RFID在制造业生产管理中的应用

文学书

摘 要：无线射频辨识（Radio Frequency Identification，RFID）技术发展至今，生活中都可以发现RFID应用。RFID应用共发展出三大主流：物流、门禁、电子钱包。本文设计制作一套13.56 MHz RFID系统并描述实际设计信息，内容包含13.56 MHz标签设计、13.56 MHz读取器设计，经整合及实际测试，此系统可成功地操作于13.56 MHz。

关键词：RFID 设计 应用

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（b）-0203-01

RFID（Radio Frequency Identification）是无线射频辨识，是一种无线通信技术，可藉由其Tag识别不同的特定目标进行数据的读写，不需要在Tag和Reader之间建立机械或光学的路径。

RFID应用共发展出三大主流：物流、门禁、电子钱包。早期的门禁管理都必须使用遥控器来控制，遥控器不仅昂贵，还必须经常更换电池。被动式RFID标签不仅便宜且不需使用电池。RFID是藉由无线射频的技术发展出来，Tag中含有射频芯片和天线，数据编码后，以无线方式来传送数据，Reader也以无线方式来接收数据并做译码。

1 RFID的分类

1.1 Passive

Passive Tag是不含电池，电力来源是透过Reader传送电磁波所转换。以读取距离区分为短距离通讯（<1 m）和长距离通讯（>1 m）。

短距离通讯：频率范围有125 kHz（LF）和13.56 MHz（HF），也因为属于短距离通讯，所以应用在门禁管理、电子钱包与安全性较高的应用。

长距离通讯：频率范围有433 MHz（UHF）、860～960 MHz（UHF）和2.45 GHz（微波），也因为属于长距离通讯，所以应用在物流仓储、停车场进出与牧场牲畜，这些管理上需考虑读取速度、防碰撞性能与抗噪声能力，所以长距离通讯，大多应用在宽阔的环境上。

1.2 Semi-Passive Tag

Semi-Passive Tag是含电池，改善Passive Tag需不断接收来自Reader传送的电磁波，使Tag处于工作状态，让Semi-Passive Tag接收的能量能充分作为回传讯号之用，也因此增加Reader与Tag之间的通讯距离。频率范围433 MHz（UHF）、860～960 MHz（UHF）和2.45 GHz（微波），属于长距离通讯。

1.3 Active

Active Tag是含电池，与Semi-Passive Tag的差别，电池的供电必须包含回传讯号之用，通讯距离也比Semi-Passive Tag较长。频率范围有433 MHz（UHF）、860～960 MHz （UHF）和2.45 GHz（微波）。

1.4 RFID技术的主要优点

（1）非接触感应。

（2）长距离传输，适合使用在物流仓储、停车场进出与牧场牲畜的管理。

（3）取代条形码。

（4）数据储存；Tag芯片中含有内存，可将信息储存在Tag。

（5）读取方便；不须手持条形码机逐一扫描。

（6）流程管理自动化，减少人工成本，提供实时信息。

2 RFID在制造业生产管理中的应用——以13.56 MHz RFID系统设计为例

2.1 13.56 MHz Tag设计

Tag包含RFIC和绕线式天线，RFIC编号：S50，操作频率为13.56 MHz。

2.2 13.56 MHz Reader设计

Tag设计完成后，然而在13.56 MHz RFID系统中必需透过Reader才能将Tag的数据做读取或写入，所以在这一章节所提出的是一个13.56 MHz Reader 的设。13.56MHz Reader电路方块图，大致分为3大部分，射频电路、微处理器、RS 232电路。

2.3 MF RC500 RFIC射频电路设计

MIFARE系统是以13.56 MHz的操作频率为基础。该频率由石英晶体产生，同时也会产生高次谐波。为了符合电磁兼容性规范，13.56 MHz的高次谐波须设计一个低通滤波器做抑止。MF RC500的内部接收单元采用新的接收概念。它使用卡片响应的副载波所调变而成both side-bands。使用内部产生的VMID电位作为RX脚位的输入电位。为减少干扰，需用电容将VMID接地。Reader的输入单元需要在RX和VMID的脚位元间增加电压驱动。此外，在天线和电压之间使用串联电容。

2.4 通讯协议程序设计

在Tag和Reader的硬件电路设计完成后，必须设计通讯协议程序，以满足对Tag进行沟通，并将Tag中的数据做读取和写入，本研究的RFID系统是符合国际标准ISO 14443，国际标准ISO 14443是由物理特性、射频接口、初始化与冲突防止和传输协议，这四部份所组合而成，通讯协议程序在设计上必须参考初始化与冲突防止和传输协议两部份。

3 结语

本文成功的设计一个13.56 MHz的RFID系统，利用微处理芯片及一些RFID的芯片来实做出硬件装置，并搭配软件程序来制作完整的RFID系统，实做的系统可符合ISO-14443A标准的需求。实做的成果为藉由微处理芯片与RFID芯片以及UART芯片即可完成系统中的Reader和Tag的部份，包含基频和射频，在搭配PC端的软件控制即可完成整个RFID系统。

本文设计在HF的频段，其应用是在门禁管理和电子钱包的短距离使用上，并无法使用于物流仓储和停车场进出的长距离应用，期望未来能朝向UHF的频段，让RFID的运用模式能套在更多的生活应用，使人们的生活更加便利。

参考文献

[1] A.Rida，L.Yang，T.Reynolds，E.Tan，S.Nikolaou，and M.M.Tentzeris， “Inkjet-Printing UHF Antenna for RFID and Sensing Applications on Liquid Crystal Polymer，”IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium 2009，pp.1-4，June 2009.

[2] Philips Application Note 048032：MF RC500 highly9 integrated ISO14443A reader IC.