biāo)簽，它最早是為了體育比賽而開發(fā)的。例如，它曾被用在羅馬的馬拉松比賽中。 目前，幾米讀取距離的 DAG 標(biāo)簽還是比較大的，但其他的公司開發(fā)了所謂的碎片形天線，以減小針對某一特定讀取距離的應(yīng)用場合中的標(biāo)簽尺寸。能量獲取技術(shù)也有助于減少標(biāo)簽的尺寸。上面所說的這些標(biāo)簽在遇到食品所帶有的水分時(shí)，都不會產(chǎn)生任何問題。 第 45 頁 共 71 頁 第六章 行業(yè)信息 6.1 富士通發(fā)布配備 FRAM 的無源 型 UHF 頻帶無線標(biāo)簽系統(tǒng) 摘要 富士通日前發(fā)表了配備 FRAM 的無源型 UHF 頻帶無線標(biāo)簽系統(tǒng)的技術(shù)詳情。解決了 FRAM 應(yīng)用于使用 UHF 頻帶的無線標(biāo)簽中的若干問題，比如采用 電流檢測 方式、通過電流值來讀取信號。 富士通在正于美國舉行的 ISSCC 2006 上發(fā)表了配備 FRAM 的無源型 UHF頻帶無線標(biāo)簽系統(tǒng)的技術(shù)詳情（演講序號： 17.2）。雖然 FRAM 已經(jīng)應(yīng)用于使用13.56MHz 頻帶的無線標(biāo)簽中，但 UHF 頻帶還存在若干問題沒有解決。此次通過采用面向無線標(biāo)簽的新技術(shù)解決了這些問題，比如采 用 電流檢測 方式、通過電流值來讀取信號。 通過電流檢測確保直線性 與作為非揮發(fā)性內(nèi)存廣泛使用的 EEPROM 相比， FRAM 的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)寫入時(shí)的電壓低、寫入速度快。因此利用 13.56 頻帶的無線標(biāo)簽大多使用 FRAM。據(jù)富士通稱，目前 已經(jīng)供貨 3 億個(gè) FRAM。不過，要在通信距離大大延長的UHF 無線標(biāo)簽上使用 FRAM，就需要解決幾個(gè)問題。分別是（ 1）過近距離的通信不暢；（ 2）如果用 CMOS 技術(shù)加工標(biāo)簽中的整流電路的話，轉(zhuǎn)換效率就會過低、無法確保足夠的通信距離。 （ 1）的原因是使用 FRAM 的無線標(biāo) 簽用的 IC 的耐壓低。耐壓低的話，為防止標(biāo)簽接收到較大電信號，就需要保護(hù)電路。這樣，就很難保證相對于接收電信號的電源電壓的直線性和動態(tài)范圍（圖 1）。一般情況下，電子電路中傳送的 0、1的信息都通過 電壓檢測 這一基于電壓高低的方式來識別。當(dāng)無線標(biāo)簽的接收電壓太大時(shí)，也就是說通信距離太小時(shí)，相對于電力的變化幅度而言，電壓的變化幅度也非常之小，從而導(dǎo)致信號無法識別。 第 46 頁 共 71 頁 圖 1：電壓的直線性較低，難以進(jìn)行近距離通信。 圖 2：電壓保持一定，以電流強(qiáng)弱來檢測信號。 對于這一問題，富士通的解決辦法是：強(qiáng) 化保護(hù)電路、保持電源電壓幾乎不變，然后通過信號識別來檢測電流（圖 2）。電流檢測就是電流的強(qiáng)弱分別代表0和 1，以此來交換信息。 在無線標(biāo)簽上采用目前世界上尚無先例 （富士通）。第 47 頁 共 71 頁 如果電壓保持一定的話，電流對電力的變化就會表現(xiàn)出較好的直線性和較大的動態(tài)范圍。 這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：不僅近距離通信容易實(shí)現(xiàn)，而且通信時(shí)的振幅調(diào)制中，振幅的高低差也可以控制在較小的范圍。如果振幅高低差比較小的話，在數(shù)據(jù)傳輸速度一樣的情況下，電波所占的頻帶寬度就會小一些。 通過 CMOS 實(shí)現(xiàn)低閥值整流電路 （ 2）中的 CMOS 技術(shù)引起的整流電路效率低的問題，富士通在 2005 年 2 月ISSCC 上東芝發(fā)表的 閥值消除 技術(shù)的基礎(chǔ)上加以解決。無線標(biāo)簽用 IC 的整流電路的作用是：不浪費(fèi)接收電波的電力，并使用于從無線標(biāo)簽到讀寫器的信號傳輸。因此，如果整流電路的轉(zhuǎn)換效率降低的話，無線標(biāo)簽的通信距離也將縮短。 此次富士通將本來面向有源無線標(biāo)簽開發(fā)的閥值消除技術(shù)用到了沒有電源的無源無線標(biāo)簽上。為了實(shí)現(xiàn)很小的電力也能工作，開發(fā)出了將寄生容量等減至最小的電路結(jié)構(gòu)。 東芝只使用了 nMOS 二極管，而我們還使用了 pMOS（富士通系統(tǒng) LSI 開發(fā)研究所泛在 研究中心主任研究員桝井升一）。 這樣，在保持低閥值的同時(shí)，使用 0.35 m 規(guī)格的 CMOS 技術(shù)加工出了整流電路。整流電路的轉(zhuǎn)換效率方面， 4m 距離通信時(shí)高達(dá) 36.6。此次試制的無線標(biāo)簽在寫入時(shí)，通信距離可達(dá) 4.3m。 使 CMOS 技術(shù)的使用成為可能，而且制造成本也大大降低