RFID標簽知識

1、不同頻率RFID標簽的對比目前所定義RFID產(chǎn)品的工作頻率有低頻(LF)、高頻(HF)和甚高頻(UHF)的頻率范圍內(nèi)的，并且符合不同標準的不同的產(chǎn)品。不同頻段的RFID產(chǎn)品和系統(tǒng)會有不同的特性。所以基于本應用我們對各頻段進行分析。低頻(從125KHz到134KHz)RFID技術首先是在低頻得到廣泛的應用和推廣。 該頻率主要是通過電感耦合的方式進行工作，也就是在讀寫器線圈和感應器線圈間存在著變壓器耦合作用。通過讀寫器交變場的作用在感應器天線中感應的電壓被整流，可作供電電源供標簽使用。磁場區(qū)域能夠很好的被定義，但是場強下降得太快。所以讀寫距離受到影響。低頻RFID的特性有：工作在低頻的感應器的一般

2、工作頻率從120KHz到134KHz。該頻段的波長大約為2500m.除了金屬材料影響外，一般低頻能夠穿過任意材料的物品而不降低它的讀取距離。因此傳輸特性較好。工作在低頻的讀寫器在全球沒有任何特殊的無線電許可限制。低頻產(chǎn)品有不同的封裝形式。好的封裝形式雖然價格昂貴，但是具有10年以上的使用壽命或者能夠工作在惡劣的環(huán)境中。雖然該頻率的磁場區(qū)域下降很快，但是能夠產(chǎn)生相對均勻的讀寫區(qū)域。相對于其他頻段的RFID產(chǎn)品，該頻段數(shù)據(jù)傳輸速率比較慢。低頻感應器的價格相對與其他頻段來說要貴?；谝陨咸攸c，LFRFID的主要應用領域是：畜牧業(yè)的管理和動物標識系統(tǒng)汽車防盜和無鑰匙開門系統(tǒng)的應用體育比賽計時系統(tǒng)的應用

3、自動停車場收費和車輛管理系統(tǒng)自動加油系統(tǒng)的應用酒店門鎖系統(tǒng)的應用門禁和安全管理系統(tǒng)主要符合的國際標準有:ISO11785RFIDISO14223-1ISO14223-2RFIDISO18000-2定義低頻的物理層、 防沖撞和通訊協(xié)議主要是歐洲對垃圾管理應用定義的標準？高頻（工作頻率為13.56MHz）在該頻率工作的感應器不再需要線圈進行繞制，可以通過腐蝕印刷的方式制作天線。感應器一般通過負載調制的方式的方式進行工作。也就是通過感應器上的負載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化，實現(xiàn)用遠距離感應器對天線電壓進行振幅調制。如果人們通過數(shù)據(jù)控制負載電壓的接通和斷開，那么這些數(shù)據(jù)就能夠從感應

4、器傳輸?shù)阶x寫器。高頻RFID的主要特性：工作頻率為13.56MHz，該頻率的波長大概為22m。除了金屬材料外，該頻率的波長可以穿過大多數(shù)的材料，但是往往會降低讀取距離。感應器需要離開金屬一段距離。該頻段在全球都得到認可并沒有特殊的許可限制。感應器一般以電子標簽的形式存在，方便使用。雖然該頻率的磁場區(qū)域下降很快，但是能夠產(chǎn)生相對均勻的讀寫區(qū)域。該系統(tǒng)具有防沖撞特性，可以同時讀取多個電子標簽?？梢园涯承?shù)據(jù)信息寫入標簽中。數(shù)據(jù)傳輸速率比低頻要快，價格不是很貴?；谝陨咸匦裕哳l主要應用有：1 .圖書管理系統(tǒng)的應用2 .瓦斯鋼瓶的管理應用3 .服裝生產(chǎn)線和物流系統(tǒng)的管理和應用4 .三表預收費系統(tǒng)5

5、.酒店門鎖的管理和應用6 .大型會議人員通道系統(tǒng)7 .固定資產(chǎn)的管理系統(tǒng)8 .醫(yī)藥物流系統(tǒng)的管理和應用9 .智能貨架的管理符合的國際標準：ISO/IEC14443近耦合IC卡，最大的讀取距離為10cm.ISO/IEC15693疏耦合IC卡，最大的讀取距離為1m.ISO/IEC18000-3該標準定義了13.56MHz系統(tǒng)的物理層，防沖撞算法和通訊協(xié)議。13.56MHzISMBandClass1定義13.56MHz符合EPC的接口定義。超高頻（工作頻率為860MHz到960MHz之間）甚高頻系統(tǒng)通過電場來傳輸能量。電場的能量下降的不是很快，但是讀取的區(qū)域不是很好進行定義。該頻段讀取距離比較遠，無

6、源可達10m左右。主要是通過電容耦合的方式進行實現(xiàn)。因此該頻段的RFID具有以下特性：在該頻段，全球的定義不是很相同-歐洲和部分亞洲定義的頻率為868MHz，北美定義的頻段為902至U905MHz之間，在日本建議的頻段為950到956之間。該頻段的波長大概為30cm左右。目前國內(nèi)的頻段沒有明確的劃分，相關國家標準還未出臺。其中還包括對發(fā)射功率和其他相關指標，數(shù)據(jù)和傳輸接口等的定義。甚高頻頻段的電波不能通過許多材料，特別是水，灰塵，霧等懸浮顆粒物資。相對于高頻的電子標簽來說，該頻段的電子標簽不需要和金屬分開來。電子標簽的天線一般是長條和標簽狀。天線有線性和圓極化兩種設計，滿足不同應用的需求。5

7、.該頻段有好的讀取距離， 但是對讀取區(qū)域很難進行定義。 需要對天線布置進行配合。6.有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，在很短的時間可以讀取大量的電子標簽基于以上特性，本頻段的主要應用有：?供應鏈上的管理和應用？生產(chǎn)線自動化的管理和應用？航空包裹的管理和應用？集裝箱的管理和應用？鐵路包裹的管理和應用？后勤管理系統(tǒng)的應用符合的國際標準：a) ISO/IEC18000-6定義了甚高頻的物理層和通訊協(xié)議；空氣接口定義了TypeA和TypeB兩部分；支持可讀和可寫操作。b)EPCglobal定義了電子物品編碼的結構和甚高頻的空氣接口以及通訊的協(xié)議。例如：Class0,Class1,UHFGen2c)Ubiquito

8、usID日本的組織，定義了UID編碼結構和通信管理協(xié)議。如何選擇RFID射頻識別技術頻率射頻識別(radiofrequencyidentification,以下簡稱RFID)是一種將數(shù)據(jù)存儲在電子數(shù)據(jù)載體(如集成電路)上，并通過磁場或電磁場以無線方式進行應答器/標簽(Transponder/Tag)和詢問器/讀寫器(Interrogator/Reader)之間雙向通信， 從而達到識別目的并交換數(shù)據(jù)的新興技術該技術能實現(xiàn)多目標識別和運動目標識別；具有抗惡劣環(huán)境、高準確性、安全性、靈活性和可擴展性等諸多優(yōu)點；便于通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品跟蹤和物流管理，因而受到廣泛的關注。因此，RFID被公認為本世紀最有

9、發(fā)展前途的10項技術之一。RFID系統(tǒng)實事上已經(jīng)存在和發(fā)展了幾十年， 從供電狀態(tài)來看可以分為“有源”和“無源”兩大類；從工作頻率來看，可以分為低頻(125KHz135KHz)扃頻(13.56MHz),超高頻，微波(2.45GHz,5.8GHz)等幾大類。不同的射頻識別系統(tǒng)的硬件價格差別是巨大的，而系統(tǒng)本身的特性也各不相同，系統(tǒng)的成熟度也有所不同。很多問題，甚至連業(yè)內(nèi)人員也不能輕易給出一個明確的解答因此用戶在選擇射頻識別技術的時候常常覺得無所適從。筆者結合自身的開發(fā)和應用經(jīng)驗，同時在參考了相關的應用資料和技術數(shù)據(jù)基礎上，力圖通過本文給讀者一個較為全面和客觀的認識，希望能夠給用戶在選擇合適頻率的射

10、頻識別系統(tǒng)時提供一些幫助。2不同頻段RFID技術特性簡述2.1低頻(LowFrequency):使用的頻段范圍為10KHz1MHz,常見的主要規(guī)格有125KHz135KHz等。 一般這個頻段的電子標簽都是被動式的，通過電感耦合方式進行能量供應和數(shù)據(jù)傳輸。低頻的最大的優(yōu)點在于其標簽靠近金屬或液體的物品上時標簽受到的影響較小，同時低頻系統(tǒng)非常成熟，讀寫設備的價格低廉。但缺點是讀取距離短、無法同時進行多標簽讀取(抗沖突)以及信息量較低，一般的存儲容量在128位到512位。主要應用于門禁系統(tǒng)、動物芯片、汽車防盜器和玩具等。雖然低頻系統(tǒng)成熟，讀寫設備價格低廉，但是由于其諧振頻率低，標簽需要制作電感值很大

11、的繞線電感，并常常需要封裝片外諧振電容，其標簽的成本反而比其他頻段高。2.2高頻(HighFrequency):使用的頻段范圍為1MHz400MHz常見的主要規(guī)格為13.56MHz這個ISM頻段。 這個頻段的標簽還是以被動式為主，也是通過電感耦合方式進行能量供應和數(shù)據(jù)傳輸。這個頻段中最大的應用就是我們所熟知的非接觸式智能卡。和低頻相較，其傳輸速度較快，通常在100kbps以上，且可進行多標簽辨識(各個國際標準都有成熟的抗沖突機制)。該頻段的系統(tǒng)得益于非接觸式智能卡的應用和普及，系統(tǒng)也比較成熟，讀寫設備的價格較低。產(chǎn)品最豐富，存儲容量從128位到8K以上字節(jié)都有，而且可以支持很高的安全特性，從最

12、簡單的寫鎖定，到流加密，甚至是加密協(xié)處理器都有集成。一般應用于身份識別、圖書館管理、產(chǎn)品管理等。安全性要求較高的RFID應用，目前該頻段是唯一選擇。2.3超高頻(UltraHighFrequency):使用的頻段范圍為400MHz1GHz常見的主要規(guī)格有433MHz868950MHz這個頻段通過電磁波方式進行能量和信息的傳輸。主動式和被動式的應用在這個頻段都很常見，被動式標簽讀取距離約310m傳輸速率較快，一般也可以達到100kbps左右， 而且因為天線可采用蝕刻或印刷的方式制造， 因此成本相對較低。 由于讀取距離較遠、信息傳輸速率較快，而且可以同時進行大數(shù)量標簽的讀取與辨識，因此特別適用于物

13、流和供應鏈管理等領域。但是，這個頻段的缺點是在金屬與液體的物品上的應用較不理想同時系統(tǒng)還不成熟，讀寫設備的價格非常昂貴，應用和維護的成本也很高。止匕外，該頻段的安全性特性一般，不適合安全性要求高的應用領域。2.4微波(Microwave):使用的頻段范圍為1GHz以上，常見的規(guī)格有2.45GHz、5.8GHz。微波頻段的特性與應用和超高頻段相似，讀取距離約為2公尺，但是對于環(huán)境的敏感性較圖。由于其頻率圖于超圖頻，標簽的尺寸可以做得比超圖頻更小，但水對該頻段信號的衰減較超高頻更高，同時工作距離也比超高頻更小。一般應用于行李追蹤、物品管理、供應鏈管理，等。2.5根據(jù)應用選擇合適頻段的射頻識別技術前

14、一部分中，我們已經(jīng)簡要介紹了各個頻段的射頻識別技術的特點。這一部分中我們將重點說明如何來選擇合適的射頻識別技術。第一，一個射頻識別系統(tǒng)的成本，包含硬件成本、軟件成本和集成成本等。而硬件成本不僅僅包括讀寫器和標簽的成本，還包括安裝成本。很多時候，應用和數(shù)據(jù)管理軟件和集成是整個應用的主要成本。如果從成本出發(fā)考慮，一定要根據(jù)系統(tǒng)的整體成本進行，而不僅僅局限于硬件，如標簽的價格。這里，我們不進一步討論和分析這部分的問題，但讀者需要對此有一個了解和認識。下面我們主要討論從技術層面來看，如何選擇合適的頻段。第二，我們知道，即使是在同一個頻段內(nèi)的射頻識別系統(tǒng)，其通信距離也是差異很大的。因為通信距離通常依賴于

15、天線設計、讀寫器輸出功率、標簽芯片功耗和讀寫器接收靈敏度等等。我們不能夠簡單地認為某一個頻段的射頻識別系統(tǒng)的工作距離大于另一個頻段的射頻識別系統(tǒng)。第三，雖然理想的射頻識別系統(tǒng)是長工作距離，高傳輸速率和低功耗的。然而，現(xiàn)實的情況下這種理想的射頻系統(tǒng)是不存在的，高的數(shù)據(jù)傳輸率只能在相對較近的距離下實現(xiàn)。反之，如果要提高通信距離，就需要降低數(shù)據(jù)傳輸率。所以我們?nèi)绻x用通信距離遠的射頻識別技術，就必須犧牲通信速率。選擇頻段的過程常常是一種折中的過程。第四， 除了考慮通信距離以外， 在我們選擇一個射頻系統(tǒng)時， 通常還要考慮存儲器容量、安全特性等因素。根據(jù)這些應用需求，才能夠確定適合的射頻識別頻段和解決

16、方案。從現(xiàn)有的解決方案來看，超高頻和微波射頻識別系統(tǒng)的操作距離最大（可以達到3到10米），并具有較快的通信速率，但是為了降低標簽芯片的功耗和復雜度，并不實現(xiàn)復雜的安全機制，僅限于寫鎖定和密碼保護等簡單安全機制。而且，該頻段的電磁波能量在水中衰減嚴重，所以對于品M蹤動物（體內(nèi)含超過50%的水）、含有液體的藥品等是不合適的。低頻和高頻系統(tǒng)的讀寫距離較小，通常不超過一米。高頻頻段為技術成熟的非接觸式智能卡采用，非接觸式智能卡能夠支持大的存儲器容量和復雜的安全算法。如前所述，囿于通信速率和安全性需求，非接觸式智能卡的工作距離一般在10cm左右。高頻頻段中的ISO15693規(guī)范通過降低通信速率使通信距離

17、加大，通過大尺寸天線和大功率讀寫器，工作距離可以達到1米以上。低頻頻段由于載波頻率低，比高頻13.56MHz低100倍以上，因此通信速率最低，而且通常不支持多標簽的讀取。3案例分析3.1動物跟蹤管理動物跟蹤和管理傳統(tǒng)上是采用低頻頻段的射頻識別技術，并且有國際規(guī)范規(guī)范編碼及空間信號接口，相應的國際規(guī)范分別為ISO11784和ISO11785。由于高頻和低頻的射頻識別技術各有優(yōu)缺點，所以現(xiàn)在國際上關于動物跟蹤管理的頻段也存在著爭論。支持采用低頻技術方案的理由主要有：(1)事實上存在的國際規(guī)范，兼容性要求。(2)如果采用單天線的解決方案，通常低頻系統(tǒng)比高頻系統(tǒng)的讀寫距離要大20%到30%。因為低頻系

18、統(tǒng)的數(shù)據(jù)率低，所以標簽芯片的功耗可以做到微瓦以下。(3)雖然低頻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率低，但是鑒于其信號的強壯性，在實際應用中讀取效率并不低。(4)低頻系統(tǒng)可以穿透動物組織，是植入式的電子標簽唯一的頻率選擇。而支持高頻技術方案的理由主要有：(1)國際標準ISO11784的動物編碼方式完全可以實現(xiàn)在高頻和超高頻頻段的解決方案中，在應用和系統(tǒng)的層面看來并不存在區(qū)別。(2)由于頻率差異，低頻標簽需要繞制繞線電感來構成標簽天線，制作標簽的成本要高于高頻標簽。高頻標簽對于信用卡大小的尺寸來說，通常只須繞制3圈左右，而且可以采用低成本的印刷工藝。高頻標簽的整體成本更低。這一點是公認的事實。(3)如果實現(xiàn)合理，

19、高頻系統(tǒng)也能夠取得和低頻系統(tǒng)相當?shù)淖x寫距離。而且高頻讀寫器可以通過門式天線來控制作用范圍，利于準確而快速地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。(4)完備的抗沖突機制，可以快速而準確地實現(xiàn)多目標讀取。效率和準確性都要高于采用低頻手持機進行數(shù)據(jù)采集。(5)高頻的頻率使用已經(jīng)成為全球統(tǒng)一的規(guī)范，采用高頻系統(tǒng)在世界各地都不會面臨兼容問題。編者更加支持在生豬等不需植入RFID的動物跟蹤管理中采用高頻的技術方案。主要原因是基于系統(tǒng)的成本考慮。我國的農(nóng)產(chǎn)品價格和利潤空間都非常低，在生豬等動物跟蹤管理中硬件的消耗成本主要來自于標簽。從降低這部分成本出發(fā)應該采用高頻技術。同時，考慮到生豬養(yǎng)殖等生產(chǎn)單位通常不具備寬帶連接電子標簽上有可

20、能不僅僅存放一個標號信息，也可能存放一定的相關數(shù)據(jù)。而高頻解決方案中常見的存儲空間可以達到1k位以上。其次，目前我國主要的RFID基礎設施是基于高頻技術的，采用兼容的技術系統(tǒng)在安裝成本和可靠性等方面都是有優(yōu)勢的。高頻技術從芯片、標簽封裝、讀寫機具、系統(tǒng)集成等環(huán)節(jié)來看，我國擁有上百家供應商，這一點是低頻技術不能比擬的。另外，在生豬管理等應用中，并不需要植入式的電子標簽，可以采用動物耳標的形式。當然，在動物跟蹤管理中采用高頻技術方案和傳統(tǒng)的高頻射頻系統(tǒng)還是有所不同的，需要在降低環(huán)境對操作距離的影響、專用讀寫設備開發(fā)方面開展研發(fā)工作，使得高頻的技術在操作距離和可靠性方面達到系統(tǒng)要求。3.2藥品管理即

21、使到2006年的今天， 專家仍然認為在消費品領域實現(xiàn)物品級的跟蹤管理還是一個需要3到5年才有可能達到的目標。但是，相對價值較高的藥品采用射頻識別技術實現(xiàn)單品管理已經(jīng)是正在發(fā)生的現(xiàn)實了。美國食品和藥品管理局(FDA)要求在2007年實現(xiàn)對藥品的單品全流程跟蹤和管理，實現(xiàn)從原料到家庭藥箱的全程管理。對于藥品管理的單品管理而言，目前看來采用高頻技術更具有綜合優(yōu)勢，具體為：(1)高頻和超高頻都是通過電磁場實現(xiàn)能量和信號的傳遞的，超高頻是通過電場來進行能量和信號的傳遞的，系統(tǒng)一般工作在遠場，對于相距很近的單個物品，標簽的失諧會造成標簽(物品)的漏讀。而高頻系統(tǒng)是工作在近場范圍內(nèi)的(即電磁場仍然是束縛在系統(tǒng)內(nèi)部的，并沒有形成電磁波發(fā)射出去