RFID射频识别技术详解之RFID系统构架与基本原理

RFID射频标识技术

RFID的完整英文名称是无线电频率识别，也称为电子标签，无线射频识别，感应电子芯片，接近卡，感应卡，非接触式卡片和电子条形码。

RFID射频标识是一种非接触式自动识别技术。它会自动识别目标对象并通过射频信号获得相关数据。识别工作不需要手动干预，并且可以在各种恶劣的环境中工作。

RFID技术可以识别高速移动对象并同时识别多个标签，从而使操作快速且方便。短距离RF产品不惧怕诸如石油污渍和灰尘污染之类的恶劣环境。他们可以在此类环境中替换条形码，例如在工厂装配线上跟踪对象。长距离RF产品主要用于运输，识别距离可以达到数十个米的仪表，例如自动充电或识别车辆身份。

RFID系统体系结构

典型的RFID系统主要由四个部分组成：阅读器，电子标签，RFID中间件和应用程序系统软件。通常，我们将中间件和应用程序软件统称为应用程序系统。

RFID系统结构

在实际的RFID解决方案中，RFID系统包含一些基本组件。组件分为硬件组件和软件组件。

从功能实现的角度来看，RFID系统可以分为两个部分：边缘系统和软件系统。边缘系统主要完成信息感知，并属于硬件组件部分；软件系统完成信息处理和应用程序；通信设施负责整个RFID系统。信息传递。

射频标识系统的基本组成

1。电子标签

电子标签（也称为智能标签）是微无线收发器和接收器，主要由内置天线和芯片组成。

2。读者和作家

读者是捕获和处理RFID标签数据的设备。它可以是单独的个体或嵌入其他系统中的。读者和作家也是RFID系统的重要组成部分之一。因为它可以将数据写入RFID标签，因此称为读者和作家。

读者和作者的硬件部分通常由收发器，微处理器，内存，外部传感器/执行器，输入/输出接口，通信接口和电源组件组成。

读者和作家构图图

3。控制器

控制器是读者和作者芯片有序工作的指挥中心，其主要功能是：

与应用程序系统软件进行通信；

执行从应用程序系统软件发送的操作说明；

用标签控制通信过程；

基带信号的编码和解码；

执行反碰撞算法；

读者和标签之间传输的加密和解密数据；

在读取器和电子标签之间执行身份认证；

控制其他外部设备，例如键盘，显示设备等。

其中，最重要的是读者和作家芯片的控制操作。

4。读者和作家天线

天线是一种以电磁波形式接收或辐射前端射频信号的功率的设备。它是电路和空间之间的接口设备，用于实现行驶波和自由空间波能的转换。在RFID系统中，天线分为两类：电子标签天线和读取器天线，它们分别负责接收能量和发射能量。

RFID系统读取器和作者天线的特征是：

足够小以固定在所需物品上；

全向或半球形覆盖范围有方向性；

能够为标签芯片提供最大可能的信号；

无论项目是什么方向，天线的极化都可以匹配读取器的询问信号。

强壮的;

便宜的价格。

选择读者和作家天线时应考虑的主要因素是：

天线的类型；

天线的阻抗；

RF的性能应用于项目；

RF性能时，当周围有标签项目的其他项目时。

5。通信设施

通信设施为不同的RFID系统管理提供了安全的通信连接，并且是RFID系统的重要组成部分。通信设施包括有线或无线网络以及与读者，作家或控制器连接到计算机的串行通信接口。无线网络可以是个人区域网络（PAN）（例如蓝牙技术），局域网（例如802.11X，WiFi）或广泛的区域网络（例如GPRS，3G技术）或卫星通信网络（例如同步轨道卫星L波段中的RFID系统）。

RFID系统的基本原理

1。基本原则

从电子标签与读取器和能量传感方法之间的通信的角度来看，系统通常可以分为两类，即电感耦合（电感耦合）系统和电磁反向散射耦合（反向散射耦合）系统。电感耦合是通过电磁诱导定律通过空间高频交替磁场实现的。电磁反向散射耦合（即雷达原理模型）在击中目标后会反射发射电磁波，并基于电磁波同时携带目标信息。空间交流的定律。

2。电感耦合的RFID系统

RFID的电感耦合方法对应于ISO/IEC 14443协议。电感耦合的电子标签由电子数据载体组成，该电子数据载体通常由单个微芯片和用作天线的大面积线圈组成。

电感耦合模式下的电子标签几乎被动地工作，而微芯片在标签中工作所需的所有能量都是由读者发送的电感电磁能提供的。高频强电磁场是由读取器的天线线圈产生的，并通过线圈的横截面和线圈的周围空间，以在附近的电子标签中产生电磁感应。

电感耦合RFID系统的工作原理图

3。电磁反向散射RFID系统

（1）反向散射调制

雷达技术为RFID的反向散射耦合方法提供了理论和应用基础。当电磁波遇到一个空间目标时，其一部分能量被目标吸收，另一部分以不同强度的各个方向散射。在散射的能量中，一小部分反射回传输天线并由天线接收（因此传输天线也是接收天线），并将接收的信号放大并处理以获取有关目标的相关信息。

当电磁波从天线发射到周围空间时，将遇到不同的目标。到达目标的电磁能（自由空间衰减）的一部分被目标吸收，另一部分在不同强度下散布在各个方向上。反射能量的一部分最终将返回到传输天线，称为Echo。在雷达技术中，这种反射波可用于测量目标的距离和方向。

对于RFID系统，电磁反向散射耦合可用于使用电磁波反射完成从电子标签到读取器的数据传输。这种工作方法主要用于915MHz，2.45gnz或更高频率的系统。

（2）RFID反向散射耦合方法

目标反射电磁波的频率由反射横截面确定。反射横截面的大小与一系列参数有关，例如目标的大小，形状和材料，电磁波的波长和极化方向等。频率的增加，RFID反向散射耦合方法采用了超高的频率和超高频率，而应答器与读者和作者之间的距离大于1 m。读者，应答器（电子标签）和天线形成收发器通信系统。

RFID反向散射耦合方法的原理

4。鉴定表面声波标签的原理

（1）表面声波装置

表面声波（SAW）设备基于压电效应和与表面弹性相关的声波的低速传播。锯设备的尺寸较小，重量轻，高工作频率，宽带宽，并且可以采用与集成电路过程相同的平面处理技术，该技术的制造易于制造，大量获取和设计灵活性。

表面声波设备具有广泛的应用，例如通信设备中的过滤器。在RFID应用中，表面声音发音器的工作频率目前主要是2.45GHz。

表面声波应答器的基本结构

（2）表面声波RFID的原理

SAW标签由一个交叉换能器和几个反射器组成，并且传感器的两个总线连接到电子标签的天线。读者的天线定期发送高频询问脉冲。在电子标签天线的接收范围内，接收到的高频脉冲通过互换器转化为表面声波，并在晶体表面传播。反射器由部分反映入射表面波的部分组成，并返回到跨数字换能器，进而将反射的脉冲序列转换为高频电脉冲序列。由于表面声波的传播速率较低，因此有效的反射式爆发在传递和微妙的延迟时间后返回读者。

表面声波的传播

（3）表面声波RFID系统的关键技术

标签编码容量和动作距离

应答器与读者之间的合作

应用小型低成本电子标签天线，适合识别的物品

封装

由于标签上的项目变化很大，并且其使用环境有很大的变化，因此它们的包装结构具有自己的特征，并且必须满足以下要求。

确保压电芯片可以承受外部环境应力和工作期间的变化，并且不会导致性能恶化。

至少它不能或很少影响标签天线的高频电磁波接收效应。

修复要识别的对象的方法很简单并且具有可靠的附件，因此不会显着损坏项目。

它具有美丽的外观，和谐的内容，可以识别物体，并满足安全和环境保护要求。

（4）表面声波RFID的优势

由于SAW设备本身在RF频段中起作用，因此具有被动性并且具有强大的反电磁干扰功能，因此SAW技术实施的电子标签具有某些独特的优势，并且是集成电路（IC）技术的互补功能。

表面声波RFID的主要特征是：

阅读范围较大且可靠，达到数米。

可用于金属和液体产品；

标签芯片和天线的匹配很简单，生产过程较低。

它不仅可以识别固定物体，还可以识别高速移动对象，速度最高300 km/h。

它可以用于严酷的环境中，例如高温差（-100〜300），强电磁干扰等。

RFID技术的优势和缺点

1。优势：

RFID芯片和RFID读卡器对水，油和化学物质等物质非常抗性。

信息的阅读不受芯片的大小和形状的限制，并且为了阅读精度，不需要匹配纸张的固定尺寸和打印质量。此外kaiyun.ccm，RFID标签正在以微型化和多样化的形式开发，以应用于不同的产品。 。

RFID技术识别比传统的智能芯片更准确，并且具有更灵活的距离识别。它可以实现穿透性且无障碍的阅读。

RFID芯片标签可以反复添加，修改和删除内部存储的数据以促进信息更新。

内部数据内容受密码保护，使其内容不太可能被锻造或更改。

RFID芯片数据容量很大，随着技术的发展，能力仍处于增加的趋势。

2。缺点：

该技术还不够成熟。 RFID技术已经存在了很短的时间，并且技术的成熟度不是很成熟。由于超高频率RFID电子标签具有反射率的特征，因此它们在金属kaiyun全站登录网页入口，液体和其他商品中更难使用。

高成本。 RFID电子标签比普通的条形码标签相对昂贵，这是普通条形码标签的数十倍。如果大量使用它们，它们将导致成本过高，这大大降低了市场使用RFID技术的热情。

不够强的安全性。 RFID技术面临的安全问题主要表现在RFID电子标签信息的非法阅读和恶意篡改中。

技术标准不是统一的。 RFID技术尚未形成统一的标准，并且在市场上共存多个标准，导致了不同企业产品的不兼容的RFID标签，这反过来又导致RFID技术在一定程度上应用RFID技术时的混乱。

RFID技术的当前状态和前景

随着RFID设备成本的不断降低和标准逐渐统一，数字信息技术在各个行业中的深入而广泛的应用以及大型应用程序行业的扩展，RFID技术将具有更广泛的发展前景，它的潜在价值将被施加。 RFID技术行业将逐渐发展和成熟。

1。射频识别的发展历史

RFID技术是在第二次世界大战期间出生的，首先被皇家空军用来识别其自己和盟友的战斗机。为了确定返回飞机，英国为盟军飞机配备了无线电收发器。然后，当控制塔上的审讯者向返回的飞机发送询问信号时，飞机上的收发器收到了信号。将信号返回给审讯器，审讯者根据接收到的后路信号认识到敌人和我。这是记录的第一个RFID敌人和敌人的身份证系统，也是第一个RFID的第一个实际应用。

之后，RFID技术已逐渐应用于野生动植物跟踪，公路收费系统和其他领域。在1990年代之后，随着综合电路制造和信息技术的快速发展，RFID技术变得越来越成熟，其成本变得越来越低，并且开始逐渐吸引人们的注意力。

2。射频识别的发展前景

RFID射频识别技术已逐渐发展为独立的跨学科专业领域。 RFID射频识别技术结合了来自完全不同的专业领域的大量技术（例如，高频技术，电磁兼容技术，半导体技术，数据保护和加密技术，电信技术，制造技术等）。

在过去的十年中，RFID射频识别技术已经迅速发展，并且逐渐被广泛用于许多可追溯性和反企业造成的应用，例如工业自动化，商业自动化，运输控制和管理。随着技术的发展，基于RFID的RFID技术产品的类型将变得越来越丰富，它们的应用将变得越来越广泛。预计在接下来的几年中，RFID射频识别技术将继续保持快速发展的势头。

总体而言，RFID射频识别技术目前正在朝着标准化，低成本，低错误率，高安全性和低功耗发展。

标准化

行业标准及相关产品标准尚未统一，并且电子标签尚未正式形成世界上统一的国际标准。

低成本

目前，美国电子标签的最低价格约为20美分。这样的价格不能应用于某些价值较低的单件式产品。只有当电子标签的单价低于10美分以下时，总体上才能广泛使用。包装商品。

低错误率

尽管RFID电子标签的单一技术已经成熟，但产品技术一般不够成熟，并且仍然存在很高的错误率（RFID的误读率有时高达20％），这也是必要的在集成应用中。克服许多技术困难。

高安全性

当前使用的被动RFID系统没有非常可靠的安全机制，并且不能使数据保持良好的机密性。 RFID数据仍然容易受到攻击，主要是因为RFID芯片本身和芯片在阅读或编写数据的过程中非常好。容易被黑客利用。

RFID技术的应用程序字段

访问控制：人员进入和退出监控和管理

动物监测：畜牧业和动物管理，宠物识别以及野生动植物生态的跟踪

运输：高速公路的收费系统

物流管理：航空运输的行李识别，库存开元棋官方正版下载，物流运输管理

自动控制：分类，汽车，家用电器和电子行业的组装生产线管理

医疗应用：医院病历系统，仪器设备管理

材料控制：工厂材料的自动库存和控制系统

质量跟踪：成品质量跟踪，反馈

资源回收：托盘，可回收容器等的管理。

反盗窃应用程序：超市，图书馆或书店的反盗窃管理

反模拟和伪造：著名品牌的烟草和酒精和贵重物品的反击和伪造

废物处理：垃圾回收和废物控制系统

联合票：多功能智能存储的价值卡，一张卡等。

危险物品：武器，枪支，雷管和炸药控制

RFID将在虚拟世界和物理世界之间建造桥梁。可以预见的是，在不久的将来，RFID技术不仅将在各行各业中广泛采用，而且最终将RFID技术与通用计算技术集成，并对人类社会产生深远的影响。

作为全球制造基地，中国将来将成为世界上最大的RFID应用程序市场。对于国内科学研究机构和企业来说，这将是难得的机会。