RFID技术在物联网中的应用分析

2012-04-29 23:37张罡
电脑知识与技术 2012年32期
关键词:RFID技术工作原理物联网

张罡

摘要:物联网是一种新兴的网络技术,RFID技术在物联网中具有重要作用,越来越受到人们的重视。该文首先介绍了物联网的概念以及发展现状,然后阐述了RFID技术的内涵、分类,重点分析了RFID系统的结构以及工作原理,探讨了现阶段RFID技术在物联网中的应用。

关键词:RFID技术;物联网;应用;结构;工作原理

中图分类号:TP271 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2012)32-7874-03

随着信息技术的发展,物联网也不断得到发展,受到人们的重视。物联网是一种大规模的自组织网,是利用RFID技术以及传感设备获得关于物体的具体的信息,然后对这些数据信息进行处理,以实现智能化转变,实现监控并分析和处理问题。RFID技术运用射频信号以及耦合传输,自动识别目标物体,获取和传递数据信息。RFID技术是先进的非接触自动识别技术,在物联网中具有重要的应用。

1物联网概述

随着科技的发展,信息技术进入到一个新的阶段,在新兴的信息技术中,物联网占有重要地位,是对传统的互联网进一步的延伸,并且实现了任何物体之间的信息交换。具体来说,物联网是利用RFID技术以及传感设备获得具体的信息,然后根据约定协议进行传递,以实现对各种数据信息的智能化处理及监控,是一种规模比较大的组织网络。物联网的典型特征表现为:全面感知性,获取信息更加方便快捷;可靠传递性,信息传递更加及时准确;以及智能处理,利用先进的计算机技术,对各种信息以及数据进行处理和监控。

物联网的层级结构可以分为四层:信息采集层、信息传输层、信息运营层、整合应用层。1)信息采集层,这一层是运用先进的技术手段,收集各种信息和数据,并对这些信息和数据进行标记,将其转变为可以进行自动化处理的智能数据。2)信息传输层,这一层主要是通过运用传感器,将采集到的信息进行传递整合。3)信息运营层,这一层主要是信息的进一步分析以及处理,或者根据要求进行分类管理,建立一个信息平台。4)整合应用层,这一层主要是根据信息分析实际问题,对于现实问题的处理和决策提供依据。从这个分层结构可以看出,信息的收集和处理是关键,而RFID技术的运用可以有效地自动识别目标物体,获取所需数据信息。

2RFID技术概述

2.1RFID技术概念

RFID技术即无线射频识别技术,也叫做电子标签,是一种新型的非接触自动识别技术,实现了脱离物理接触的限制以及人工干预,对于普适计算环境的建立和发展具有重要作用。主要运用射频信号以及耦合传输,达到自动识别目标物体的目的。无线电技术以及芯片技术是RFID的基础。RFID系统结构比较简单,由阅读器、标签和天线三大部分组成。可以有效实现对物体的追踪以及监控,具有操作便捷、可以识别多个目标,可以识别高速运动的目标,对工作环境限制小等优点。

2.2RFID技术分类

RFID技术系统根据不同的频率主要分为低频、中频以及高频系统三类。

低频系统的频率一般位于100-500kHz之间,低频系统的标签具有成本低,形状多样的特点,同时具有数据量保存比较少,而且阅读距离相对较短、预读速度不高、阅读天线缺乏稳定有效方向的缺点,因此主要适用于门禁系统等对技术要求相对不高的环境。中频系统的工作频率位于10-15MHz之间,中频系统的标签内存数量比较大,而且阅读距离增加,阅读速度实现中等速度,但是其标签以及阅读器的成本比较高、同时阅读天线缺乏较强的方向性。适合运用于于门禁系统以及智能卡的工作环境。高频系统的标签形状为软衬底,基本特点是标签内存进一步增大,阅读距离比较远而且阅读速度很快,但是标签和阅读器的成本很高。目前主要运用于火车车皮监视以及零售系统。

3RFID技术在物联网中的应用分析

3.1RFID系统组成

一个基本的射频识别系统要包括标签、阅读器以及天线三部分。阅读器发出射频信号,磁场内的标签获得能量并实现和阅读器之间的通信。然后阅读器读取标签存储的信息并进行解码,然后把数据信息传递给管理系统进行处理。

3.1.1标签

电子标签,也可以被称为射频卡,主要是由耦合元件和芯片组成。通过贴标签的方式,实现了把目标物体变为智能物体,进行跟踪和监控,因此电子标签是RFID系统的数据载体。通过天线的连接,阅读器和电子标签之间可以进行通信,进而实现读出以及输入标签的识别码以及数据。标签的形状具有多种,可以根据实际需要来设计,以保证标签不易被损坏,保护标签内存数据。电子标签的优点很多,体积小使用便捷,较高的数据存储量,使用寿命比较长,而且还可以实现对于快速运动目标以及多个目标的长时间的追踪和监控。根据不同的频率,电子标签主要分为低频、高频、超高频以及微波电子标签。根据标签是否有内置电池,还可以划分为有源以及无源系统。有源系统也就是指标签有内置电池的RFID系统,这种系统适合阅读距离比较远的环境,但是会受到电池使用时间的限制。无源系统也就是指标签没有内置电池的RFID系统,这种标签的能量来源于阅读器发射出的电磁波,但是这种系统对于阅读距离有一定的限制,不适合阅读距离较远的环境。根据标签信息的注入方式还可以划分为集成电路固化式、现场有线改写式以及现场无线改写式三种。集成固化式标签的信息是集成电路在生产的时候注入的,因此其储存的信息是不可以改变的;现场有线改写式标签是指,通过运用编程器或者写入器,把标签内的信息转入到标签内部的存贮区中;现场无线改写式标签主要运用在于有源标签上面,并且需要有改写指令。

3.1.2阅读器

RFID阅读器也可以被称作读出装置或者读写器,主要作用是读取和识别电了标签的内存数据以识别目标物体。阅读器和电子标签之间通过运用耦合和射频信号,实现无接触的信息传输,主要工作原理是,它把主机的读写命令传递给电子标签,并对主机传输给电子标签的数据进行加密处理,然后把电子标签返回传输的数据进行解密,并传递给主机。读写器主要特点是收发的范围很大,但是现阶段读写器的成本比较高,制约了RFID系统的发展,因此阅读器的小型、便捷、低成本是其主要发展趋势。读写器包括射频模块以及基带模块两大主要部分。

3.1.3天线

天线主要用来通过传递射频信号实现标签以及读写器之间的无线通信。天线分为无源天线和有源天线,以及手持式天线和固定式天线。在实际运用中,天线的尺寸和波长相一致。同时天线的形状和位置对于数据的传递具有重要的影响,因此天线的设计以及安装对于工作人员的技术要求比较高。

3.2RFID工作原理

3.2.1耦合方式

耦合方式主要包括电容耦合、磁耦合、电磁耦合。电容耦合主要是通过平板电容进行的。磁耦合也可以被称为电感耦合,磁耦合对于传输距离具有一定的限制,现阶段主要广泛运用于中、低频RFID系统中,具体来说,阅读器的线圈磁场通过感应标签线圈内的电压,来为标签供应能量。电磁耦合主要是运用电磁辐射的原理,适用于高频RFID系统。阅读器天线发射出的电磁波,以球面波的形式向周围传播,使处于电磁辐射场之中的标签获得能量,并且获得能量的大小和与发射天线之间的距离的平方成反比。

3.2.2通信流程

阅读器和标签之间通过通信,进行数据的传递。主要的通信系统有半双工通信系统、全双工通信系统以及时序通信系统。半双工系统是指标签和阅读器之间的数据传输是单向交替进行的,全双工系统是指标签和阅读器之间的数据传输是双向同时进行的。在半双工系统和全双工系统中,阅读器和标签之间的是一种连续的能量传输,和传送方向没有关系。时序系统是指,标签和阅读器之间的数据传输在限定的时间间隔内进行的,从标签到阅读器数据传输是在标签的能量供应间隙进行的。

3.3RFID技术的具体应用

3.3.1在物流管理系统中的应用

1)应用于铁路调度系统。在铁路沿线安装阅读器,实时的获取火车运行信息以及检测火车内的行李物品。并对获取的信息进行分析,追踪和监控火车的运行,可以有效的避免火车在运行中的撞车、以及车内出现危险物品所引起的安全隐患。

2)应用于集装箱识别系统。在集装箱上安装标签,标明位置、类别以及数量等相关信息和数据,并且通过运用RFID技术,对集装箱进行位置追踪和监控,在移动集装箱时,变化的信息数据还可以被传送到标签,并对禁止移动的集装箱进行监控和管理。

3)应用于邮件自动分拣系统。目前,在快递业务领域的邮件分拣系统中,也已经应用了RFID技术。由于RFID技术具有非接触性,当许多包裹进入识别区域时,可以运用RFID技术同时识别,这样分拣的工作效率大幅度提高,而且还提高了工作的准确率。

3.3.2在自动收费系统中的应用

现阶段,RFID技术比较成功的应用就是高速公路自动收费系统,高速公路自动收费系统,通过运用现代信息技术以及电子技术,在公路沿线设立天线,在车内安装射频卡,通过天线和电子标签进行数据传递,对车辆进行识别,对收费数据进行信息处理,并实现对车辆的自动收费。可以提高工作效率,从而增强了车辆通过率,有效地缓解了公路交通拥堵的状况,而且还减少了人工成本,具有较强的经济效益。此外公交系统中的IC卡也应用了RFID技术,方便操作,更加快捷,而且节约了人力成本。门禁系统的门卡、出入证、停车卡以及电子护照等都是射频卡,可以实现自动识别身份,并且在出现非法进入的情况,会发出警报。

3.3.3在安全防伪中的应用

RFID技术通过唯一的标识号可以有效的实现安全防伪,可以实现快速扫描。传统的条形码扫描,只能一次识别一个,但是RFID技术可以通过非接触的方式,实现对于磁场内的目标物体同时进行检测,并且没有方向的限制。有利于进行批量操作,大大的提高了工作效率。第二,具有重复使用性。传统的条形码无法修改,但是RFID电子标签可以重复使用和修改,及时的更新信息和数据。第三,具有数据容量大的特点。RFID标签的容量远远大于条形码,携带的信息量增加。第四,具有可穿透性,传统的条形码,必须在没有阻挡的情况下才可以识别。RFID技术具有可穿透性,当物品被覆盖的情况下,也可以进行穿透性通信,对标签的信息进行识别。第五,耐久性,不易损坏。传统的条形码是纸质的,容易受到环境的影响而造成损坏。但是RFID技术中,物品的信息储存于芯片中,不易受到损坏。还有钞票识别,可以有效地防止制造假钞等违法行为,给人们的生活带来便利。

4结束语

随着科技的发展,信息技术也获得更高的发展,其中物联网占有重要地位。物联网作为一种规模比较大的自组织网络,RFID技术以及传感设备是物联网的技术基础。RFID技术是一种新型的非接触自动识别技术,通过运用射频信号以及耦合传输,达到自动识别目标物体的目的。RFID技术系统根据不同的频率主要分为低频、中频以及高频系统三类。一个基本的射频识别系统要由标签、阅读器以及天线三部分组成。其中电子标签通过对目标物体贴标签实现对其进行跟踪和监控;RFID阅读器用来读取和识别电子标签的内存数据以识别目标物体;天线主要用来通过传递射频信号实现标签以及读写器之间的无线通信。

参考文献:

[1]董丽峰.RFID中间件技术在物联网中的应用及研究[J].黑龙江科技信息,2010(10)

[2]李洋.RFID技术与在物联网中的应用[J].电子设计工程,2011(17)

[3]耿小川.谈RFID技术在物联网中的应用前景[J].中国质量技术监督,2010(8).

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