超高频RFID射频识别技术常见的三种应用
2020-07-27 15:35:53
明华物联网
射频识别在历史上的首次应用可以追溯到1940年，第二次世界大战期间，美国军方设计出射频识别技术，由英国空军安装在飞机上，用来分辨出是敌方飞机还是盟军飞机。盟军的飞机上装载有高耗电量的主动式卷标(射频卡的一种)，当雷达发出询问的讯号，这些卷标就会发出适当的响应信息，藉以识别出自己是盟军或是敌军。目前世界上的飞机安全管制系统仍是以此为概念进行发展。
到了七十年代末期，美国政府透过LosAlamos科学实验室将超高频RFID技术转移到民间。超高频RFID技术最先在商业上的应用是在牲畜身上，用来作为放牧管理和牛的识别，在牛的身体植入管状的射频卡，使用读取设备可以识别不同的牛，同时记录牛的成长，对牛进行细化管理。
到了八十年代，美国与欧洲的几家公司开始着手生产超高频RFID卷标，将射频识别应用到更多的场合，当然最多的还是应用在军事管理中。
九十年代射频识别使用在门禁系统中首先进入台湾市场，继而进入中国市场，如今超高频RFID技术已经被广泛应用于各个领域，从门禁管理、人员考勤、消费管理、车辆管理、巡更管理、生产管理、物流管理，皆可以见到其踪迹，二代身份证全面选用13.56MHZ的射频IC卡更是对超高频RFID技术的推进，银行卡也开始逐步使用射频卡来代替原来的磁条卡，到今天超高频RFID技术已经彻底融入我们生活的每一个角落。
下面铨详细的讲解超高频RFID射频识别技术常见的三种应用。
超高频RFID系统常见有以下几种应用：
1、通道管理
通道管理包括人员和车辆或者物品，实际上就是对进出通道的人员或物品通过识别和确认，决定是否放行，并进行记录，同时对不允许进出的人员或物品进行报警，以实现更加严密的管理，我们常见的门禁、图书管理、射频卡超市防盗、不收费的停车场管理系统等都属于通道管理。
2、数据采集与身份确认系统
数据采集系统是使用带有超高频RFID阅读器的数据采集器采集射频卡上的数据，或对射频卡进行读写，实现数据采集和管理，如我们常用的身份证识别系统、消费管理系统、社保卡、银行卡、考勤系统等都属于数据的采集和管理。
3、定位系统
定位系统用于自动化管理中对车辆、人员、生产物品等进行定位。阅读器放置在指定空间、移动的车辆、轮船上或者自动化流水线中，射频卡放在移动的人员、物品、物料、半成品、成品上，阅读器一般通过无线的方式或者有线的方式连接到主信息管理系统，系统对读取射频卡的信息进行分析判断，确定人或物品的位置和其他信息，实现自动化管理，常见的应用如博物馆物品定位、监狱人员定位、矿井人员定位、生产线自动化管理、码头物品管理等。
超高频RFID技术广泛应用于通讯传输、工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理和身份认证等多个领域，而在仓储物流管理、生产过程制造管理、智能交通、网络家电控制等方面也有较大的发展空间。
超高频RFID的原理是利用发射无线电波讯号来传送资料，以进行无接触式的资料辨识与存取，可达到身份及物品识别或信息存储的功能。超高频RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，系统的组成会有所不同，但从超高频RFID系统的工作原理来看，系统一般都由射频卡、读卡器两部分组成，下面分别加以说明：
①射频卡
在超高频RFID系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是射频卡。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。
射频卡是超高频RFID系统的精髓，射频卡一般由内部天线、IC芯片组成，IC芯片中记录着ID信息，读写芯片的IC还配有可存储数据的扇区，通过无线方式与读卡器通讯，实现数据的读取和写入。射频卡进入磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
从读取方式来分类射频卡类型分为三种：自动式，半被动式和被动式。自动式射频卡一般配有电池，靠自身的能量发送信息数据，这种读卡器能够读写的距离很远，理论上可以达到几百米，便于远距离通讯，如目前市场常用的2.4G卡就属于自动式的射频卡。
被动式是卡内没有电池作为能量，需要在射频卡接近读卡器时接收读卡器的电磁波产生能量驱动IC芯片工作，实现数据传送和读写，被动式射频卡运用无线电波进行操作和通信，信号必须在识别器允许的范围内，这类标记适合于中短距离信息识别，一般在15米之内，当前市场使用较多的915MHZ卡、13.56MHZ和125KHZ的卡基本都属于被动式射频卡。半被动式的工作模式是读卡器触发，但射频卡的能量由自身提供，如目前市场上的433MHZ读卡器(就是市场上所说的蓝牙读卡器)就属于半被动式射频卡。
射频识别系统中射频卡与读写器之间的作用距离是射频识别系统应用中的一个重要问题，通常情况下这种作用距离定义为射频标签与读写器之间能够可靠交换数据的距离。射频识别系统的作用距离是一项综合指标，与射频标签及读写器的配合情况密切相关。
根据射频识别系统作用距离的远近情况，射频标签天线与读写器天线之间的耦合可分为三类：密耦合系统、遥耦合系统、远距离系统。
1、密耦合系统：密耦合系统的典型读取距离范围从0~1cm。实际应用中，通常需要将射频标签插入阅读器中或将其放置到读写器的天线的表面。密耦合系统利用的是射频标签与读写器天线无功近场区之间的电感耦合(闭合LC磁路)构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。密耦合系统的工作频率一般局限在30MHz以下的任意频率。由于密耦合方式的电磁泄露很小、耦合获得的能量较大，因而可适合要求安全性较高，作用距离无要求的应用系统，如在一些安全要求较高的门禁系统。
2、遥耦合系统：遥耦合系统的典型读取距离可以达到1m。遥耦合系统又可细分为近耦合系统(典型作用距离为15cm)与疏耦合系统(典型作用距离为1m)两类。遥耦合系统利用的是射频标签与读写器天线无功近场区之间的电感耦合(闭合LC磁路)构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。遥耦合系统的典型工作频率为125KHZ和13.56MHz，也有一些其他频率，如6.75MHz、27.125MHz等，只是这些频率在使用中并不常见。遥耦合系统目前仍然是低成本射频识别系统的主流，其读卡方便，成本较低，使其广泛应用在门禁、消费、考勤及车辆管理中。
3、远距离系统：远距离系统的典型读取距离从1m到15m，有的甚至可以达到上百米的读取距离。所有的远距离系统均是利用射频标签与读写器天线辐射远场区之间的电磁耦合(电磁波发射与反射)构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。远距离系统的典型工作频率为：433MHZ、915MHz、2.45GHz，此外，还有一些其他频率，如5.8GHZ等。远距离系统一般情况下均采用反射调制工作方式实现射频标签到读写器方向的数据传输。远距离系统一般具有典型的方向性，射频卡和读卡器的成本还比较高，一般使用在车辆管理、人员或物品定位、生产线管理、码头物流管理中。
②读卡器
在超高频RFID系统中，根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，读卡器的复杂程度也显著不同的。读卡器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，读卡器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。读卡器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达读卡器的信息被正确的接收和译解后，读卡器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次，或者知道发射器停止发信号，这就是"命令响应协议"。使用这种协议，即便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签，也可以有效地防止误读的产生。一般读卡器要和射频卡对应使用，同时读卡器还要配合相应的控制和运算设备，如一般读卡器都需配置相应的控制器，读卡器和控制器之间的通讯方式常见的有RS485、W26、W34、RS232等，主要是要将读取的数据传动到控制器，以便实现更加复杂通讯、识别与管理。
有的读卡器还有写入功能，通过控制将数据写入卡的扇区中，通过将数据写入射频卡，可以使系统在离线的情况下依然实现消费和管理，在公交和城市一卡通中显得尤为重要。每个读卡器都必须配有天线，天线是射频卡与读卡器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中，除了系统功率，天线的形状大小和相对位置也会影响数据的发射和接收，周围的电磁场都会对读写距离产生巨大影响，在实际使用中要充分考虑现场环境的干扰。