Q1 什么是RFID?
A:RFID全称Radio Frequency Identification,它是一种非接触式的自动ID识别技术。通过射频信号通过对某个目标的ID自动识别得到对象的个体信息,并获取相关数据。作为快速、实时、准确采集与处理对象物的ID信息的技术,已经被世界公认为本世纪十大重要技术之一。它在生产、零售、物流、交通等各个行业得到了应用并有着广阔的前景。在某种意义上说,该技术可称为条形码的无线识别的上位版本。RFID具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。实际上,RFID并不仅仅是条形码的无线识别的上位版本,它在泛社会化应用中越来越发挥出不可替代的作用。
在介绍或学习某项技术时,对于其“定义”的理解有时十分必要。如果“定义”都不甚了解,很难做到对技术的真正了解。例如汽车的遥控门锁,因为它利用了无线电波,而且只对门钥所特定的汽车ID起作用,那么它就是RFID。另外,有些技术是跨门类的。例如GPS(Global Positioning System),解释为“全球卫星定位系统”,但是它可以被用作对某个特定物或人的跟踪,而且又是利用无线电波,因此我们也可以把它视为一种“RFID”技术,或至少称之为相关技术。另外,利用PHS(在我国俗称“小灵通”)的机站和天线分布密度高的特点,同样可以用来识别ID所特定的个体的位置,我们也可以称之为“RFID”,或RFID的关联技术。大家也许熟悉在一般RFID系统中的电子标签和读写器是什么样子,但切不要以为只限于那些形式。在PHS系统里,手机和机站也能相互成为“标签”和“读写器”,以断定手机所在位置。
Q2 RFID系统是怎样组成的?
A:最基本的RFID系统由三部份组成:
1)电子标签(IC Tag)和应答器(Transponder):由天线、芯片、(电池)以及封装材料组成。根据是否搭载电池,分为主动(有源)式和被动(无源)式两种。 天线、芯片、(电池)组成的单元是电子标签的核心部分,可以称为应答器。如果根据不同需要将应答器封装后成为的卡片状、圆状、条状时虽可以统称为电子标签,但根据实际需要就会被冠以其它更实用的名称。例如我国的第二代居民身份证虽然是一种电子标签,但一般不称其为电子标签。人们往往与条码的印刷纸质标签相比,称之为电子标签不足为过。但是如果不把它用作标签时,称之为标签则不太贴切,所以不如统称为应答器。它的核心作用正是应答下文所解释的“读写器”的要求,把它内藏的ID等信息发送出去。
2) 读写器:其起作用是向应答器索取或向应答器传送ID 等信号。读写器可以简化为射频接口和控制单元两个基本模块。射频接口包含发送器和接收器,其功能包括:产生一定功率的射频信号以启动被动式应答器工作;发射调制过的信号,对接受信号进行解调等。可以在读写器内部搭载天线,也可以在读写器外单独设置天线。读写器可以和计算机连接并且向计算机传送ID信号或得到根据ID检索到的信息。有的读写器还可以用显示器来表示解读后的ID等信息。有些读写器只有读取/解读功能,不能向应答器写入数据,此时可以称之为阅读器。但是为统一和方便起见,即使没有写入功能,有时我们也称其为读写器。
3)天线:作为读写器的外置天线,是连接在读写器上的。外置的原因在于有时天线的体积很大。另外,天线的外置还可以适合各种实际应用的需要。例如为了尽量靠近应答器所标示的物体,只需天线去靠近而不必让读写器与天线一同去靠近被标示的物体。
Q3 RFID是怎样工作的?
A:系统的基本工作流程
应电流,应答器获得能量被启动;应答器将自身保存的ID等信息通过天线发送出去;读写器通过天线接收到信号后,对信号进行处理分离出需要的信息。阅读器将信息传送给上位系统,进行后台系统的检索和管理。系统根据判断该应答器的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号来控制执行机构动作或在显示器上表示结果。以上介绍的是不带电池的应答器,需要从外部获得电源。
Q4 根据是否有电池RFID应答器有哪些种类?
A:根据供电方式分为主动式和被动式。主动式是指芯片是由内部的电池提供电源,其作用距离较远,但寿命有限、体积较大、成本高,且不适合在恶劣环境下工作。被动式无电池内藏,它利用来自读写器的电波波束供电技术将接收到的射频能量转化为直流电源为卡内电路供电,其作用距离相对主动卡短,但寿命长且对工作环境要求不高。按调变方式的不同可分为主动式和被动式。主动式应答器用自身的射频能量主动地发送数据给读写器;被动式应答器使用调变散射方式发射数据,它必须利用读写器的载波来调变自己的讯号,该类技术适合用在门禁或交通应用中,因为读写器只需启动一定范围之内的应答器。在有障碍物的情况下,用调变散射方式,读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。而主动方式的应答器发射的讯号仅穿过障碍物一次,因此主动方式工作的应答器主要用于有障碍物的应用中,距离更远(可达30公尺)。
Q5 RFID应答器传送电波有哪些方式?
A:由电波耦合于电波发射两大类。电波耦合方式上有电感、电磁等种类。
Q6 应答器与读写器之间信号的通信距离与哪些因素有关?
A:射频识别系统的读写距离是一个很关键的参数。目前,长距离射频识别系统的价格还很贵,因此寻找提高其读写距离的方法很重要。影响应答器读写距离的因素包括天线的工作频率、阅读器的RF输出功率、阅读器的接收灵敏度、应答器的功耗、天线及谐振电路的Q值、天线方向、阅读器和应答器的耦合度,以及应答器本身获得的能量及发送信息的能量等。大多数系统的读取距离和写入距离是不同的,写入距离大约是读取距离的40%~80%。
Q7 功率和通信范围有什么关系?
A:射频识别系统的通讯范围取决于以下几个因素:
用以和应答器对话的读写器可使用的功率。
读写器本身可使用的功率和性能,如信噪比(signal to noise ratio)。
周边环境的条件与影响 其中环境条件的影响在较高频的情形下更为显著。虽然可使用功率的大小是决定通讯范围的主要因素,但是使用功率的方式与效率也会影响通讯范围的大小。天线所发射的磁场或无线电波,会以天线为中心扩展到其周围空间,而这个磁场或电磁波的能量会随着距离的增加而减少。我们可以利用天线的设计,来决定其所形成磁场或波传导的形状,所以射频识别系统的通讯范围也会受读写器与天线之间形成的正向角度的影响。
在一个无障碍的空间,或是在一个不具有任何会吸收电波之结构的空间当中,磁场的能量会以距离平方的比例减少;而当电波在一个空间区域中传导的时候,该空间的地面或障碍物都可能会造成反射的现象,造成能量减少的程度差异极大,减少的比例甚至可能高达距离的四次方。当以多种路径进行传导时,这个现象被称为“多路衰减”。另外在使用较高频率时,空气中的湿气会吸收电磁波,进而影响通讯范围。因此在许多应用当中必须考虑系统外在的和内在的环境对通讯范围所造成的影响。然而在评估应用系统内部所使用的一些反射性金属“障碍物”的同时,不仅要考虑到这些障碍物的数目会随着时间而变化,更需要进一步地通过对环境的评估来建立这些改变可能带来的影响。
尽管可以根据应用系统的需求来选用大小不同的功率,但是并不能随心所欲地选择。这是因为可用功率就像载波频率一样,需要受到政府的规范和监管。在提到无线识别系统的功率时,通常是用100到500毫瓦这个数字,但是实际上的数字还是要得到系统所在国家的主管机关的许可。
Q8 根据使用频率,RFID应答器有哪些种类?
A:按载波频率分为低频应答器、中频应答器和高频应答器。低频应答器主要有125kHz和134.2kHz两种,中频应答器频率主要为13.56MHz,高频应答器主要为433MHz、860MHz-960MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低频系统主要用于短距离、低成本的应用中,如多数的门禁控制、校园卡、动物监管、货物追踪等。中频系统用于门禁控制和需传送大量数据的应用系统;高频系统应用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合,其天线波束方向较窄且价格较高,在火车监控、高速公路收费等系统中应用。
Q9 目前有哪些国际标准适用于各类
是:阅读器通过发射天线发送一定频率的射频讯号,当应答器进入天线的工作区域内时产生感
应答器?
A:目前,可供应答器使用的几种标准有ISO10536、ISO14443、ISO15693和ISO18OOO。应用最多的是ISO14443和ISO15693,这两个标准都由实体特性、射频功率和讯号接口、初始化和反碰撞以及传输协议四部份组成。
Q10 按照读写能力RFID标签有哪些种类?
A:按芯片分为只读型、只写一次性,反复读写型。
Q11 应答器具有智能吗?
A:应答器的所谓智能还不能做到像人工机器人那样会下象棋。有时,只要具有了计算功能,我们就不防说它具有了一定的智能。例如,有些供销费用的应答器封装成的卡片不但可以通过读写器来读写数据,还可以进行计算。通过计算,持卡人在消费前原有多少余额,本次消费多少,消费后还剩多少余额。再把计算结果存入卡中。但是,我们还要考虑这种计算是否由应答器进行的,其实读写器完全可能帮助应答器来计算。大多数应答器只能根据外部指令存储和取出ID信息,与“条码”类似,只为外部设备提供数据。这样的应答器不能说它具有“智能”。
Q12 应答器与读写器之间传输信号都是通过“天线”传送的吗?
A:一般认为应答器和读写器之间是通过“天线”间的通信来进行数据的传输的。射频识别系统根据两种原理传送数据,一种以电磁耦合或电感耦合,另一种以电磁波传送。目前,这两个方式都被分类为射频识别系统。利用“天线”传送信息成为应答器与读写器的一个不可缺少的特征。严格说来,上述的电磁或电感耦合所使用的“天线”有点类似于变压器中的线圈。“天线”这个名词一般适用于上述电磁波传送系统中,虽把它使用于电磁、电感耦合系统中虽不够准确,但也能粗略地描述其信号传送方式和路径。
Q13 ID等数据是如何通过空中接口被传送的?
A:数据的传送不仅受制于一些难以预测的变化,还受包括空气等的数据传送媒介、以及传送数据所用频段的影响。在通讯频道中,电磁波的噪音、干扰、以及扭曲失真等现象都是造成数据丢损的主要原因,如果要达成零误差的数据传送。为了避免这些现象的产生,为了通过空中接口中或在两个通讯组件之间相隔的空间中有效地传送信息,数据必须重迭在一个呈周期变化(如正弦) 的场或载波上,这种重迭的技术称为“调幅”,“调频”或“调相”,我们可以将这些称为编码。这三种编码技术的正式名称为:振幅调变(ASK)、频率调变(FSK)、以及相位调变(PSK)。尽管这些编码的机制对射频识别系统的使用者来说是察觉不到的,系统协议都要规定所使用的编码系统。目前有许多不同的编码系统,而且每个系统的表现都呈现不同的特色。
Q14 为什么要对RFID无线通信中的使用频段加以规范?
A:在有线通讯系统中,物体以实体的线路相互连接,有效地将通讯联机与网络本身相互隔离。而无线电通讯频道一般所采用的方式是通过频段的分配来进行隔离。频段的分配通常都是由政府立法来执行,将电磁波谱分段,分配给不同的目的使用。各国政府分配电磁波谱的方式,因对射频识别系统应用上的考虑不同而有所差异,而射频识别系统标准化的目的就是在寻求排除产生相死干扰的可能性。
Q15 RFID有哪些基本的使用频率及相对应有哪些典型的应用?
A:射频识别系统通常使用四个频段,各为低、中、高、超高频。以下列举了这四种频段所涵盖的范围,另外还包括了典型的系统特色与主要应用范围。
各频段的范围与应用如下:
频段:低频100-500 kHz
特色:短至中程的读取范围,价格偏低,读取速度慢
典型应用:门禁系统、动物识别、存货控制、汽车芯片防盗锁
频段:高频10-15 MHz
特色:短至中程的读取范围 可能低价
读取速度中等
典型应用:门禁系统、智能卡
频段:超高频860-960 MHz
特色:读取范围大、读取速度快
典型应用:供应链管理、集装箱、铁路车厢识别
频段: 超高频 5.8 GHz
特长:读取距离长、受限于视线直线距离
典型应用:高速路上的车牌管理、道路收费系统
RFID可利用的频段并不是在每个国家都能适用的,因为各国的政府可能将某频段分配给特定的使用者。且每个国家都会针对各个频段,以法令规定该频段所适用的用途,而这些规范所规定的项目可能包括功率的大小、电波干扰等。
Q16 应用不同频率的应答器时,有哪些需要注意电波法的情况?
A:在上问中的低频、高频、超高频中比较引人注目的是860-960MHz的频段。这个频段大多被各种通信所利用。各个国家对这个范围内的电波使用管理最严厉。在我国在这个频段内还没有划出供RFID使用的频段。很多企业在这个频段内的应用大多是在进行小规模的试验。但一般说来,其它频段没有什么问题。