RFID(射频识别)技术是一种非接触的、利用射频信号及空间耦合和传输特性进行双向通信,实现对静止或移动物体的自动识别,并进行信息交换的、实用的自动识别技术。其通讯距离可长达10m甚至更远,并可穿透某些介质。因此RFID技术在生产、物流、医疗、防伪、危险品管理等领域迅速发展,正酝酿形成巨大的产业链,从而影响经济社会的发展。RFID技术作为一种快速、实用、准确地采集与处理信息的高新技术,被列为本世纪最有发展前景的十大重要技术之一。
RFID技术源自雷达的概念,1948年哈里·斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别(RFID)的理论基础。早期RFID技术主要处于实验室研究阶段,直到20世纪90年代才开始用于物品跟踪等领域。
随着RFID技术与互联网、通信等技术相结合,其应用领域将不断扩大。作为未来广泛用于对物体的识别技术,RFID技术在人类生活中将占有越来越重要的地位。
一、RFID的基本工作原理
1.基本原理
RFID系统是一种自动识别和信息捕捉系统。它通过射频信号自动识别目标对象,并获取相关信息。它一般由两部分组成,电子标签和读写器。其基本原理是利用空间电感耦合或电磁耦合来进行通讯,以达到自动识别被标识物体的目的。
具体地讲:在RFID的实际应用中,将电子标签安装在被识别的物体上(表面或内部均可,可利用粘贴、插放、挂佩、植入等方式)。当带有电子标签的被识别物进入无线电射频识别系统的可识读范围内时,电子标签和读写器之间将进行非接触式信息通信。此时,读写器受控发出射频查询(激活)信号,安装在物体表面或内部的电子标签收到读写器的查询(激活)信号后,将此信号与标签中的数据信息合成一体反射回读写器。反射回的射频合成信号已携带有电子标签的数据信息,读写器接收到射频信号并经读写器内部微处理器或后台计算机的处理后,即可将电子标签储存的识别代码等约定信息分离读取出来,进而完成整个信息处理过程,从而实现自动识别物品或自动采集标志信息等功能。
2. RFID分类及核心技术
在RFID技术中,分有源RFID和无源RFID两大类。有源RFID由于成本较高,因此一般没有大规模的采用,而无源RFID,由于成本较低,应用相当广泛。在无源RFID系统中,电子标签工作所需的能量是从来自于读写器的信号中提取的,并以背射方式工作向读写器返回标签内部的数据。
从纯技术角度讲,射频识别技术的核心是电子标签。读写器是根据电子标签的不同特性要求来设计的。电子标签通常由标签天线和标签芯片组成。电子标签可根据客户要求做成各种形状和规格,但实际设计中为满足识读距离和工作频率的要求,电子标签必须有合理的外形和尺寸。标签芯片则相当于一个有无线电收发功能的存储器,其性能决定了电子标签的存储量、信息传输速率等性能指标。
二、RFID的工作频率
按照RFID系统读写器与电子标签之间进行信息交换的电磁波的工作频率,RFID系统的工作频段可分为低频(LF)(30～300KHz、典型频率有125KHz、134.2KHz)、高频(HL)(3～30MHz、典型频率为13.56MHz)、超高频(UHF)(300～968MHz、典型频率有869.5MHz、915.3MHz)、微波(MW)(2.45～5.8GHz、典型频率为2.45GHz )等四个频段。具体的频点由各个国家和地区的无线电管理部门确定。
由于UHF频段具有识读距离远,识读速率快,抗干扰及穿透能力强以及电子标签尺寸小等优点,UHF频段的RFID技术及其相关的协议标准已成为全球RFID产业和研发部门关注的热点。
三、RFID的应用
1. RFID的应用范围
RFID技术被广泛应用于工业、企业、商业、交通运输、物流、控制管理等诸多领域。在商业应用中,标签芯片可以附着在商品上,对商品进行防伪,同时可以记录商品的生产信息和使用信息;在物流应用中,将标志芯片贴在流通物品的外包装上,使得物品在经过各流通点时能够自动登记,极大的提高流通效率;在工业应用中,标签芯片可以贴在车间的产品托盘上,记录产品的整个生产信息。标签芯片是一个信息集合体,在各种应用中,标签或多或少包含了商业信息、流通信息、工业信息和个人信息等。
2. RFID在世界上的应用实例
澳大利亚、日本等将RFID产品用于机场管理,不仅高效无误,而且可实现轻松旅游;欧共体从1997年开始生产的新车型就必须安装具有RFID技术的防盗系统,杜绝了行李物品和货运物资的丢失;瑞士国家跌路总局在客运列车上安装了RFID的自动识别技术系统,不仅调度员可以实时掌握火车的运行情况,而且杜绝了事故的发生;德国汉莎航空公司试用非接触式射频标签作为机票,不仅改变了传统的机票购销方式,而且大大简化了机场入关手续;Motorola公司在超净车间里利用RFID技术来控制流水线上的零部件流向,使在线生产效率大大提高。随着全球IC产业、微电子产业、互联网和无线电产业的发展,必将导致电子标签芯片的成本大大下降,RFID技术在消费类产品中的应用也会越来越广泛。目前,全球最大零售商沃尔玛要求其前300位供应商在2007年都必须使用电子标签来实现货品自动识别,提高对供应链的管理能力。由此可见,随着RFID应用浪潮的到来,人类社会的生产、流通、管理等方面的效率都会得到很大提高,必将会对我们的社会生活产生深远的影响。
我国的RFID产业已引起国家发改委、科技部、商贸部、工业和信息化部等国家有关部委的关注和重视,我国已建立了世界上最大的RFID铁路车号自动识别系统,以求高效调度,发挥铁路大动脉在建设中国特色社会主义和谐社会中的重要作用。
四、RFID技术发展概况
RFID并非全新技术,其应用最早可追溯到二次大战时英国空军基地的军事设施上。
近年来随着微电子、计算机和网络技术的发展,RFID技术的应用范围和深度都得到了迅速拓展,RFID技术已发展到一个非常关键的阶段,即形成全球统一标准的阶段,以便国际规模共享。虽然当前大规模的应用还未形成,很多相关系统正在试验或带有验证性质,但是RFID走向大规模(指应用领域)、大范围(指区域性或国际性共享)应用的发展趋势已明朗无疑。
目前所采用的RFID技术主要从两个技术领域演变而来,即自动识别技术(与之对应的技术还有一维条码、二维条码、光学识别技术等)和非接触型智能卡技术。以RFID技术为基础,添加不同的技术特征,会出现多种不同名称的扩展应用领域。智能化程度主要包括电子标签的可重复读写技术、电子标签和读写器之间的安全技术、高速率数据传输技术、在无源或低功耗情况下传输其他动态信息的技术等。
现阶段,价格低廉、传输距离适当、可广泛用于物流管理的RFID技术是目前标准化组织和产业联盟的研发重点,也是国际标准化组织和产业联盟相互竞争的焦点。
进入20世纪90年代以来,RFID技术得到了快速发展,尤其在国外发展更为迅速,经济发达国家和地区已将其应用于十分广泛的领域,并积极推动相关技术与应用标准的国际化。随着人们对RFID技术的深入研究,其在不远的将来必将在国际社会发挥更大的潜力和魅力。
(作者单位:河南省平顶山高级技校)