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RFID培训计划
RFID培训计划
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2008-08-18
0.1
理学伟（Charlie）
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1RFID历史5
射频识别技术（RFID，即RadioFrequencyIdentification）是从八十年代起走向成熟的一项自动识别技术。
它利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。
它和同期或早期的接触式识别技术不同、RFID系统的射频电子标签和读写器之间不用接触就可完成识别。
5
2RFID系统组成5
3RFID系统的工作原理5
4电子标签分类6
5RFID特点及其优点6
5.1特点6
5.2优点7
5.3与其它识别技术比较7
6RFID工作频率以及应用7
6.1低频（从125KHz到134KHz）8
6.1.1特性8
6.1.2主要应用8
6.1.3符合的国际标准：
8
6.2高频（工作频率为13.56MHz）9
6.2.1特性9
6.2.2主要应用9
6.2.3符合的国际标准9
6.3特高频（工作频率为860MHz到960MHz之间）10
6.3.1特性10
6.3.2主要应用10
6.3.3符合的国际标准10
6.4高频433MHz11
6.5微波频率2.45GHz11
6.6小结：
11
7RFID技术中国应用前景11
7.1高速公路自动收费（AVl）及交通管理12
7.2门禁保安13
7.3RFID卡收费13
7.4生产线自动化13
7.5仓储管理14
7.6汽车防盗14
7.7防伪15
7.8电子物品监视系统15
7.9畜牧管理16
7.10火车和货运集装箱的识别16
7.11运动计时16
1
RFID历史
射频识别技术（RFID，即RadioFrequencyIdentification）是从八十年代起走向成熟的一项自动识别技术。
它利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。
它和同期或早期的接触式识别技术不同、RFID系统的射频电子标签和读写器之间不用接触就可完成识别。
射频技术首先应用于动物跟踪、车辆管理、军用等领域。
首个大规模商业应用实例：
1984年美国通用汽车公司率先在其汽车生产线上采用RFID技术。
此后RFID研究发展迅速、应用发展缓慢。
后来，由于集成电路产业、IT产业迅速发展以及全球经济发展，使得RFID产品成本降低，所以开始广泛应用于民用领域。
2RFID系统组成
最基本的RFID系统由三部分组成：
电子标签（Tag）、阅读器（Reader）和天线（Antenna）：
1）电子标签（Tag）：
由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，即ID号。
附着在物体上标识目标对象；当电子标签进入由阅读器天线产生的无线电射频信号区域（电磁场）时，获得能量，然后向阅读器发送储存的信息及数据。
有时也称作射频卡、应答器
2）阅读器（Reader）：
有时也被称为查询器、通讯器或称为读出装置，用以产生发射无线电射频信号并接收由电子标签反射回的无线电射频信号，即电子标签数据，经处理后获取电子标签数据信息。
同时，也可通过阅读器往电子标签内写入用户数据信息。
阅读器可设计为手持式或固定式。
3）天线（Antenna）：
在电子标签和阅读器间传递射频信号。
3RFID系统的工作原理
RFID系统在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面，电子标签中保存有约定格式的电子数据。
阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。
阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身的数据信息，被阅读器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。
上图是RFID射频技术的基本原理图。
在电磁场系统中，阅读器（Reader）发出一个电磁（EM）波，电磁波以一个球形波向前传播。
电子标签位于电磁场中，淹没在这样传播的电磁波中并从电磁波中收集能量。
在任何一个点上，可用的能量的大小与该点距发射机（阅读器天线）的距离有关。
由上可知，阅读器必须在可阅读的距离范围内产生一个合适的能量场以激励电子标签。
4电子标签分类
1）根据电子标签的不同可分成三种：
可读写（RW）、一次写入多次读出（WORM）和只读（RO）。
RW电子标签除了其本身的ID号外，还可以存储用户的数据信息，存储量由其内存而定。
WORM电子标签是用户可以一次性写入的电子标签，写入后数据不能改变；RO卡只存有一个唯一的ID号码，不能更改，RO电子标签最便宜。
电子标签可以做得很薄很小，例如1厘米长度或更小。
2）电子标签也可分为有源的及无源的两种。
有源电子标签由其内的电池供电，识别距离较长，主动往外发送数据信息，可达几米甚至几十米或更远。
但是它的电池寿命有限（3～10年）并且价格较高；无源电子标签不含有电池，从阅读器器发射的电磁场中获取能量而作为自己的供电能量。
它的重量轻、体积小、寿命可以非常长、价格便宜，但它的发射距离受限制，一般是几十厘米到一米，且需要阅读器器的发射功率大。
目前，我们公司现在只有特高频860MHz～960MHz的产品，属于无源产品。
5RFID特点及其优点
5.1特点
1）是一种集成电路；
2）通过射频信号与外界交换信息；
3）能够存储信息；
4）能够被附着在物体或包含在物体中；
5）是信息收集系统的信息载体；
6）将取代已经有几十年历史的条形码技术。
5.2优点
1）不需要光源，甚至可以透过外部材料读取数据；
2）使用寿命长，能在恶劣环境下工作；
3）能够轻易嵌入或附着在不同形状、类型的产品上；
4）读取距离更远；
5）可以写入及存取数据，写入时间相比打印条形码更少；
6）标签的内容可以动态改变；
7）能够同时处理多个标签；
8）标签的数据存取有密码保护，安全性更高；
9）可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位。
5.3与其它识别技术比较
目前广泛应用的自动识别技术主要包括摄像、条码、磁卡、IC、射频等，这些识别技术都有各自的优缺点及适于应用的场合。
几种识别技术的比较：
信息载体
信息量
读/写性
读取方式
保密性
抗干扰能力
寿命
成本
条码
纸、塑料薄膜、
金属表面
小
只读
CCD或激光束扫描
差
差
较短
最低
磁卡
磁性物质
一般
读写
电磁转换
一般
较差
短
低
IC卡
EEPROM
大
读写
电擦除、写入
最好
好
长
较高
RFID
标签
EEPROM
大
读写
无线通信
最好
最好
最长
较高
6RFID工作频率以及应用
目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和特高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品，而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。
下面详细介绍无源的电子标签在不同工作频率产品的特性以及主要的应用。
6.1低频（从125KHz到134KHz）
其实RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。
该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作，也就是在读写器天线和电子标签天线间存在着变压器耦合作用。
通过读写器交变场的作用在电子标签天线中感应的电压被整流，可作供电电压使用。
6.1.1特性
1）工作在低频的电子标签的一般工作频率从120KHz到134KHz，TI的工作频率为134.2KHz。
该频率的波长大约为2500m。
2）除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。
3）工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。
4）低频产品有不同的封装形式（卡状、环状、钮扣状、钉状）。
有10年以上的使用寿命。
5）相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢。
6）防碰撞的功能很差。
一次只能识别一个电子标签。
所谓碰撞是指多个电子标签进入识别区域时信号互相干扰的情况。
具有防碰撞性能的系统可以同时识别进入识别距离的所有电子标签，它的并行工作方式大大提供系统的效率。
6.1.2主要应用
1）畜牧业的管理系统；
2）汽车防盗和无钥匙开门系统的应用；
3）马拉松赛跑系统的应用；
4）自动停车场收费和车辆管理系统；
5）自动加油系统的应用；
6）酒店门锁系统的应用；
7）门禁和安全管理系统。
6.1.3符合的国际标准：
1）ISO11784RFID畜牧业的应用－编码结构；
2）ISO11785RFID畜牧业的应用－技术理论；
3）ISO14223-1RFID畜牧业的应用－空气接口；
4）ISO14223-2RFID畜牧业的应用－协议定义；
5）ISO18000-2定义低频的物理层、防冲撞和通讯协议；
6）DIN30745主要是欧洲对垃圾管理应用定义的标准。
6.2高频（工作频率为13.56MHz）
在该频率的电子标签不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作天线。
电子标签一般通过负载调制的方式进行工作。
也就是通过电子标签上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离电子标签对天线电压进行振幅调制。
如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从电子标签传输到读写器。
6.2.1特性
1）工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m。
2）除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。
感应器需要离开金属一段距离。
3）该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。
4）虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。
5）该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签。
6）数据传输速率比低频要快。
6.2.2主要应用
1）图书管理系统的应用；
2）瓦斯钢瓶的管理应用；
3）服装生产线和物流系统的管理和应用；
4）酒店门锁的管理和应用；
5）大型会议人员通道系统；
6）固定资产的管理系统；
7）医药物流系统的管理和应用；
8）智能货架的管理。
6.2.3符合的国际标准
1）ISO/IEC14443近耦合IC卡，最大的读取距离为10cm。
2）ISO/IEC15693疏耦合IC卡，最大的读取距离为1m。
3）ISO/IEC18000-3该标准定义了13.56MHz系统的物理层，防冲撞算法和通讯协议。
4）13.56MHzISMBandClass1定义13.56MHz符合EPC的接口定义。
6.3特高频（工作频率为860MHz到960MHz之间）
特高频系统通过电场来传输能量。
电场的能量下降的不是很快，但是读取的区域不是很好进行定义。
该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。
主要是通过电容耦合的方式进行实现。
6.3.1特性
1）在该频段，全球的定义不是很相同－欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz，北美定义的频段为902到905MHz之间，在日本建议的频段为950到956之间。
该频段的波长大概为30cm左右。
2）目前，该频段功率输出目前统一的定义（美国定义为4W，欧洲定义为500mW）。
可能欧洲限制会上升到2WEIRP。
3）特高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物资。
相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签需要和金属分开来。
4）电子标签的天线一般是长条和标签状。
天线有线性极化和圆极化两种设计，满足不同应用的需求。
5）该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。
6）有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签。
7）防冲突性比高频好，可同时读取多张电子标签
6.3.2主要应用
1）供应链上的管理和应用；
2）生产线自动化的管理和应用；
3）航空包裹的管理和应用；
4）集装箱的管理和应用；
5）铁路包裹的管理和应用；
6）后勤管理系统的应用。
6.3.3符合的国际标准
1）ISO/IEC18000-6定义了甚高频的物理层和通讯协议；空气接口定义了TypeA和TypeB两部分；支持可读和可写操作。
2）EPCglobal定义了电子物品编码的结构和甚高频的空气接口以及通讯的协议。
例如：
Class0，Class1，UHFGen2。
3）UbiquitousID日本的组织，定义了UID编码结构和通信管理协议。
6.4高频433MHz
目前，该频率的产品属于有源产品。
电子标签内有电池，为电子标签工作提供能量，其电池寿命3年左右，电池可以更换。
其一般应用到车辆管理领域。
符合国际标准：
ISO/IEC18000-7标准。
6.5微波频率2.45GHz
目前，该频率的产品属于有源产品。
电子标签内有电池，为电子标签工作提供能量，其电池寿命10年左右。
其一般应用到要求识别快速移动物体上，例如，快速火车。
符合国际标准：
ISO/IEC18000-4标准。
6.6小结：
●125KHz：
短距离，<1M，极低读取速率，无源；
●13.56MHz：
短距离，<1M，低读取速率，无源；
●433MHz：
中长短距离，（有源，几米～几十米）；
●900MHz：
中短距离，3~8M，中读取速率，无源；
●2.4GHz：
中长距离，5~15M，高读取速率，有源；
●5.8GHz：
长距离，几十M，高读取速率，有源。
7RFID技术中国应用前景
我国在政府在1993年制定的金卡工程实施计划及全国范围的金融卡网络系统的10年规划，是一个旨在加速推动我国国民经济信息化进程的重大国家级工程。
由此各种自动识别技术的发展及应用十分迅猛。
现在，射频识别技术作为一种新兴的自动识别技术，也将在中国很快地普及，可以说、我国射频识别产品的市场是十分巨大的，举一个例子来说明，利用射频识别技术的不停车高速公路自动收费系统是将来的发展方向，人工收费包括IC卡的停车收费方式也终将被淘汰。
随着经济交流、旅游的发展、我国的高速公路发展势头十分强劲、对自动收费系统的需求会日益增长、我国的国土面积大、公路多、车辆多，预计在未来十年内将有数十亿元的需求。
国内已有几家公司在引进国外的先进技术，开发自己的射频识别系统。
现在，在锦山的一条高速公路上已应用了非接触射频卡自动收费，上海的公共汽车使用了电子月票，北京的机场高速公路上、深圳的皇岗口岸也使用了射频识别系统收费等等。
RFID技术在下列几种应用中比较有发展前景。
当然在这里仅仅罗列了RFID技术应用的一部分，但都是可行的且十分重大。
可以毫不夸张的预测，任何一种应用如果成为现实，都将会孕育一个庞大的市场。
RFID将是未来一个新的经济增长点。
7.1高速公路自动收费（AVl）及交通管理
高速公路自动收费系统是RFID技术最成功的应用之一。
目前中国的高速公路发展非常快，地区经济发展的先决条件就是有便利的交通条件，而高速公路收费却存在一些问题。
一是交通堵塞，收费站口，许多车辆要停车排队，成为交通瓶颈问题；二是少数不法的收费员贪污路费、使国家损失了相当的财政收入。
RFID技术应用在高速公路自动收费上能够充分体现它非接触识别的优势。
让车辆高速通过收费站的同时自动完成收费。
同时可以解决收费员贪污路费及交通拥堵的问题。
一般来说对于公路收费系统，根据车辆的大小和形状不同，需要大约4米的读写距离和很快的读写速度，也就要求系统的频率应该工作在900MHz和2450MHz。
射频卡一般安装在车的挡风玻璃上。
现在最现实的方案是将多车道的收费口分两个部分：
自动收费口和人工收费口。
天线架设在道路的上方。
在距收费口约50-100米处，当车辆经过天线时，车上的射频卡被头顶上的天线检测到，判别车辆是否带有有效的射频卡。
读写器指示灯指示车辆进入不同车道，而人工收费口仍维持现有的操作方式。
进入自动收费口的车辆，养路费款被自动从用户帐户上扣除，且用指示灯及蜂鸣器告诉司机收费是否完成，不用停车就可通过，挡车器将拦下恶意闯入的车辆。
1996年佛山市政府安装了RFID系统用于自动收取路桥费以提高车辆通过率，缓解公路瓶颈。
车辆可以在250公里的时速下用少于0.5毫秒的时间被识别，并且正确率达99.95％。
上海也安装了基于RFID的自动收养路费系统。
广州尝试在开放的高速公路上对正在高速行驶的车辆进行自动收费，通道采用RFID系统。
中国有把握改善其公路基础设施，而现在最大的问题是应用于高速公路收取养路费的RFID技术没有统一的标准。
各个厂家使用自己的专用标准，使得建立全国高速公路自动收费系统时,情况变得很混乱。
在城市交通方面，交通的状况日趋拥挤，解决交通问题不能只依赖于修路、加强交通的指挥、控制、疏导，提高道路的利用率，深挖现有交通潜能也是非常重要的。
而基于RFID技术的实时交通督导和最佳路线电子地图很快将成为现实。
用RFID技术实时跟踪车辆，通过交通控制中心的网络在各个路段向司机报告交通状况，指挥车辆绕开堵塞路段，并用电子地图实时显示交通状况。
能够使得交通流向均匀，大大提高道路利用率。
还可用于车辆特权控制，在信号灯处给警车、应急车辆、公共汽车等行驶特权；自动查处违章车辆，记录违章情况。
另外，公共汽车站实时跟踪指示公共汽车到站时间及自动显示乘客信息，给乘客很大的方便。
用RFID技术能使交通的指挥自动化、法制化，有助于改善交通状况。
7.2门禁保安
将来的门禁保安系统均可应用射频卡，一卡可以多用，比如可当作工作证、出入证、停车卡、饭店住宿卡甚至旅游护照等，目的都是识别人员身份、安全管理、收费等。
好处是简化出人手续、提高工作效率、安全保护。
只要人员佩戴了封装成ID卡大小的射频卡以及进出入口有一台读写器，人员出入时就可以自动识别身份，而当非法闯人时，会有报警。
在安全级别要求高的地方，还可以结合其它的识别方式，将指纹、掌纹或颜面特征存入射频卡。
1996夏季奥林匹克运动会的安全机构采用射频卡结合生物测定学技术作为保安系统中的一种识别手段。
运动员和官方人员随身携带含有自己手掌信息的射频卡，当他们在要进入某一安全区时，必需将其右手搁在扫描器上，只有该人同系统根据其手信息在安全库中检索出的三维图像一样，并且同其本人所携带的卡片上信息一致方可进入该区域。
由于卡和携卡人是唯一联系的，所以只有卡主人才可使用自己的卡。
而卡丢失、偷卡和借卡使用都不能构成对安全的威胁。
公司还可以用射频卡保护和跟踪财产。
将射频卡贴在物品上面如：
计算机、传真机、文件、复印机或其它实验室用品上。
该射频卡使得公司可以自动跟踪管理这些有价值的财产，可以跟踪一个物品从某一建筑离开，或是用报警的方式限制物品离开某地。
结合GPS系统利用射频卡，还可以对货柜车、货舱等进行有效跟踪。
7.3RFID卡收费
国外的各种交易大多利用各种卡来完成，而在我国普遍采用现金交易，现金交易不方便也不安全，还容易出现税收的漏洞。
目前的收费卡多用磁卡、IC卡，而射频卡也开始抢占市场，原因是在一些恶劣的环境中、磁卡、IC卡容易损坏。
而射频卡则不易磨损、也不怕静电及其它情况。
同时射频卡用起来很方便、快捷，甚至不用打开包。
在读写器前摇晃一下，就完成收费。
还可以同时识别几张卡，并行收费。
比如公共汽车上的电子月票。
我国大城市的公共汽车异常拥挤、人员素质差、环境条件差，一般在国外还较有效的收费系统在国内就无法使用。
射频卡的使用有助于改善这个情况。
又比如会员制收费卡、职工就餐卡、商店收费、电话卡、储蓄卡等等均可使用射频卡。
射频卡上有内存分区，不同区域有不同的安全级别，可以在各种的应用中使用，互不干扰，而未来的发展必将各种卡的应用统一到一张卡上，个人手持一张卡就可以各处使用。
7.4生产线自动化
用RFID技术在生产流水线上实现自动控制、监视，提高生产率，改进生产方式、节约了成本，举两个例子以说明在生产线上应用RFID技术的情况。
用于汽车装配流水线。
德国宝马汽车公司在装配流水线上应用射频卡以尽可能大量地生产用户定制的汽车。
宝马汽车的生产是基于用户提出的要求式样而生产的：
用户可以从上万种内部和外部选项中选定自己所需车的颜色、引擎型号还有轮胎式样等要求，这样一来，汽车装配流水线上就得装配上百种式样的宝马汽车、如果没有一个高度组织的、复杂的控制系统是很难完成这样复杂的任务的。
宝马公司就在其装配流水线上配有RFID系统，他们使用可重复使用的射频卡，该射频卡上可带有详细的汽车所需的所有要求，在每个工作点处都有读写器，这样可以保证汽车在各个流水线位置处能毫不出错地完成装配任务。
Motorola、SGSThomson等集成电路制造商在竞争激烈的半导体工业中采用了加入了射频识别技术的自动识别工序控制系统。
半导体生产对于超净的特殊需要，使得RFID应用在此非常理想，而其它自动识别系统，如条形码在如此苛刻的化学条件和超净要求下就不适用。
晶片是集成电路生产的关键。
一片8英寸的晶片可以制造出100-1000个芯片。
假如每片芯片零售价为＄100，那么一片晶片上所包含的芯片价值至少就是＄10000。
一个晶片容器可装25个晶片，四个晶片容器可同时进行处理、那么一次误操作造成的损失就达＄1000000。
显然，跟踪每个晶片容器并消除误操作是非常必要的。
在一个超净车间里、通常能有800位点。
晶片容器要从一处位点移动到下一位点。
有时，晶片会因进入了错误的堆而造成损失。
射频识别系统将核查晶片堆、设备、工序和操作人员。
如果其中任何一项的身份不对，设备将不能开始工作，同时向操作人员显示指示。
7.5仓储管理
将RFID系统用于智能仓库货物管理，RFID完全有效地解决了仓库里与货物流动有关的信息的管理，它不但增加了一天内处理货物的件数还监看着这些货物的一切信息。
读写器和天线安装在货物所通过的仓库大门边上；每个货物都贴有电子标签，所有标签信息都被存储在仓库的中心计算机里、该货物的有关信息都能在计算机里查到。
当货物被装走运往别地时，由另一读写器识别并告知计算中心它被放在哪个拖车上。
这样管理中心可以实时地了解到已经生产了多少产品和发送了多少产品，并可自动识别货物，确定货物的位置。
7.6汽车防盗
这是RFID较新的应用。
由于已经开发了足够小的射频卡、能够封装到汽车钥匙当中含有特定码字的射频卡，在汽车上装有读写器。
当钥匙插入到点火器中时，读写器能够辨别钥匙的身份。
如果读写器接收不到射频卡发送来的，特定信号、汽车的引擎将不会发动。
用这种电子验证的方法、汽车的中央计算机也就能容易的防止短路点火。
目前欧洲的丰田汽车、福特汽车和Mitsubishi汽车公司、韩国汽车制造商Hyundai等在它的欧洲车型中也应用射频卡在欧洲和美国出售的汽车中用于防盗。
目前全世界已经有大约数百万辆汽车装有该防盗系统。
另一种汽车防盗系统。
司机自己带有一射频卡，其发射范围是在司机座椅45-55厘米以内。
读写器安装在座椅的背部。
当读写器读取到有效的ID号时，系统发出三声呼叫，然后汽车引擎才能启动。
该防盗系统还有令一强大功能。
倘若司机离开汽车并且车门敞开引擎也没有关闭的话，这时读写器就需要读取另一有效ID号，假如司机将该射频卡带离汽车，这样读写器不能读到有效ID号、则引擎会自动关闭同时会触发报警装置。
同样这种射频卡
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