RFID在嵌入式移动设计中的应用

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RFID (无线电频率识别)技术有可能成为嵌入式系统设计中一个普遍和重要的组成部分。除了在库存管理等传统应用外,最近RFID在标签和高速,远程阅读功能取得的进展方便嵌入式系统设计人员能够轻松地整合功能,如存取控制,防止假冒,简化支付,医疗鉴定,动态定价,产品历史,以及远程资产跟踪。嵌入式RFID应用通常将携带产品或系统信息的阅读器进行合并,以增加当地的数据收集功能,这样就能有效增强产品的主要功能。现在,您可以在酒店,监狱,医院,零售商店,农场,赌场,收费公路,工厂,还有一系列的商业和军用车辆找到嵌入式RFID的应用。伴随着嵌入式系统开发商承认RFID价值和在新设计中的应用,这些非传统RFID应用将变得司空见惯。

从它的概念在本世纪中叶被首次提出,RFID技术已快成为下一次大的技术变革。美国军方早在第二次世界大战中就开始使用早期形式的RFID技术来区分敌方和己方的飞机。在20世纪70年代和80年代,商业RFID应用开始第一大发展,主要用于在单一位置对一个目标进行跟踪或确定。但是,许多早期RFID开发商开发的应用基础上都基于自己的专有技术,不同公司的产品标签都使用一种独特的方法进行通信,而且需要专门的阅读器硬件。这种规范的缺乏导致行业分散,RFID只能缓慢地发展,辜负了RFID技术的大面积实现。今天,开发商正在纠正大多数早期RFID出现的问题, RFID正成为迅速成长为在专用系统,物流,访问控制,防止假冒,单品级库存管理,非接触式支付,以及一系列新的嵌入式系统的应用等方面的大产业。

RFID技术一个最基本和广泛的使用是EAS (电子物品监视)系统,零售商使用此高技术来防止商店盗窃。盗窃使得RFID行业每年获得数十亿美元的收入;因为盗窃零售商每年的损失是如此之高,所以他们很容易希望购买昂贵的电子系统来遏制盗窃行为。EAS系统在商店出入口采用大型天线面板,并在高盗窃风险物品上安装安全标签。EAS系统背后的基本原则包括使用发射机在整个商店的出口地区制造一个电磁场环境和一个可以检测不同的领域的接收器。当通过商店出口时,安全标签内部的小调谐电路或磁性材料可以改变电磁场,并使得接收器检测到该变化激活警钟。当顾客购买了商品,店员移除或停用安全标签,才可以防止顾客出门时产生空报警。

数据反映

开发商的大多数新的RFID架构基于低成本转发器,或标签,其中包括一个数据存储和通讯用的芯片,还有一个外部天线。标签有两种基本种类:被动和主动。被动式标签没有电源,并依靠阅读器发送的射频信号,在天线产生一小电流;当前这股一小电流作为阅读器响应的发送是足够的。 RFID标签通过响应阅读器射频信号能量的不同来惊醒数据传输。根据阅读器的输出功率,天线配置和工作频率,被动式标签只有30英尺大小。由Bielomatik公司生产的RF-LoopTag产品,可扩展天线安排,提供短距离和中等距离的被动RFID标签(图1)。
您可以大大延长RFID标签的使用范围,此类标签包含自己的电源,如内部电池。有源标签可以以更高的功率水平传输数据,而且一般比被动标签更精确。有源标签被认为可以普遍使用在贵重物品上,如军用车辆或货物集装箱。RFID系统的天线配置取决于应用,阅读期间的环境,与工作频率。

政府已为RFID划分数个频段资源;但是,他们没有世界范围内统一的频段资源。 LF(低频)设备运行在125-134kHz频率范围内,在访问控制,动物识别,资产跟踪,汽车安全智能钥匙等方面都有应用。在HF(高频),13.56MHz标签可以在不到3英尺范围内进行申请应用。与其他频段相比,HF标签在传输数据时即使附近存在金属或水也不易受到干扰。UHF(超高频)频段(860至960 MHz)在新应用方面很受欢迎,因为3至5米阅读范围和更高的数据交换率。典型的超高频应用领域包括附在托盘和集装箱上的资产标签跟踪,通过阅读器安装门户运营商可以发现并记录货物信息。

在过去的几年里,出现了在每个频带集中努力为标签和阅读器创造一套统一标准的努力。ISO (国际标准化组织)和IEC(国际电工委员会)已经制定了大量RFID标准所涉及许多方面,如频率,数据编码方式,和RFID技术的应用。举例来说,ISO / IEC 14443和15693标准为支付系统和非接触式智能卡应用的RFID标签技术定义了通信接口协议。国际标准化组织还制定了RFID标签和阅读器测试性能的标准。此外,ISO / IEC 18000系列还为自动识别和项目管理系统和供应链中的货物跟踪制定了空中接口协议。

转发

一些厂商为使用的标签生产RFID转发器芯片。例如,德州仪器公司提供了一系列高频标签- 1 -加-转发器IC芯片,符合ISO / IEC 15693全球标准产品认证,在访问控制,资产标签,供应链管理,以及票务等方面均有应用。这些产品提供了一个用户可以访问的内存一样大的2048位64块和扩展命令集,支持选择一个标签和读,写,或锁定存储数据。该设备通过一个独特的识别码可以识别出现在阅读器射频范围内的多个转发器,识别码是在工厂里进行编程和锁定的。根据ISO/IEC 15693,阅读器和转发器间的通信或下行通信为高或低的数据速率使用ASK(幅移键控)或FSK(频移键控)调制方式。转发器以同一模式进行应答,阅读器利用该模式进行判决。该技术上行和下行通信使用帧同步和CRC(循环冗余校验)校验和来保证正确传输。

大多数嵌入式RFID应用需要一个专用的阅读器作为解释当地标签设计的一部分。自动售货机提供了一个很好嵌入式RFID应用的说明。由于内置的阅读器,机器可以接受RFID卡的非接触式支付。此外,如果去除商品的标签,这台机器可以跟踪其库存,自动进行填充。小型和低成本嵌入阅读器在这些应用方面是必需的,可以从德州仪器, SkyeTek,Parallax等等公司获得。例如,Parallax与Grand Idea Studio工作室合作开发低成本RFID阅读器模块,采用动转发器标签,可以进行访问控制,自动识别,机器人,导航,库存跟踪,支付系统和汽车固定的应用(图2)。该模块采用2400波特率串行接口和一个5V的直流电源。Parallax阅读器价格开始不到40美元。
对于更加健壮或工业应用,GAO RFID技术提供了超高频RFID读/写功能,可以支持两个外部天线(图3) 。运行在902到928MHz频段,模块236002应用目标是高速村储,分销,制造和应用。该模块能够识别以10m/s在7m范围内移动的物体。该模块需要12V的直流电源和串行RS-232或以太网接口通信。
嵌入式RFID技术也非常适合高速捕捉赌场桌上难以发现的作弊和手部动作的花招。随着正确的数据捕获工具,赌场经营者可以监控赌客的行为来检测卡计数,调整促销活动,并尽量减小经销商的错误。例如,国际游戏科技进步和游戏国际联合开发了赌桌ID桌面游戏自动化系统,它结合了基于软件的赌桌管理和一系列RFID芯片扫描仪模块。最新的RFID芯片的游戏运行在13.56兆赫和存储超过10 kbits的内容。游戏期间,在各个位置的芯片阅读器查明并记录每个游戏参与者的赌注。赌桌ID系统每小时计算一次赌客的投注模式,总结交易活动,并记录赌客们的决定。该系统会自动更新信息,如平均赌注,无需用户交互的赢/赔纪录。一些供应商制造基于RFID的游戏令牌来满足赌桌的自动化。例如,游戏伙伴国际生产商Bourgogne 出品的Safechip系统(图4)。
RFID技术在许多应用中已开始取代传统的条形码。例如,一些图书馆已经开始使用RFID标签取代条形码来识别书本的标题,摘要和数据库信息等资料。在过渡期间,联合系统在用户结帐时可以阅读条形码和RFID标签。相比条形码RFID系统提供几个方面的优势,如不需要视线要求,允许同时阅读多个标签,以及更多的数据存储。RFID标签也可以作为安全装置,以确保书籍被借阅之前,所有借款是否已经过适当的记录。图书馆卡可以使用RFID标签,以进一步简化借贷,并支持顾客为上品进行自助结帐。

无芯片RFID

制造商已经证明RFID系统不需要硅应答器集成电路。例如,制造商可以以铝光纤这样一个模式嵌入到印刷文件或包装材料中,光纤反映了射频信号的识别数据。另一个无芯片系统使用拥有不同程度磁性的小型化学粒子。当你使这些化学粒子的电磁波从一个阅读器发射了一个独特的信号时这些化学粒子被激活,即解释作为一个二进制数。多达70种不同的化学品可供选择,阅读器可以从一个嵌入RFID基于混合物的化学微粒项目中解释出一个独特的二进制数。印刷电子技术还可以存储用于专门喷墨或高速打印机的转发器电路和一个天线,直接用于生产物品或其包装,标签的RFID和条形码阅读器。

当RFID应用扩展到消费者水平,设计师必须考虑隐私问题。例如,战略位置的阅读器使用RFID技术可以悄悄地询问许多智能卡,智能钥匙,护照和生活转发器的标签。同样,作为共同的消费者项目,如服装和配件很容易成为溯源,营销专家可以很容易地在商店里为顾客所选择的服装标签安装低成本阅读器,更多地了解他们客户的购物习惯。随着项目级别的系列化,软件分析可能知道在何处以及多久之前客户购买,甚至偷走了一件衣服。通过结合RFID和数据相匹配的客户档案资料,零售商可以轻易侵入竞争对手制定的营销计划。

虽然RFID技术的使用很普遍,但它仍然尚未充分发挥其潜力。该技术的倡议者经常预言,您应该能够走进出口的零售或杂货店,将产品装满购物袋,直接走出商店而不必结帐。RFID阅读器会扫描您的购物袋中的物品,并将在您的口袋里的RFID信用卡进行自动收费。现在,随着嵌入式系统设计师使用新的工具和组件,这些类型的RFID应用可能会更能满足你的想法。敬请期待。
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