「阿庫課堂」RFID基礎(chǔ)知識7·低頻篇

RFID上、中、下游各環(huán)節(jié)知識講解完畢。經(jīng)過前三章的學(xué)習(xí)，想必大家也有所了解；在本期的小課堂中，阿庫將詳細(xì)為你展開講講低頻RFID的故事。

圖源自網(wǎng)絡(luò)

一、低頻RFID簡述

低頻主要采用電感耦合的方式進(jìn)行通信，其工作頻率范圍為30kHz～300kHz。典型工作頻率有125KHz和134.2KHz，閱寫器和電子標(biāo)簽基本采用線圈天線進(jìn)行相互感應(yīng)，電子標(biāo)簽位于閱讀器的近區(qū)，當(dāng)超過此范圍，近場耦合就失去作用，逐步過渡到遠(yuǎn)距離的電磁場，當(dāng)位于閱讀器的遠(yuǎn)區(qū)時，電磁場將擺脫天線，作為電磁波進(jìn)入空間中，低頻標(biāo)簽的閱讀距離一般情況下小于1米。低頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用有：動物識別、容器識別、工具識別、電子閉鎖防盜（帶有內(nèi)置應(yīng)答器的汽車鑰匙）。

二、125KHz介紹

在日常的市場環(huán)境中，低頻的125 kHz RFID技術(shù)采用電感耦合方式工作。由于電子標(biāo)簽的成本低，非金屬材料和水對該頻率具有較低的吸收率，所以在門禁卡、鑰匙扣、身份識別、公交系統(tǒng)和民用水表領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

（1）標(biāo)簽芯片

市面上低頻芯片的主要供應(yīng)商為瑞士EM、泰國SiliconCraft、臺灣瑞新、臺灣暉鴻、NXP、Atmel等。低頻RFID 標(biāo)簽芯片可分為兩類，一類是只讀的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品成本低，量相對較大，主要的應(yīng)用領(lǐng)域在門禁卡、鑰匙扣等身份識別類場景。另外一類是既可以讀也可以寫的產(chǎn)品，此類產(chǎn)品價格相對高一些，主要應(yīng)用領(lǐng)域有動物標(biāo)簽、地埋標(biāo)簽等。

主流的125KHz主要芯片廠家的產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)如下：

二、134.2KHz介紹

動物的身份識別和追溯應(yīng)用中，主要為低頻的134.2KHz為主，低頻標(biāo)簽與閱讀器之間傳送數(shù)據(jù)時，低頻標(biāo)簽需位于閱讀器天線輻射的近場區(qū)內(nèi)。由于低頻采用普通的CMOS工藝，具有省電、廉價的特點，工作頻率低抗干擾能力強(qiáng)，受溫度﹑濕度﹑障礙物的影響小，還可以穿透水、有機(jī)組織，能夠在各種惡劣的環(huán)境下進(jìn)行正常工作，在動物跟蹤溯源領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

（1）標(biāo)簽芯片

低頻134.2kHz標(biāo)簽的芯片一般具備可讀可寫功能，有大容量存儲空間，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，寵物注射識別行業(yè)需求量較大，根據(jù)芯片各個模塊的功能不同，可以將其分成三個基本部分；射頻模擬前端(RF Analog Front-End)、數(shù)字控制部分(Digital Controller)、可讀寫的EEPROM存儲器(Memory)。具體邏輯結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：

 邏輯結(jié)構(gòu)示意圖

射頻模擬前端(RF Analog Front-End)部分完成芯片和讀卡器之間的接口連接，同時為數(shù)字電路工作提供一些必要的工作信號。射頻模擬部分完成標(biāo)簽芯片的能量獲取，時鐘提取，系統(tǒng)上電復(fù)位，系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)工作。射頻模擬是承接讀卡器和標(biāo)簽芯片之間通信的唯一橋梁，是保證RFID系統(tǒng)的整體通信基礎(chǔ)。

數(shù)字控制部分(Digital Controller)完成標(biāo)簽芯片的邏輯控制功能。標(biāo)簽芯片的登陸認(rèn)證控制，密碼安全校驗，數(shù)據(jù)通訊的錯誤校驗，讀寫的邏輯控制，讀卡器數(shù)據(jù)輸出編碼及速率的邏輯設(shè)計實現(xiàn)等。標(biāo)簽芯片的數(shù)字控制部分位于射頻模擬部分和存儲單元之間，是連接兩者的橋梁。掌管著整個整個通信系統(tǒng)的工作時序。

可讀寫的EEPROM存儲器(Memory)完成整個標(biāo)簽芯片數(shù)據(jù)的存儲工作。其中包括密碼存儲﹑用戶碼﹑芯片配置信息和ID碼的存儲等。存儲單元的存在，保證了芯片的唯一性，使其能與讀卡器等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，為芯片標(biāo)識的核心意義所在。

主流的134.2KHz主要芯片廠家的產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)如下：

三、標(biāo)簽天線

低頻的標(biāo)簽天線主要以線圈為主，無源低頻RFID 電子標(biāo)簽是通過磁場耦合實現(xiàn)與標(biāo)簽識讀器之間的通信，磁場在自由空間傳播衰減很快，因此該電子標(biāo)簽的讀寫距離很短。低頻標(biāo)簽不可群讀，只能單獨讀取。

天線的制作主要有：①線圈繞制法，②蝕刻法、③燙印法和④直接印制法（導(dǎo)電油墨印刷法），目前國內(nèi)外主要以蝕刻法和電鍍法為主，直接印刷法是最近新起的印制技術(shù)。

應(yīng)用在125k-135kHz的RFID標(biāo)簽天線，主要利用線圈繞制法制作，需要在一個繞制工具上繞制標(biāo)簽線圈并用烤漆進(jìn)行固定，要求天線線圈匝數(shù)較多，圈數(shù)幾百，通過焊接的方式將天線和芯片相連，①優(yōu)點是簡單、工藝不復(fù)雜，②缺點是成本高、生產(chǎn)效率低 。

標(biāo)簽天線的多因素決定著讀距，主要有以下幾個點：

★ 天線線圈的形狀尺寸

★ 天線線圈的半徑大小

★ 線圈的環(huán)繞匝數(shù)

兩種常見低頻線圈天線如下圖所示:

圓形繞制線圈天線  

 矩形繞制線圈天線

四、讀寫設(shè)備

讀寫設(shè)備主要是對低頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，實際應(yīng)用中可分為固定式讀寫器、移動式讀寫器兩類，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取或?qū)懭氩僮?，低頻讀寫器由天線、射頻模塊、控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成，滿足的協(xié)議如下；

① ISO 18000-2是空中接口議標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了電子標(biāo)簽和讀寫器之間通信的物理接口，規(guī)定了協(xié)議、指令以及多標(biāo)簽通信的防碰撞方法。

② ISO11784/85 標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)用于動物識別協(xié)議，選擇動物識別產(chǎn)品必須要滿足此協(xié)議。

讀寫器基本框架圖  

嵌入式控制系統(tǒng)主要功能

①完成與上位機(jī)應(yīng)用軟件的交互；

②控制與電子標(biāo)簽的通信過程；

③信號的編碼與譯碼，以及執(zhí)行標(biāo)簽的防碰撞算法數(shù)據(jù)加密。

射頻接口主要功能

①產(chǎn)生低頻的發(fā)射功率，啟動電子標(biāo)簽并為它提供能量；

②調(diào)制發(fā)射信號，將數(shù)據(jù)傳送給電子標(biāo)簽；

③接收并解調(diào)來自電子標(biāo)簽的低頻信號。  

（1）固定式讀寫器

低頻讀寫器雖然在耦合方式、通信流程、數(shù)據(jù)傳輸方法等功能原理上十分類似，但是在外觀構(gòu)造設(shè)計上有著明顯差異，固定式讀寫器主要應(yīng)用在半導(dǎo)體、牲畜屠宰廠、刀具等自動化生產(chǎn)線進(jìn)行溯源管理。

固定式讀寫器類型

（2）移動式讀寫器

移動式讀寫器市面上主要以手持PDA加裝低頻模塊和只讀式掃描儀兩種類型為主，適合各種移動政務(wù)、巡檢、倉儲和畜牧業(yè)上管理應(yīng)用，根據(jù)實際應(yīng)用場景可選擇帶應(yīng)用系統(tǒng)和不帶應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)備，以下是幾款移動手持式讀寫器特點。

★ 設(shè)備輕薄，方便攜帶適用于任何移動場所數(shù)據(jù)采集。

★ 大容量電池，有助于提高工作人員出入庫、盤點等業(yè)務(wù)效率，減小出錯率。

★ 識別低頻標(biāo)簽速度快， 實時采集，即時顯示、即時反饋。

移動式讀寫器類型

以上為低頻RFID簡述內(nèi)容。由于【低頻RFID】內(nèi)容篇幅較長，為幫助大家消化理解，阿庫已將本部分內(nèi)容拆分為2小節(jié)~下期阿庫將為你講講低頻RFID的應(yīng)用場景與應(yīng)用案例。