RFID技术的分析及应用研究

河南科技学院 李晓娟 秦国庆



RFID技术的分析及应用研究

河南科技学院 李晓娟 秦国庆

【摘要】射频识别技术（RFID）作为一种新兴的非接触式物体识别技术，近年来在国内外得到了迅速发展。文中论述了RFID系统组成及工作原理；介绍了低频系统、高频系统、超高频和微波系统的理论基础并分析其优缺点，同时给出了低频系统和高频系统基于变压器模型的电感耦合工作图、超高频和微波系统基于雷达模型的电磁反向散射耦合工作图及基于有源标签的超高频RFID射频识别系统通信模型，并结合实际情况讨论了各个频段在现实生活中的应用。从而让人们对RFID技术更加全面深入了解，从而使之得到更好地应用和发展。

【关键词】射频识别技术；读写器；电感耦合；有源标签

0 引言

射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID），起源于上世纪90年代，是一种新兴的物体非接触式识别技术。它主要是通过无线射频通信的方式在物体与读写器之间进行信息交换，以此来识别不同的物理对象。RFID技术一经产生就主要用于识别物体，相比于其它的自动识别技术（如条形码）其最突出的优势在于无线通信，射频标签只要在接受器的作用范围内就可以被读取，同时还具有防伪、写入信息或更新内存的能力。 RFID与其他的无线通信技术（如WLAN、蓝牙、红外、ZIGBEE）相比最大的区别在于它的被动工作模式，即利用反射能量进行通信。

1 RFID系统组成及工作原理

通常射频识别系统由电子标签、读写器和计算机通信网络三部分组成。对于每个部分来说，其功能如下：（1）电子标签：作为一个存储器，其上面存有物体的相关信息，通常被放置在物体内，每个标签都有一个全球唯一的ID号码—UID； （2）读写器：作为一个识别装置，主要通过射频技术与电子标签进行信息交换，可设计为手持式或固定式，读卡器的发射信号功率要远大于电子标签反向散射回来的信号，而且与接收信号同频率；（3）计算机通信网络：完成通信传输，用于对数据进行管理，有些系统还通过阅读器的RS232或RS485接口与上位机连接进行数据交换。

系统的工作原理是当读写器处于工作模式，由天线发射足够功率的射频电磁波，当带有电子标签的物体与读写器靠近并处于读写器的射频覆盖范围内时， RFID标签被激活并向读写器发送出自身信息；读写器接收并解调来自标签的射频信号，将其送给计算机主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算做出相应的处理和控制，并发出指令信号。

2 RFID系统的分类及应用范围

RFID系统按照工作频率定义，可分为低频系统（LF）、高频系统（HF）、超高频（UHF）和微波系统（MW）。

2.1 低频系统

我们将工作频率介于30-300KHz的系统统称为低频系统。其典型的应用频点主要有125KHz、133KHz，基于这些频点都有相应的国际标准，一般个人不能采用。针对该系统主要通过电感耦合方式进行工作，如图1所示。

从图1可以看出，读写器想要读取标签上物体的相关信息，必须将标签置于读写器天线的覆盖范围内，由于标签为无源标签，读写器需要发射足够高的功率来激活标签。对低频系统来说，具有阅读距离短、成本低等特点，比较适合低速、近距离识别应用，主要应用于早期的门禁系统、停车场收费和车辆管理系统、汽车防盗系统等。常见的基于该频段的电子标签外形主要有卡状、环状、钮扣状、笔状等。

图1 基于变压器模型的电感耦合工作图

2.2 高频系统

我们将工作频率介于3-30MHz的系统称为高频系统。其典型的应用频点主要有13.56MHz。针对该频点也有众多的国际标准予以支持，一般个人也不能采用。针对该系统一般也采用无源标签，其工作方式同低频系统相似，如图1 所示，其能量主要从读写器电感耦合线圈的辐射场中获得，带有标签的物体想要被读写器识别，必须将其位于读写器天线辐射的区域内，物体与读写器之间的距离一般小于1m。

对于高频系统来说，其工作频率高，因此，可以选用较高的数据传输速率。其天线设计简单，方便制成标准卡片形状，典型应用包括：电子车票、电子身份证、消费POS机、考勤机、水电表、M1卡、CPU卡等。

2.3 微波系统

我们将工作频率介于300MHz-3GHz或大于3GHz的系统称为微波系统，其典型工作频点为：433.92MHz 、902-928MHz、2.45GHz、5.8GHz。由于其传输功率大，速度快，该系统中的电子标签可分为有源标签和无源标签两类。目前市面上出现的比较成功的微波射频识别产品主要集中在以下两个系统：

（1）基于无源标签的902-928 MHz射频识别系统

针对该类系统的电子标签为无源电子标签，从读写器发出的射频波束中获取能量，其工作方式如图2所示。

图2 基于雷达模型的电磁反向散射耦合指示图

从图2可以看出，读写器发射的电磁波方向固定，只有当标签置于其范围内时，才能进行信息的交换，识别距离相对较近，典型情况为4-6m。与有源标签相比，具有成本低、不需要维护、使用寿命长等特点。该射频识别系统主要应用在物流、供应链管理、停车场管理等领域。

（2）基于有源标签的2.45GHz、5.8GHz射频识别系统

针对该系统的电子标签，其内部装有电池，不再需要从读写器获

得能量，本身就能够为自己的工作提供能量。其工作模型如图3所示：

图3 基于有源标签的超高频RFID射频识别系统通信模型

该系统一般具有较远的阅读距离（0-100m），不需要读写器有太大的发射功率；不足之处是电池的寿命有限（3-10年），体积较大、成本较高，不适合在恶劣环境下工作；该射频识别系统主要应用在人员进出管理、高速公路收费等领域。

不同频段的RFID对日常生活中的材料有不同的特性，如表1所示：

表1 不同频率的RFID对常用材料的特性

3 结语

作为一项新技术手段，射频识别技术以其独特的优势，近几年在工业、农业、商业和物联网等领域得到飞速发展。随着互联网和大规模集成电路技术的不断进步，RFID技术将推动我国自动识别行业进入一个新的发展阶段，其应用将越来越广泛。

参考文献

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作者简介：

李晓娟（1986—），女，硕士研究生，河南科技学院助教，研究方向：图像处理与模式识别。