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目前射频识别技术（RFID）已经成为人们生活中不可分割的一部分。他广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。如汽车、火车等交通监控,高速公路自动收费系统,停车场管理系统,仓储管理,流水线生产自动化,安全出入检查,动物管理,车辆防盗等等。这一技术的应用,不仅提高了工作效率,而且为人们的日常生活带来了很大的便利。
随着互联网、无线通信技术及移动设备的发展,移动商务被越来越多的人所接受,并被广泛使用, RFID 也成为这一新产业的技术热点。普通的读头为固定式读头。
如果把RFID 技术应用到移动商务上来,固定式读头不能满足这一新的需求,必须采用移动RFID（mobile RFID）技术。与传统的固定RFID 技术不同,移动RFID 技术通过将RFID 技术和移动设备相结合,包括特殊的设备及普通的设备（如PDA ,智能手机）,将RFID 技术应用到移动领域。有了移动RFID ,人们可以随时随地得到附有RFID标签的产品的信息及相关身份认证,为移动商务提供了更大的发展空间。
2 移动RFID 技术的应用
研究者已经提出用RFID 技术和PDA 样式的移动设备来发展移动商务。但移动设备和RFID 读头是分离的,RFID 读头采集信息,再把他们发送到网络上去,移动设备则通过互联网或无线网络得到信息。而移动RFID 与此不同,他是直接将RFID 读头与移动设备联系在一起,使之成为一个独立的信息采集者。
目前,实现移动RFID 有2 种方式:一种是利用以SD卡（Secure Digital Memory Card） 形式出现的RFID 读取器;另一种则是将RFID 读头与移动设备本身设计在一起。前一种方式以TradeWind Technologies 发布的RFID读取器为代表;后一种方式以飞利浦的近场通信（NFC） 短距离无线技术为代表。
2. 1 Tradewind 技术RFID 读取器
该RFID 读取器可以使手持设备读和写13.56 MHz的电子产品码（ EPC）,适用于标准的SDIO（输入/ 输出）卡插槽和小型的扩展插槽。这个读取器只有11 mm 的厚度。可读范围为7 cm。可为PCMCIA（ Personal ComputerMemory Card International Association ）存储卡或CF（Compact Flash）卡,并有多种频段可选择。其典型应用包括产品定购、运输管理、产品接收等产品销售领域。
2. 1. 1 产品定购
在传统的移动商务模式中,人们将通过使用移动设备接入互联网来搜索产品,在线定购。此时问题是购买者如何得到关于产品的尽可能多的信息。购买者当然可以在网上搜索信息,但网上的资源过于丰富,这往往需要费很大的功夫。移动RFID 就是一个很好的解决方法。购买者可以通过自己的移动设备轻松得知附有RFID 标签的产品的ID 信息,通过这一ID ,可以在网上查到包括产品特性、制造商、零售商及销售网点等产品的最新信息。
通过这种方式得到的信息是全面、实时、有效的,而且方便快捷。
2. 1. 2 运输管理
运输管理对于移动商务来说是很重要的。在产品运送的过程中,运输条款必须要被严格遵守,以保证产品的质量。特别是某些产品需要被存储在合适的环境中,比如温度、湿度、防碰撞保护等。移动RFID 技术和传感技术为这一需求提供了保证。移动RFID 技术在运输管理上有两方面的应用。
首先,他用来提供产品的基本信息。在运送过程中,所有可能导致产品受损的事件都可以被传感器探测到,而且可以实时地反馈给零售商。反馈的内容中除了包括基本事件,还可以有产品的ID 和其基本信息,他们是由产品的RFID 标签提供的。零售商在得到这些信息后,就可以采取进一步的措施,对产品做出合适的处理。
其次,他用来作为一个移动数据库,记录异常信息。
消费者也可以得知异常记录。异常信息在被送给零售商的同时被标签本身存储,而且是不可擦除的,避免商家欺诈的可能性,增强消费者购物的信心。
2. 1. 3 产品接收
移动RFID 可以解决产品安全性和产品质量监督的问题。消费者使用带有RFID 读头的PDA 或智能手机来检验产品。当接收到自己定购的产品后,消费者可以通过扫描RFID 标签来得到信息。通过移动通信技术和相关软件,可以将得到的信息与自己在网上定购的产品信息、零售商的信誉度相核对,以决定是否要购买这一产品。
2. 2 NFC 技术RFID 读取器
NFC 是在非接触式识别技术和互连技术基础上发展起来的,他可在具备NFC 功能的任意两个设备间实现信息交互、读取内容和获得服务。NFC 技术支持3 种主要应用,包括移动支付与交易、对等式通信及移动中信息访问等。通过NFC 手机,人们可以在任何地点、任何时间,通过任何的设备,与他们希望获得的娱乐服务与交易联系在一起,从而实现和完成付款、获取海报信息、通行证、交通卡、电子名片等功能。
与一般的非接触技术相比,NFC 可将交易信息上载到手机上,同时也可通过手机把这个信息再传到其他装置。与红外线技术相比,NFC 设备能在有源和无源模式下工作,从而实现在非接触式智能卡、RF 应答器等许多无源设备间进行通信。NFC 通过移近两个设备,能设置和初始化蓝牙和802.11 等无线协议,使设备能在更远的距离内或以更高的速率传输数据。同时,NFC 也能与非接触式智能卡连接,兼容广泛建设的基于ISO14443A 的非接触式智能卡设备。
NFC 使用的是PN511 传输模块, 这是一款应用于13.56 MHz 非接触式通信中高度集成的传输模块。他采用先进的调制与解调概念,完全集成了13.56 MHz 频率下各种无源非接触式通信方式与协议。
3 以智能手机为平台的第二代身份证阅读器的设计
2005 年,我国开始了第二代居民身份证的换发工作。
第二代居民身份证的普遍推广对身份证的信息存储和识别功能提出了要求。二代证采用了非接触式的逻辑加密卡,卡与读卡模块之间的通讯标准为ISO/ IEC14443 的Type B 协议,他们的数据传输率为106 kb/ s 。目前,已经开发出了许多身份证阅读器,这些阅读器多为联机使用的,采用的是Type B 非接触IC 卡阅读技术,通过内嵌的专用身份证安全控制模块,以无线传输方式与第二代居民身份证内的专用芯片进行安全认证后,将芯片内的个人信息资料读出,再通过计算机通讯接口,将此信息上传至计算机。安装在计算机中的阅读软件,将这些信息解码成文字和相片进行显示和存储。由于要和后台计算机相连,很显然,这些设备并不适合在移动商务中读取身份证信息并联网查询。因此,这方面的需求就需要有移动RFID 技术做支持。
为移动商务人员定制带有身份证阅读器的智能手机是解决这一问题的一个方法。将RFID 芯片嵌入智能手机,一方面能够利用手机服务商提供的GPRS 或CD2MAX1 ,TDS CDMA ,WCDMA 组成的无线网络将手机用作无线网络终端,方便地将采集到的数据传输出去;另一方面能够利用数据加密装置和身份识别装置组成安全性能很高的手机银行和用作安全可靠的专用无线终端设备。查验身份证的人员可以通过视读的方式简单识别身份证持有人的真伪,也可以通过无线手持式设备读出身份证信息并在该设备上显示,同时还可以通过该移动设备把身份证信息传送到控制中心作进一步的身份验证,最后返回验证结果。
3. 1 硬件设计
该设计可分为以下几个部分:主控制器,二代证专用解密芯片, RFID 读卡芯片, 天线。系统原理图如图1所示。
图1 读卡系统原理图
（1） 主控制器采用16 b 超低功耗的混合信号处理器MSP430 系列单片机,其针对实际应用需求,把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上,提供“单片”系统解决方案。
（2） 解密芯片保证了信息传输的安全性,是读取第二代身份证信息的基础。若无此部分,该设计就成为独立的RFID 读取器。
（3） FM17XX系列是基于ISO14443 标准的系列非接触卡读卡机专用芯片,采用0.6 μm CMOS E2 PROM 工艺,可分别支持13.56 MHz 频率下的Type A ,Type B 和15693三种非接触通信协议,支持MIFARE 和SH 标准的加密算法。可兼容Philips 的RC500 ,RC530 ,RC531 及RC632 等读卡机芯片。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路,只需最少量的外围电路就可以工作,支持6 种微处理器接口,数字电路具有TTL ,CMOS 两种电压工作模式。
（4） 天线部分采用直接匹配天线的设计。由于空间限制,读卡芯片与天线之间通过导线直接连接。设计中采用铁氧体屏蔽和电磁屏蔽。铁氧体屏蔽用于减少金属对天线的影响。天线所产生的交变磁场会在靠近他周围的金属物体上感应出电压,从而在该金属表面产生涡流,导致天线失谐并减弱磁场。结果是减少工作距离且可能产生传输出错。有实验证明,当天线线圈和铁氧体平板间存在5 mm 范围内的重叠区域时,铁氧体屏蔽可以取得最好的效果。这将使得用于与卡进行通信的漂移场和铁氧体屏蔽间取得平衡。电磁屏蔽用于减少由天线线圈本身产生的磁场,为了在PCB 板上做一个屏蔽的天线,至少要做到四层板,最上层和最下层要有非封闭的屏蔽环路。这样的环路提供了电磁屏蔽,并改善了电磁兼容性。
（5） 自带电源。由于读卡器要向空间发射无线信号,需要消耗较多电能,而普通智能手机的电池设计仅考虑系统本身的功耗,没有将附加设备的功耗考虑在内,所以造成电池能量较快消耗完。本系统根据读卡子系统的功耗特点选用适当加大容量的电池系统,使整体系统的使用不受影响。
这一设计要求有额外数据通信接口的智能手机作为载体,目前这一载体已成形。
3. 2 工作流程
设计的RFID 读取器部分的工作流程如图2 所示。
工作流程包括开机自检、读卡操作、无线网络通信、信息中心处理、信息上传无线网络、智能手机接受信息等过程。
图2 读取器部分工作流程图
4 结 语
移动商务是一种新兴的产业,对移动RFID 技术有广泛的需求。相关技术虽然不是很成熟,但他将是未来发展的一个趋势。本文提出了第二代身份证阅读器的设计方案,这一方案具有简化产品设计,借助于现有成熟的智能手机平台和无线传输技术来完成新的需求,实现读取器与手持设备一体化设计的特点。本设计还可用于民航、银行、出入境等众多与身份认证相关的场合。