小芯片大應(yīng)用－無線射頻識別RFID

小芯片大應(yīng)用－無線射頻識別RFID摘要：本文向讀者介紹的是一種綜合自動識別技術(shù)（Auto-ID）和無線電射頻通信技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)－射頻識別標(biāo)簽（RFID）技術(shù)，這種新技術(shù)因科技、社會的發(fā)展因運(yùn)而生，并已廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。本文一方面向大家介紹它的幾種典型應(yīng)用

以及在未來與移動通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的應(yīng)用，并也想通過此文與大家探討它在我們實(shí)際工作中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：RFID、標(biāo)簽、自動識別技術(shù)、應(yīng)用、移動通信、融合在8月初聆聽集團(tuán)公司李默芳總工在省公司做的移動通信技術(shù)發(fā)展趨勢的講課時，聽到了一個新名詞“RFID”，了解到RFID技術(shù)將來與移動通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的發(fā)展趨勢。在此之前，也曾耳聞全球最大的超市沃爾瑪采用一種先進(jìn)的技術(shù)對物流、超市內(nèi)商品、庫存進(jìn)行高效、快捷管理，莫非沃爾瑪用的就是這種技術(shù)。頓時，我對這種新技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，渴望了解這是一種什么技術(shù)、它是如何工作的、它有怎樣的應(yīng)用以及未來它是如何與移動通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的。帶著諸多的疑問，查閱了很多資料后，我對RFID這種技術(shù)的原理、應(yīng)用及將來與移動通信網(wǎng)絡(luò)的融合，有了一定的了解，在此想通過本文與大家一同分享。一、射頻識別技術(shù)簡介RFID是射頻識別技術(shù)的英文(RadioFrequencyIdentification)縮寫，射頻識別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動識別技術(shù)，RFID技術(shù)利用無線射頻方式在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)交換的目的。與傳統(tǒng)的條型碼、磁卡及IC卡相比，射頻卡具有非接觸、閱讀速度快、無磨損、不受環(huán)境影響、壽命長、便于使用的特點(diǎn)和具有防沖突功能，能同時處理多張卡片。在國外，射頻識別技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運(yùn)輸控制管理、資產(chǎn)管理等眾多領(lǐng)域。1、RFID系統(tǒng)工作原理在多數(shù)RFID系統(tǒng)中，讀寫器在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波(區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸)。卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同。當(dāng)射頻卡經(jīng)過這個區(qū)域時，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷。在這個電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存。當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫器的數(shù)據(jù)。讀寫器接收到卡的數(shù)據(jù)后，解碼并進(jìn)行錯誤校驗(yàn)來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后，通過RS232、RS422、RS485或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。簡單的RFID產(chǎn)品就是一種非接觸的IC卡，而復(fù)雜的RFID產(chǎn)品能和外部傳感器接口連接來測量、記錄不同的參數(shù)，甚至可與GPS系統(tǒng)連接來跟蹤物體。2、射頻識別技術(shù)的分類

射頻識別技術(shù)主要按以下四種方式分類。(1)工作頻率

根據(jù)工作頻率的不同可分為低頻和高頻系統(tǒng)。①低頻系統(tǒng)一般指其工作頻率小于30MHz的系統(tǒng)。其基本特點(diǎn)是：射頻卡的成本較低、標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較少、閱讀距離較短(無源情況，典型閱讀距離為10cm)、射頻卡外形多樣(卡狀、環(huán)狀、鈕扣狀、筆狀)、閱讀天線方向性不強(qiáng)等。低頻系統(tǒng)多用于短距離、低成本的應(yīng)用中，如多數(shù)的門禁控制、動物監(jiān)管、貨物跟蹤。②高頻系統(tǒng)一般指其工作頻率大于400MHz的系統(tǒng)。高頻系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是射頻卡及讀寫器成本均較高、卡內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大、閱讀距離較遠(yuǎn)(可達(dá)幾m~十幾m)、適應(yīng)物體高速運(yùn)動性能好、外形一般為卡狀、閱讀天線及射頻卡天線均有較強(qiáng)的方向性。高頻系統(tǒng)多應(yīng)用于需要較長的讀寫距離和高的讀寫速度的場合，像火車監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)。

(2)射頻卡

根據(jù)射頻卡的不同可分成可讀寫(RW)卡、一次寫入多次讀出(WORM)卡和只讀(RO)卡三種。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴得多，如電話卡、信用卡等。一般情況下改寫數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時間遠(yuǎn)大于讀取數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時間(常規(guī)為改寫所花費(fèi)的時間為s級，閱讀花費(fèi)的時間為ms級)。WORM卡是用戶可以一次性寫入的卡，寫入后數(shù)據(jù)不能改變，且比RW卡要便宜。RO卡存有一個唯一的號碼，不能逐改，保證了安全性。RO卡最便宜。

(3)射頻卡的有源與無源

射頻卡可分為有源及無源兩種。有源射頻卡使用卡內(nèi)電池的能量、識別距離較長，可達(dá)十幾m，但是它的壽命有限(3~10年)，且價格較高；無源射頻卡不含電池，利用讀寫器發(fā)射的電磁波提供能量，重量輕、體積小、壽命長、很便宜，但它的發(fā)射距離受限制，一般是幾十cm，且需要讀寫器的發(fā)射功率大。

(4)調(diào)制方式

根據(jù)調(diào)制方式的不同還可分為主動式和被動式。①主動式的射頻卡用自身的射頻能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀[NextPage]寫器。②被動式的射頻卡，使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)。它必須利用讀寫器的載波調(diào)制自己的信號，適宜在門禁或交通的應(yīng)用中使用。因?yàn)樽x寫器可以確保只激活一定范圍之內(nèi)的射頻卡。

目前使用的多數(shù)系統(tǒng)中，一次只能讀寫一個射頻卡。射頻卡之間要保持一定距離，確保一次只能有一個卡在讀寫區(qū)域內(nèi)。讀寫距離長，射頻卡之間的距離就要大，應(yīng)用起來很不方便。

現(xiàn)在的射頻卡具有防碰撞的功能，這對于RFID來說十分重要。所謂碰撞是指多個射頻卡進(jìn)入識別區(qū)域時信號互相干擾的情況。具有防碰撞性能的系統(tǒng)可以同時識別進(jìn)入識別距離的所有射頻卡，它的并行工作方式大大提高了系統(tǒng)的效率。3.國際射頻識別技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展得很快。RFID產(chǎn)品種類很多，像德州儀器、Motoro1a、Philips、Microchip等世界著名廠家都生產(chǎn)RFID產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品各有特點(diǎn)，自成系列。射頻識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。如澳大利亞將它的RFID產(chǎn)品用于澳機(jī)場旅客行李管理中并發(fā)揮了出色的作用；瑞士國家鐵路局在瑞士的全部旅客列車上安裝RFID自動識別系統(tǒng)，調(diào)度員可以實(shí)時掌握火車運(yùn)行情況，不僅利于管理，還大大減小了發(fā)生事故的可能性；德國BMW公司將射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用在汽車生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)過程控制中等。4.射頻識別技術(shù)在我國的發(fā)展

我國政府在1993年制定的金卡工程實(shí)施計(jì)劃，是一個旨在加速推動我國國民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程的重大國家級工程，由此各種自動識別技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用十分迅猛。現(xiàn)在，射頻識別技術(shù)作為一種新興的自動識別技術(shù)，也將在中國很快地普及。

目前，我國的射頻識別技術(shù)在安全防護(hù)領(lǐng)域、商品銷售領(lǐng)域應(yīng)用中發(fā)展前景較好。第二部分將介紹幾種RFID技術(shù)在我國的典型應(yīng)用。二、RFID技術(shù)在我國的典型應(yīng)用在介紹RFID技術(shù)在我國的典型應(yīng)用的同時，我談了些在我們公司嘗試應(yīng)用RFID技術(shù)的想法，以供大家探討。1、安全防護(hù)領(lǐng)域

(1)門禁保安將來的門禁保安系統(tǒng)均可應(yīng)用射頻卡。一卡可以多用。比如，可以作工作證、出入證、停車卡、飯店住宿卡甚至旅游護(hù)照等，目的都是識別人員身份、安全管理、收費(fèi)等等。好處是簡化出入手續(xù)、提高工作效率、安全保護(hù)。只要人員佩戴了封裝成ID卡大小的射頻卡、進(jìn)出入口有一臺讀寫器，人員出入時自動識別身份，非法闖入會有報警。安全級別要求高的地方、還可以結(jié)合其它的識別方式，將指紋、掌紋或顏面特征存入射頻卡。

可以設(shè)想一下，如果我們公司應(yīng)用此種門禁卡，上班時刻大家就不用擁擠在刷卡機(jī)前，排隊(duì)刷卡了，而且該門禁卡還可以結(jié)合指紋、掌紋或顏面特征。公司還可以用射頻卡保護(hù)和跟蹤財(cái)產(chǎn)。將射頻卡貼在物品上面，如計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、文件、復(fù)印機(jī)或其它保密物品上，該射頻卡使得公司可以自動跟蹤管理這些有價值的財(cái)產(chǎn)，可以跟蹤一個物品從某一建筑離開，或是用報警的方式限制物品離開某地，這樣做可能會更加符合SOX的管理要求。(2)汽車防盜這是RFID較新的應(yīng)用。目前已經(jīng)有足夠小的、能夠封裝到汽車鑰匙當(dāng)中含有特定碼字的射頻卡。它需要在汽車上裝有讀寫器，當(dāng)鑰匙插入到點(diǎn)火器中時，讀寫器能夠辨別鑰匙的身份。如果讀寫器接收不到射頻卡發(fā)送來的特定信號，汽車的引擎將不會發(fā)動。用這種電子驗(yàn)證的方法，汽車的中央計(jì)算機(jī)也就能容易防止短路點(diǎn)火。

一種汽車防盜系統(tǒng)是，司機(jī)自己帶有一射頻卡，其發(fā)射范圍是在司機(jī)座椅45~55cm以內(nèi)，讀寫器安裝在座椅的背部。當(dāng)讀寫器讀取到有效的ID號時，系統(tǒng)發(fā)出三聲鳴叫，然后汽車引擎才能啟動。該防盜系統(tǒng)還有另一強(qiáng)大功能：倘若司機(jī)離開汽車并且車門敞開引擎也沒有關(guān)閉，這時讀寫器就需要讀取另一有效ID號；假如司機(jī)將該射頻卡帶離汽車，這樣讀寫器不能讀到有效ID號，引擎就會自動關(guān)閉，同時觸發(fā)報警裝置。如果在公司成本開支允許的范圍內(nèi)，嘗試使用RFID的汽車防盜系統(tǒng)，將會為公司減少許多經(jīng)濟(jì)損失。(3)電子物品監(jiān)視系統(tǒng)

電子物品監(jiān)視系統(tǒng)(ElectronicArticleSurveillance,EAS)的目的是防止商品被盜。整個系統(tǒng)包括貼在物體上的一個內(nèi)存容量僅為1比特(即開或關(guān))的射頻卡，和商店出口處的讀寫器。射頻卡在安裝時被激活。在激活狀態(tài)下，射頻卡接近掃描器時會被探測到，同時會報警。如果貨物被購買，由銷售人員用專用工具拆除射頻卡(典型的是在服裝店里)，或者用磁場來使射頻卡失效，或者直接破壞射頻卡本身的電特性。EAS系統(tǒng)已被廣泛使用。據(jù)估計(jì)每年消耗60億套。2、商品生產(chǎn)銷售領(lǐng)域

(1)生產(chǎn)線自動化

用RFID技術(shù)在生產(chǎn)流水線上實(shí)現(xiàn)自動控制、監(jiān)視，提高生產(chǎn)率，改進(jìn)生產(chǎn)方式，節(jié)約了成本。舉個例子以說明在生產(chǎn)線上應(yīng)用RFID技術(shù)的情況。

用于汽車裝配流水線。德國寶馬汽車公司在裝配流水線上應(yīng)用射頻卡，以盡可能大量地生產(chǎn)用戶定制的汽車。寶馬汽車的生產(chǎn)是基于用戶提出的要求式樣而生產(chǎn)的。用戶可以從上萬種內(nèi)部和外部選項(xiàng)中，選定自己所需車的顏色、引擎型號和輪胎式樣等。這樣一來，汽車裝配流水線上就得裝配上百種式樣的寶馬汽車，如果沒有一個高度組織的、復(fù)雜的控制系統(tǒng)是很難完成這樣復(fù)雜的任務(wù)的。寶馬公司在其裝配流水線上配有RFID系統(tǒng)，使用可重復(fù)使用的射頻卡。該射頻卡上帶有汽車所需的所有詳細(xì)的要求，在每個工作點(diǎn)處都有讀寫器，這樣可以保證汽車在各個流水線位置，能毫不出錯地完成裝配任務(wù)。(2)倉儲管理將RFID系統(tǒng)用于智能倉庫貨物管理，能有效地解決與貨物流動有關(guān)的信息管理，不但增加了處理貨物的速度，還可監(jiān)視貨物的一切信息。射頻卡貼在貨物所通過的倉庫大門邊上，讀寫器和天線都放在叉車上，每個貨物都貼有條碼，所有條碼信息都被存儲在倉庫的中央計(jì)算機(jī)里，與該貨物有關(guān)的信息都能在計(jì)算機(jī)里查到。當(dāng)貨物出庫時，由另一讀寫器識別并告知中央計(jì)算機(jī)它被放在哪個拖車上。這樣，管理中心可以實(shí)時地了解到已經(jīng)生產(chǎn)了多少產(chǎn)品和發(fā)送了多少產(chǎn)品。

看到RFID的倉儲管理應(yīng)用時，我首先想到的就是我們公司的固定資產(chǎn)管理。傳統(tǒng)的資產(chǎn)管理方式是前臺以人工方式進(jìn)行，現(xiàn)場清點(diǎn)、手抄、錄入、匯總，多種人工參與后才能將采集的設(shè)備資產(chǎn)信息導(dǎo)入后臺的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫。設(shè)備資產(chǎn)管理中的大量人工參與造成了流程復(fù)雜、時間長、實(shí)時性差、管理難度大、差錯率高等問題，最終降低了設(shè)備利用率，增加了運(yùn)營成本。近幾年，公司采用條形碼資產(chǎn)管理，但幾乎在每年的固定資產(chǎn)清查中仍存在很多問題，如標(biāo)簽中的設(shè)備存放地與實(shí)際存放地不符、有標(biāo)簽而無實(shí)物、有實(shí)物而無標(biāo)簽等等問題。如果要應(yīng)用RFID進(jìn)行資產(chǎn)管理，就應(yīng)該在每次采購或工程驗(yàn)收時，把每一件資產(chǎn)納入RFID資產(chǎn)管理系統(tǒng)，那樣我們的資產(chǎn)管理就會即準(zhǔn)確又有條理，而且輕松。再設(shè)想，如果我們在器材倉庫、備品備件、載頻調(diào)撥等管理中應(yīng)用RFID技術(shù)，我們就會很清楚管理各種通信器材的存貨，避免浪費(fèi)，也能夠清楚掌握各種型號備品備件存量、存放地點(diǎn)、現(xiàn)網(wǎng)載頻數(shù)量，進(jìn)行有效備品備件及載頻調(diào)撥管理。我們還可以有很多的設(shè)想，將這種技術(shù)應(yīng)用在更多的領(lǐng)域，使我們的工作更加有條理、更加輕松。我看到一篇廣東移動嘗試應(yīng)用RFID進(jìn)行固定資產(chǎn)管理的文章，目前還處于測試和試驗(yàn)階段，但在這里不防介紹給大家。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

考慮到基站通信設(shè)備有較強(qiáng)的電磁屏蔽、較高的功率控制要求以及識別距離的需要，選擇主動式RFID標(biāo)簽作為基站資產(chǎn)管理的應(yīng)用技術(shù)作為探索方向。計(jì)劃采用2.4GHz頻率的主動式標(biāo)簽，射頻卡采用高級嵌入式微處理器并在嵌入式軟件的控制下，實(shí)現(xiàn)睡眠、喚醒、解碼、編碼、通信及信息碰撞處理等功能。主動式RFID基站監(jiān)控設(shè)備由RFID讀寫器（包括微波天線及讀寫控制器）和安裝在通信設(shè)備（如載波板卡）上的電子標(biāo)簽以及在金屬屏蔽設(shè)備（如機(jī)柜）上的機(jī)柜中繼器組成。

RFID讀寫器是資產(chǎn)電子標(biāo)簽和機(jī)柜中繼器的讀寫控制器，由加密電路、編解碼器電路和微波通信控制器等組成，以RFID通信協(xié)議的數(shù)據(jù)交換方式和微波無線傳遞手段。接收到標(biāo)簽信息后，可以通過GPRS、有線傳輸?shù)仁侄螌?shù)據(jù)傳送到后臺系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時、動態(tài)的設(shè)備資產(chǎn)情況采集和分析。電子標(biāo)簽是一種具有微波通信功能和信息存儲功能的移動設(shè)備識別裝置。資產(chǎn)電子標(biāo)簽本身具備惟一的ID號，可通過ID號與具體資產(chǎn)的后臺數(shù)據(jù)綁定作為資產(chǎn)信息識別監(jiān)控的載體。機(jī)柜中繼器同樣是一種具有微波通信功能和信息存儲功能的移動設(shè)備識別裝置，除了具備電子標(biāo)簽的功能外，還可以作為屏蔽信號中繼功能。（3)產(chǎn)品防偽偽造問題在世界各地都是令人頭疼的問題，將射頻識別技術(shù)應(yīng)用在防偽領(lǐng)域有它自身的技術(shù)優(yōu)勢。防偽技術(shù)本身要求成本低，且難于偽造。射頻卡的成本就相對便宜，而芯片的制造需要有昂貴的芯片工廠，使偽造者望而卻步。射頻卡本身有內(nèi)存，可以儲存、修改與產(chǎn)品有關(guān)的數(shù)據(jù)，利于銷售商使用；體積十分小、便于產(chǎn)品封裝。像電腦、激光打印機(jī)、電視等產(chǎn)品上都可使用。（4)RFID卡收費(fèi)

國外的各種交易大多利用各種卡來完成，而我國普遍采用現(xiàn)金交易?，F(xiàn)金交易不方便也不安全，還容易出現(xiàn)稅收的漏洞。目前的收費(fèi)卡多用磁卡、IC卡，而射頻卡也開始占據(jù)市場。原因是在一些惡劣的環(huán)境中，磁卡、IC卡容易損壞，而射頻卡則不易磨損，也不怕靜電及其它情況；同時，射頻卡用起來方便、快捷，甚至不用打開包，在讀寫器前搖晃一下，就完成收費(fèi)。另外，還可同時識別幾張卡，并行收費(fèi)，如公共汽車上的電子月票。我國大城市的公共汽車異常擁擠、環(huán)境條件差，射頻卡的使用有助于改善這種情況。三、RFID技術(shù)在移動通信領(lǐng)域的應(yīng)用隨著智能卡應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，各種非接觸式應(yīng)用在身份識別、交通、電子支付等領(lǐng)域快速普及。RFID的應(yīng)用成為人們最熱衷談?wù)摰脑掝}，這一小小的芯片已經(jīng)不再甘心拘泥在卡片中。移動通信領(lǐng)域開始將RFID整合為通信、身份識別、電子支付三合一的發(fā)展嘗試。運(yùn)營商可以通過RFID標(biāo)簽和讀寫裝置，將標(biāo)簽上的各種信息轉(zhuǎn)換成EPC數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過ONS(ObjectNamingService)，將實(shí)物與ONS中的數(shù)據(jù)建立起一種對應(yīng)的關(guān)系。目前基于這種數(shù)據(jù)的網(wǎng)上交易量可以達(dá)到170億筆/天，2010年以后，這一數(shù)字將更加龐大。移動運(yùn)營商把持著信息的控制權(quán)，可以開展資產(chǎn)托管等多種增值業(yè)務(wù)。目前，歐美和日韓的一些運(yùn)營商已經(jīng)開展了基于RFID技術(shù)的商用嘗試。而中國移動也已經(jīng)開始著手摸索適合自身定位的RFID業(yè)務(wù)模式。中國移動通信集團(tuán)公司副總裁李躍表示，中國移動將把“打造手機(jī)媒體，創(chuàng)造手機(jī)多用化”，作為未來發(fā)展的方向。與制造商、內(nèi)容供應(yīng)商開展深入廣泛的合作，定制特殊要求的終端產(chǎn)品成為重點(diǎn)。未來手機(jī)將成為移動便攜第一媒體，它將承載報紙、直播電視、互聯(lián)網(wǎng)、移動博客等媒體資訊。手機(jī)還會成為人們生活中的“瑞士軍刀”，針對手機(jī)特點(diǎn)開發(fā)的支付功能、娛樂功能、識別功能、證件功能等，使手