射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的磁卡及IC卡技術(shù)具有非接觸,、閱讀速度快、無磨損等特點(diǎn)，在最近幾年里得到快速發(fā)展,。為加強(qiáng)中國工程師對(duì)該技術(shù)的理解，本文詳細(xì)介紹了RFID技術(shù)的工作原理,、分類,、標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)應(yīng)用。

RFID技術(shù)利用無線射頻方式在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸,，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的,。與傳統(tǒng)的條型碼、磁卡及IC卡相比,，射頻卡具有非接觸,、閱讀速度快,、無磨損、不受環(huán)境影響,、壽命長,、便于使用的特點(diǎn)和具有防沖突功能，能同時(shí)處理多張卡片,。在國外,，射頻識(shí)別技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化,、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域,。

系統(tǒng)組成和工作原理

最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：

1. 標(biāo)簽(Tag，即射頻卡)：由耦合元件及芯片組成,，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線,，用于和射頻天線間進(jìn)行通信。
2. 閱讀器：讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備,。
3. 天線：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào),。

有些系統(tǒng)還通過閱讀器的RS232(＄780.5000)或RS485(＄49.9800)接口與外部計(jì)算機(jī)(上位機(jī)主系統(tǒng))連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,。

系統(tǒng)的基本工作流程是：閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào),，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活,；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去,；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器,，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理,；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制,，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作,。

在耦合方式(電感-電磁)、通信流程(FDX,、HDX,、SEQ)、從射頻卡到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法(負(fù)載調(diào)制,、反向散射,、高次諧波)以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區(qū)別,，但所有的閱讀器在功能原理上,，以及由此決定的設(shè)計(jì)構(gòu)造上都很相似，所有閱讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個(gè)基本模塊,。高頻接口包含發(fā)送器和接收器,，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動(dòng)射頻卡并提供能量,；對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡,；接收并解調(diào)來自射頻卡的高頻信號(hào),。不同射頻識(shí)別系統(tǒng)的高頻接口設(shè)計(jì)具有一些差異，電感耦合系統(tǒng)的高頻接口原理圖如圖1所示,。

閱讀器的控制單元的功能包括：與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的命令,；控制與射頻卡的通信過程(主-從原則),；信號(hào)的編解碼。對(duì)一些特殊的系統(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法,，對(duì)射頻卡與閱讀器間要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密,，以及進(jìn)行射頻卡和閱讀器間的身份驗(yàn)證等附加功能。

射頻識(shí)別系統(tǒng)的讀寫距離是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù),。目前,，長距離射頻識(shí)別系統(tǒng)的價(jià)格還很貴，因此尋找提高其讀寫距離的方法很重要,。影響射頻卡讀寫距離的因素包括天線工作頻率,、閱讀器的RF輸出功率、閱讀器的接收靈敏度,、射頻卡的功耗,、天線及諧振電路的Q值、天線方向,、閱讀器和射頻卡的耦合度,，以及射頻卡本身獲得的能量及發(fā)送信息的能量等。大多數(shù)系統(tǒng)的讀取距離和寫入距離是不同的,，寫入距離大約是讀取距離的40%～80%,。

射頻卡的標(biāo)準(zhǔn)及分類

目前生產(chǎn)RFID產(chǎn)品的很多公司都采用自己的標(biāo)準(zhǔn)，國際上還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),。目前,，可供射頻卡使用的幾種標(biāo)準(zhǔn)有ISO10536、ISO14443,、ISO15693和ISO18OOO,。應(yīng)用最多的是ISO14443和ISO15693，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都由物理特性,、射頻功率和信號(hào)接口,、初始化和反碰撞以及傳輸協(xié)議四部分組成。

按照不同得方式,，射頻卡有以下幾種分類：

1. 按供電方式分為有源卡和無源卡,。有源是指卡內(nèi)有電池提供電源,，其作用距離較遠(yuǎn)，但壽命有限,、體積較大,、成本高，且不適合在惡劣環(huán)境下工作,；無源卡內(nèi)無電池,，它利用波束供電技術(shù)將接收到的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源為卡內(nèi)電路供電，其作用距離相對(duì)有源卡短,，但壽命長且對(duì)工作環(huán)境要求不高,。

2. 按載波頻率分為低頻射頻卡、中頻射頻卡和高頻射頻卡,。低頻射頻卡主要有125kHz和134.2kHz兩種,，中頻射頻卡頻率主要為13.56MHz，高頻射頻卡主要為433MHz,、915MHz,、2.45GHz、5.8GHz等,。低頻系統(tǒng)主要用于短距離,、低成本的應(yīng)用中，如多數(shù)的門禁控制,、校園卡,、動(dòng)物監(jiān)管、貨物跟蹤等,。中頻系統(tǒng)用于門禁控制和需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng),；高頻系統(tǒng)應(yīng)用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合，其天線波束方向較窄且價(jià)格較高,，在火車監(jiān)控,、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)中應(yīng)用。

3. 按調(diào)制方式的不同可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式,。主動(dòng)式射頻卡用自身的射頻能量主動(dòng)地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器,；被動(dòng)式射頻卡使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)，它必須利用讀寫器的載波來調(diào)制自己的信號(hào),，該類技術(shù)適合用在門禁或交通應(yīng)用中,，因?yàn)樽x寫器可以確保只激活一定范圍之內(nèi)的射頻卡。在有障礙物的情況下,，用調(diào)制散射方式,，讀寫器的能量必須來去穿過障礙物兩次。而主動(dòng)方式的射頻卡發(fā)射的信號(hào)僅穿過障礙物一次,，因此主動(dòng)方式工作的射頻卡主要用于有障礙物的應(yīng)用中,，距離更遠(yuǎn)(可達(dá)30米),。

4. 按作用距離可分為密耦合卡(作用距離小于1厘米)、近耦合卡(作用距離小于15厘米),、疏耦合卡(作用距離約1米)和遠(yuǎn)距離卡(作用距離從1米到10米,，甚至更遠(yuǎn))。

5. 按芯片分為只讀卡,、讀寫卡和CPU卡,。