RFID技术概论

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这是一篇台湾工研院电子所 林禹臣写的RFID简介性的文章,可作为了解RFID的入门读物

何谓RFID

RFID (Radio Frequency Identification )-「无线射频身份识别系统」,我们常称为感应卡、感应式IC卡或近接卡、非接触卡等等。是针对接触式系统的缺点而发展出来,利用射频讯号以无线方式传送及接收数据数据且同时使用此射频讯号来做无线传能,因此识别卡不需与卡片阅读机接触即可做数据的交换, 而且卡片本身不需使用电池, 所以卡片就可以永久工作。
 

RFID的优点

1.除了天线外之所有组件皆己做成芯片,可有效降低成本。
2.使用无线传能,不必使用电池不用担心电池秏尽的问题。
3.芯片密码为世界唯一无法复制COPY,安全性高。
4.可制成各种包装类型, 以应用在各种不同场合。
5.采近接式读卡, 不用和卡片阅读机直接接触、不用刷卡所以不怕接点脏污及磨损, 可放置于口袋、皮包内,不必取出就能直接辨识,增加使用上的便利性。
6.卷标数据可重新由卡片阅读机更改,用完可回收再利用。
7.使用寿命长。
 

RFID的应用

以国内RFID的应用来说, 最早应属动物芯片了, 台北市目前所使用的悠游卡也是使用RFID, 而一般门禁的管制, 汽车芯片防盗器, 航空包裹及行李的识别, 感应式电子标签, 文文件追踪管理, 生产线自动化, 停车场管制, 商店防盗, 后勤管理, 移动商务, 产品防伪, 物料管理, 甚至于也有人把它用在赛跑选手的计时方面, 以目前电子卷标的芯片成本大约落在20美分到1美元之间, 因为单价还是偏高,所以目前还只使用在高单价商品上, 而业界目前的目标是设法使其降低到10美分之下, 预计提高至0.13μm的制程,可望在2005年使RFID标签成本降至5美分, 预估至2008年全球RFID市场将超过30亿美元。
 

RF-ID的频率使用范围

目前RFID主要使用频段以低频的134.2 KHz 及13.56MHz为主, 其它的频率也有厂商投入生产. 而这两个频段传输距离较短大约5公分~70公分左右,数据传输率也因频宽的关系, 速度也只有10kbps左右, 所以为求有更远的传输距离及更高的传输速率,目前厂商都往更高频300MHz ~ 1GHz的UHF频带及2.4GHz的SHF频带上,开发智能型的RFID标签。 目前UHF频段的RFID标签最远可达近5公尺的传输距离,且每秒最多达40个封包的传送,可大幅提升现阶段的应用层次。


目前RFID所使用的频段及功率规定,数据来源:https://rfid-handbook.com
 

RFID的工作原理

一套完整的RFID系统, 是由卡片阅读机(Reader)与电子卷标(TAG)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用程序数据库计算机系统三个部份所组成, 其动作原理为由 Reader 发射一特定频率之无线电波能量给Transponder, 用以驱动 Transponder电路将内部之 ID Code送出,此时 Reader 便依序接收解读此ID Code, 送给应用程序数据库系统做应用。


RFID的通讯及传能的感应方式

以RFID 卡片阅读机及电子卷标之间的通讯及传能感应方式来看大致上可以分成, 感应偶合(Inductive Coupling) 及后向散射偶合(Backscatter Coupling)两种, 一般低频的RF-ID大都采用第一种式, 而较高频的就大多是采第二种方式.



RF-ID系统的构成:

1.RFID卷标(TAG)卡片:其本身包含了

a.天线:用来接收由卡片阅读机送过来的信号,并把所要求的资料送回给卡片阅读机.
b.AC to DC电路:把由卡片阅读机送过来的射频讯号转换成DC电源,并经大电容储存能量,再经稳压电路以提供IC稳定的电源.
c.解调变电路:把载波去除以取出真正的调变讯号.
d.微处理器:把卡片阅读机所送过来的信号译码, 并依其要求回送数据给卡片阅读机,若为有加密的系统还必需做加解密动作.
e.内存:做为系统运作及存放识别数据的位置.
f.调变电路: 微处理器所送出的信息经由调变电路调变后载到天线送出给卡片阅读机


2.卡片阅读机(READER): :其本身包含了

a.天线:用来发送无线信号给Tag,并把由Tag响应回来的数据接收回来.
b.系统频率产生器:产生系统的工作频率.
c.相位锁位回路(PLL):产生射频所需的载波讯号
d.调变电路:把要送给Tag的信号载在载波送给射频功率晶体送出.
e.微处理器:产生要送给Tag信号给调变电路,并同时把Tag回送回来的讯号译码, 并把所得的数据回传给数据库计算机,若为有加密的系统还必需做加解密动作.
f.内存:做为系统运作及存放识别数据的位置.
g.解调变电路: 把tag送过来的微弱信号解调回数字信号,再送给微处理器处理.
h.RS-232界面:用来和计算机联机
 

上图是ISO18000-6的卡片阅读机系统方块图数据

 

3.应用程序数据库计算机系统:其本身包含了

a.计算机硬件:连接、显示及处理卡片阅读机运作。
b.控制用应用程序:控制卡片阅读机的运作,接收读卡所回传的数据,并作出相对应的处理,如开门、结帐、派遣、记录...等。
c.数据库:储存所有Tag相关的数据,供控制程序叫用。