RFID技術(shù)及其行業(yè)應用

1 RFID技術(shù)介紹 

1.1 RFID簡介 

RFID技術(shù)?；蚍Q射頻識別技術(shù)，是從2O世紀9o年代興起的一項非接觸式自動識別技術(shù)。 
它是利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)不受空間限制，可快速地進行物品追蹤和數(shù)據(jù)交換。工作時，RFID標簽與“識讀器”的作用距離可達數(shù)米甚至數(shù)十米。通過對多種狀態(tài)下(高速移動或靜止)的遠距離目標(物體、設備、車輛和人員)進行非接觸式的信息采集，避免了由于接觸不良所造成的讀寫錯誤等誤操作，同時避免了灰塵、油污等外部惡劣環(huán)境對讀寫卡的影響。RF卡中存有快速防沖突機制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，因此終端可以同時處理多張卡片。由于RFID技術(shù)免除了跟蹤過程中的人工干預。在節(jié)省大量人力的同時可極大的提高工作效率，具有精度高、適應環(huán)境能力強、抗干擾強、操作快捷等許多優(yōu)點。 

1.2 RFID系統(tǒng)組成及工作原理 

RFID技術(shù)作為一種自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。RFID系統(tǒng)因應用不同其組成會有所不同，但基本都由電子標簽(Tag)、閱讀器(Reader)和數(shù)據(jù)交換與應用系統(tǒng)三大部分組成。電子標簽(或稱射頻卡、應答器等)，由耦合元件及芯片組成，其中包含帶加密邏輯、串行EEPROM(電可擦除及可編程式只讀存儲器)、微處理器CPU以及射頻收發(fā)及相關(guān)電路。電子標簽具有智能讀寫和加密通信的功能，它是通過無線電波與讀寫設備進行數(shù)據(jù)交換，工作的能量是由閱讀器發(fā)出的射頻脈沖提供。閱讀器，有時也被稱為查詢器、讀寫器或讀出裝置，主要由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。閱讀器可將主機的讀寫命令傳送到電子標簽，再把從主機發(fā)往電子標簽的數(shù)據(jù)加密，將電子標簽返回的數(shù)據(jù)解密后送到主機。 

RFID應用系統(tǒng)主要包括RFID識別系統(tǒng)與行業(yè)應用業(yè)務系統(tǒng)。RFID識別系統(tǒng)通過各種方式采集讀頭的信息，把信息傳輸給行業(yè)應用業(yè)務系統(tǒng)。 

RFID的工作原理是：閱讀器在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波(其區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸)。而標簽內(nèi)有—個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與閱讀器發(fā)射的頻率相同。當標簽進入磁場后，如果接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號，卡內(nèi)芯片中的有關(guān)電路就會對此信號進行調(diào)制、解碼、解密。然后對命令請求、密碼、權(quán)限等進行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關(guān)信息，經(jīng)加密、編碼、調(diào)制后通過卡內(nèi)天線再發(fā)送給閱讀器。閱讀器接收到標簽的數(shù)據(jù)后，首先解碼并進行錯誤校驗來確定數(shù)據(jù)的有效性，然后將數(shù)據(jù)存儲到閱讀器內(nèi)部的存儲器中或送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。若為修改信息的寫命令，有關(guān)控制邏輯引起的內(nèi)部電荷泵提升工作電壓。提供擦寫EEPROM中的內(nèi)容進行改寫，若經(jīng)判斷其對應的密碼和權(quán)限不符，則返回出錯信息。RFID基本原理框圖如圖1所示。 

                                          圖1 RFID系統(tǒng)基本原理框圖 


1．3 RFID系統(tǒng)的分類 

1．3．1射頻電子標簽的有源與無源 
射頻電子標簽可以分為有源的和無源的兩種。有源射頻電子標簽使用標簽內(nèi)電池的能量，識別距離較長，可達幾十米甚至上百米。這種電子標簽的使用壽命與電池的壽命直接相關(guān)，導致它的使用壽命一般比較短。標簽由于附帶了電池，因此，有源標簽的形體上要大一些并且價格也比較昂貴。無源射頻電子標簽不含有電池，利用耦合的讀寫器發(fā)射的電磁場能量作為自己的能量，它的重量輕、體積小，壽命也可以非常長，價格也相對比較便宜。但它的識別距離受限制，一般是幾十厘米到幾十米，且需要有較大的讀寫器發(fā)射功率。 
1．3．2 RFID 系統(tǒng)的工作頻率 
通常讀寫器發(fā)送無線信號時所使用的頻率被稱為RFID系統(tǒng)的工作頻率，基本上劃分為4個范圍：低頻(3o一30oKHz)、中頻(3～30MHz)、高頻(300 MHZ～3GHZ)和微波(2A5 GHZ以上)。RFID系統(tǒng)的常見工作頻率有低頻125kHz、134．2kHz， 中頻13,56MHz， 高頻86oMHz一930MHz、微波2A5GHz、5．8GHz等。低頻系統(tǒng)特點是電子標簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較少，閱讀距離較短，電子標簽外形多樣，閱讀天線方向性不強等，主要用于短距離、低成本的應用中，如多數(shù)的門禁控制、校園卡、煤氣表、水表等；中頻系統(tǒng)則用于需傳送大量數(shù)據(jù)的應用系統(tǒng)；高頻和微波系統(tǒng)的特點是電子標簽及閱讀器成本均較高，標簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大，閱讀距離較遠(可達十幾米)。適應物體高速運動，性能好。閱讀天線及電子標簽天線均有較強的方向性，但其天線寬波束方向較窄且價格較高，主要用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合，多在火車監(jiān)控、高速公路收費等系統(tǒng)中應用。 
1-3-3射頻電子標簽的存儲器類型 
根據(jù)射頻標簽內(nèi)部使用存儲器類型的不同可分為3種：可讀寫卡(RW)、一次寫入多次讀出卡(w0RM)和只讀卡(RO)。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴得多，如電話卡、信用卡等；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，比RW 卡要便宜；RO卡存有— 個唯一的號碼，不能逐改，保證了安全性。 

1．4 RFID作為換代性標識技術(shù)的優(yōu)點

1．4．1數(shù)據(jù)存儲量大：其他自動識別技術(shù)品種中，數(shù)據(jù)容量最大的二維條形碼(PDF417)．最多也只能存儲2725個數(shù)字；若包含字母，存儲量則會更少。而RFID標簽存儲容量是2的94次方以上(近萬字)，它徹底拋棄了條形碼的種種限制，使世界上的每一種物體都可擁有獨一無二的標識符。 
1．4．2讀寫速度快：采用非接觸方式，無方向性要求，標簽一進入磁場，解讀器就可以即時讀取其中的信息，通常在幾毫秒就完成一次讀寫，采用的防沖撞機制，使之可同時處理多個標簽，實現(xiàn)批量識別，最多同時識別可達每秒50個，并能在運動中進行識別。 
1.4．3數(shù)據(jù)安全性高：RFID是按照國際統(tǒng)一的電子產(chǎn)品代碼的編碼制在出廠前就固化在芯片中的、不重復4o位的惟一識別內(nèi)碼．不可復制和更改。數(shù)據(jù)可以加密，扇區(qū)可以獨立一次鎖定，并能根據(jù)用戶鎖定重要信息。該技術(shù)很難被仿冒、侵入。使用國產(chǎn)芯片更安全。 
1.4.4物理性能優(yōu)越：可以儲存永久性數(shù)據(jù)和非永久性數(shù)據(jù)。在可重寫存儲器內(nèi)的信息更改自如。數(shù)據(jù)可動態(tài)更新，反復使用(擦寫10萬次，讀無限)，使用壽命長(10年或讀寫10萬次)，耐高低溫(工作溫度一25℃一75℃)。能適應各種工作環(huán)境和工作條件，尤其適用于油污、粉塵、放射等惡劣環(huán)境。 
1．4．5讀寫方便：數(shù)據(jù)的讀取無需光源，甚至可以透過外包裝來進行，無源遠距離讀寫，讀寫距離最遠可達1．5m。采用自帶電池的主動標簽時，有效識別距離可達到30m以上。 
1．4．6防沖突：電子標簽中有快速防沖突機制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，因此閱讀器可以“同時”處理多張非接觸式射頻卡，一次可處理200個以上。 

2 RFID技術(shù)的應用 

目前RFID技術(shù)主要應用在以下幾個方面。 
物流管理：對貨物從生產(chǎn)、存儲、運輸、上架到最后銷售的全程跟蹤； 
資產(chǎn)定位：跟蹤管理公司的貴重財物； 
交通運輸：高速公路和停車場的收費系統(tǒng)； 
人員跟蹤：對在危險地區(qū)工作的人員進行實時跟蹤和定位； 
生產(chǎn)監(jiān)控：整個產(chǎn)品生產(chǎn)流程的各個環(huán)節(jié)均被置于嚴密的監(jiān)控和管理之下； 
根據(jù)RFID發(fā)展方向，現(xiàn)對RFID技術(shù)在幾個行業(yè)中的應用作下介紹。 

2．1 RFID技術(shù)在煤礦上的應用 

2.1．1在煤礦安全監(jiān)控中的應用 
射頻識別系統(tǒng)可以作為煤礦安全管理的子系統(tǒng)，負責井下人員及設備安全監(jiān)測工作。在坑道、作業(yè)面的交叉道口安裝讀卡器，入井工作人員按照要求佩戴安裝電子標簽的腰帶或佩戴有電子標簽的安全帽。電子標簽也可以安裝在符合條件的井下移動設備上。系統(tǒng)通過閱讀器識別卡號信息，記錄持卡人或者被檢測設備的經(jīng)過地點、時間、活動軌跡等事實信息，監(jiān)督無關(guān)^、員和非法人員進入坑道或作業(yè)面，還可自動生成考勤作業(yè)的統(tǒng)計與管理等方面的報表資料，提高管理效益。 
2．1．2在煤礦機車調(diào)度中的應用 
目前RFID技術(shù)用于機車定位跟蹤系統(tǒng)已比較成熟，采用可讀寫標簽時刻將有關(guān)信息下載至標簽的內(nèi)存中。以便準確的了解機車在任一時刻的位置，在任何時候都能動態(tài)的調(diào)整機車的啟程和到站時間，并且提高機車對不能預見情況的反應，從而實現(xiàn)煤礦機車智能集中調(diào)度。 
2．1．3在煤炭企業(yè)物資供應管理中的應用 
通過在物資上安裝電子標簽，可以方便、快捷地跟蹤物資信息，同時建立物資供應監(jiān)控網(wǎng)絡，實時監(jiān)控企業(yè)的物資運輸、倉儲、裝卸、加工、整理、配送、調(diào)度等，進行有效資源整合，從而實現(xiàn)企業(yè)物資信息化管理的零等待、零庫存目標。 

射頻識別技術(shù)在井下應用中的優(yōu)點是： 
2．1．3．1電子標簽封裝形式多，抗環(huán)境影響能力強； 
2．1．3．2電子標簽攜帶方便、操作簡單，閱讀器可在5m以上的距離實現(xiàn)對標簽的自動識別，符合井下作業(yè)設備力求簡單、方便的要求； 
2．1．3．3 RFID技術(shù)安全可靠性高，理論上不會對井下作業(yè)產(chǎn)生危險。 

2．2 RFID技術(shù)在交通管理中的應用 

2．2．1 停車場收費系統(tǒng) 
停車場收費管理及車輛控制系統(tǒng)應用于停車場收費管理與進出車輛控制。車主無需停車即可進入停車場，通過電腦自動識別持卡人身份，確定對車是放行或攔截，為車主通行及物業(yè)管理提供了極大的方便。系統(tǒng)適用于大、中、小型停車場單出／A口、雙出／A口停車場，單向、雙向出／人的停車場。 
將RFID標簽安裝在車輛的前擋風玻璃上，在停車場的人口處安裝RFID讀頭。在正常工作時，當車輛通過閱讀器時，閱讀器會讀取標簽中的內(nèi)容并將讀取的信息傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)。當電子標簽有效時，道閘自動打開。 
2．2．2車輛管理系統(tǒng) 
在要管理的車輛上安裝電子標簽，并通過識別設備的安裝可以對車輛的調(diào)度和運行進行監(jiān)控。例如1999年l0月正式啟動的鐵道部鐵路車號自動識別系統(tǒng)，就是一個將電子標簽應用于車輛物流管理的實例。在該項目中，通過將超高頻率的電子標簽安裝在全部50輛貨車上，使得鐵道部及時準確地采集列車車次、車號和到發(fā)信息，能加快實現(xiàn)全路貨車、機車、列車、集裝箱跟蹤管理，滿足了管理系統(tǒng)對列車、車輛等基礎信息的需求，最終使鐵路運輸實現(xiàn)了現(xiàn)代化管理。 

射頻識別技術(shù)在交通管理應用中的優(yōu)點是 
2.2.2.1標簽可以并行讀取，速度高達每秒鐘200-300； 
2.2.2.2運動中讀取速度快，車速達到20公里/小時仍可準確讀??； 
2.2.2.3標簽體積小，薄如紙，非常便于和其他裝置配合； 
2.2.2.4使用壽命長，耐侯性非常好。 

2.3 RFID技術(shù)在鋼鐵廠中的應用 

2.3.1 在生產(chǎn)自動控制中的應用 
在鋼鐵廠的生產(chǎn)過程中，對生產(chǎn)機車或設備的自動定位控制是很重要的。在以往的控制方案中采用的各種技術(shù)存在受環(huán)境和物體表面影響大或讀取數(shù)據(jù)的距離有限或造價和運行費用高等缺陷。而RFID技術(shù)對環(huán)境適應能力強，可抵御灰塵、油污、振動或遮擋物的等的干擾，實現(xiàn)全天候工作。并且電子標簽內(nèi)可存儲的數(shù)據(jù)多，數(shù)據(jù)讀取距離遠，數(shù)據(jù)讀取精確度高。這些技術(shù)特點使得RFID技術(shù)可以很好地應用在生產(chǎn)自動 
控制中。例如：在某鋼廠的焦化三大機車自動控制系統(tǒng)中，將寫有爐號信息的電子標簽安裝在推焦車、攔焦車、加煤車的軌道的關(guān)鍵位置上，當裝有閱讀器的推焦車、攔焦車、加煤車經(jīng)過這些標簽時可以讀取到標簽內(nèi)的數(shù)據(jù)并將其上傳至主控計算機中。主控計算機根據(jù)這些數(shù)據(jù)再來精確控制機車的運行狀態(tài)。該系統(tǒng)自實行以來大大提高了焦化生產(chǎn)的自動化程度，避免了人為的操作失誤，提高了勞動生產(chǎn)率。 

2,3．2在產(chǎn)品整線生產(chǎn)信息管理中的應用 
在某些產(chǎn)品(如大方坯與圓鋼筋)的表面放置電子標簽，可讀取產(chǎn)品在生產(chǎn)流水線上通過每一道工序的信息和數(shù)據(jù)，并將該信息轉(zhuǎn)化成計算機能識別的數(shù)據(jù)格式后提供給監(jiān)控平臺，以實現(xiàn)生產(chǎn)線上的產(chǎn)品自動跟蹤管理。RFID系統(tǒng)在整個工作過程中可做到基本不需要人工參與，系統(tǒng)自動化程度高，電子標簽可反復讀寫100，000次以上，因此能節(jié)省大雖人力和物力。 

2,4工程中的實施要點 

在工程實施中，天線位置的擺放地點及方向?qū)φ麄€RFID系統(tǒng)的應用效果有很大的影響。天線設置地點附近不能有強的輻射干擾，對于覆蓋區(qū)域不能有死角，必要時可以放置多個天線。同時如果同一點有進和出的方向區(qū)分則要注意負責兩個方向的天線間不能有重疊區(qū)域。 

由于天線和閱讀器之間的信號在線路上傳輸衰減很快，因此天線和閱讀器間的信號線不宜超過3米。這就必須在工程中不僅要考慮天線的擺放位置同時還要考慮閱讀器的位置。如果閱讀器放置在室外或環(huán)境惡劣的地方，必須作好防雷、防水、防塵等防護工作。天線與閱讀器間的傳輸線、閱讀器到后臺終端的傳輸線以及電源線纜也要有相應的保護。 

在使用電子標簽時要注意標簽使用的環(huán)境不能影響到標簽的正常工作。如將無源標簽貼放在車的玻璃上時，貼放的玻璃不能有金屬車膜。如果無法避免環(huán)境對標簽的影響就必須對標簽進行特殊的封裝。 

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