有源射频识别技术在物联网中的应用研究

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2401-5042-6606

作者简介：汪少东（1985—），男，本科，工程师，研究方向为信息技术/数字化方向。

摘要：有源射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术作为一种高效、准确的自动识别技术，已经在供应链管理、库存控制、零售业等领域得到广泛应用。通过对有源RFID技术进行了全面的分析，首先介绍了RFID技术的基本原理、系统组成以及标签和阅读器的工作原理；其次重点分析了有源RFID技术的关键技术，包括标签结构和原理、电源供应、通信协议，以及数据处理与存储；最后探讨了有源RFID技术在智能物流、智能制造、智慧城市等领域中的应用。

关键词：有源射频识别技术  物联网  智能物流  智能制造  智慧城市

中图分类号： TP393

有源射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种无线识别技术，使用有源RFID标签和阅读器，实现对标签所附带信息的读取和识别。随着物联网和智能物流的发展，RFID技术在各个领域的应用得到了广泛关注。在传统的物流管理中，信息流与物流之间存在不同步的现象，导致效率低下、数据不准确等问题。而有源RFID技术的引入能实现物流信息的实时采集、精准追踪和全面监控，从而提高物流过程的效率和可视化程度，有源RFID技术还能支持大规模物品的同时识别和读取，具备较长的读取距离和高速通信的能力，这对于物流行业来说是非常有价值的。因此，深入分析有源RFID技术的原理和应用，可为物流管理提供更高效、智能化的解决方案，也为进一步推动物流行业的现代化进程提供了有力支撑。

1 RFID技术概述

1.1 RFID基本原理

RFID基本原理是利用无线电频率进行无接触式的识别和跟踪物品。RFID系统由三个核心组件组成：标签（Tag）、阅读器（Reader）和中间件（Middleware）[1]。

RFID的工作原理是阅读器向周围环境中发送无线电信号，当标签处于阅读器的范围内时，其天线会接收到信号并通过供电电流激活芯片。芯片接收到电能后，在天线回传数据给阅读器。阅读器解析芯片回传的数据，并将其发送到中间件进行处理。在此过程，RFID系统能实现对标签的识别和跟踪。

1.2 RFID标签的工作原理

RFID标签是RFID系统中的被识别目标，由芯片和天线组成。当RFID标签处于阅读器的范围内时，阅读器会向标签发送无线电信号。标签的天线接收到信号后，将其转化为电能供给芯片。芯片激活后，使用接收的能量进行工作，并将存储在芯片中的数据回传给阅读器。回传的数据有多种形式，可以是标签的唯一标识号码、相关信息等。RFID标签的工作原理即通过接收并利用阅读器发送的无线电信号来供电并与阅读器进行通信，实现数据的读写和传输。

1.3 RFID阅读器的工作原理

RFID阅读器主要负责与标签进行通信，并读取、写入标签中的数据。RFID阅读器的工作原理涉及无线电通信，包括发射和接收。阅读器通过天线发射无线电信号，这些信号包含了用于标签激活和通信的能量和指令。当标签接收到信号后，利用能量激活芯片，开始与阅读器进行通信。标签改变天线的电磁特性回传数据给阅读器，阅读器接收天线接收的信号来读取标签中的数据。

2 有源RFID技术关键技术分析

2.1 有源RFID标签结构及原理

有源RFID标签是RFID系统中的一种关键组件，相较于被动RFID标签，有源标签具有内置电池，能独立提供能量并主动发送信号，因而具有更长的识别距离和更高的识别速度。

有源RFID标签的工作原理是当标签感应到读写器发射的射频信号后，标签内置电池为电路芯片提供运行电源，芯片获得能量后，在天线接收射频信号并回传存储的信息给读写器，实现对物体的识别和追踪[2]。

2.2 有源RFID标签的电源供应

有源RFID标签的电源供应是其正常工作的关键因素，因为它需要电源来驱动内部的电路芯片和发送射频信号。有源RFID标签的电源一般采用内置电池的方式来提供。电池是有源RFID标签中的核心部件，通常采用小型的锂电池或者其他类型的电池，这些电池能为标签提供所需的电能，以保证标签在通信过程中能正常工作。相较于被动RFID标签，有源标签的电池使其能以较长的距离和更高的速度与读写器进行通信，从而适用于更广泛的应用场景[3]。

2.3 有源RFID标签的通信协议

有源RFID标签的通信协议是其与读写器进行通信时所遵循的规范和约定，这些协议确保了标签和读写器之间能有效地进行数据传输和通信。通常，有源RFID标签会采用一种特定的协议来进行射频信号的发送和接收。其中，常见的有源RFID标签通信协议包括ISO 18000-7、ISO 15693、ISO 14443等，这些协议规定了标签和读写器之间的射频通信方式、数据帧格式、数据传输速率、错误检测纠正码等相关参数，从而确保标签和读写器之间能准确、高效地进行通信和数据交换[4]。

2.4 有源RFID标签的数据处理与存储

有源RFID标签的数据处理与存储是指标签内部处理和存储识别码、传感器数据等信息的能力。相较于被动RFID标签，有源标签通常配备更强大的处理器和存储器，使其能完成复杂的数据处理和存储任务。

在数据处理方面，有源RFID标签内部的处理器对接收到的射频信号进行解码和处理，也能根据预设的算法进行数据处理。有源标签还能与传感器结合，对环境参数如温度、湿度等数据进行采集、处理和存储，从而在实时监测和追踪物体时提供更多的信息[5]。

在数据存储方面，有源RFID标签通常配备了内部存储器，用来存储识别码、传感器数据、操作历史记录等信息，并在不需要与读写器通信的情况下被读取，在需要时被更新，有源标签的存储器还支持加密和安全认证，确保数据的安全性和完整性。

3 有源RFID技术在物联网中的应用分析

3.1 有源RFID技术在智能物流中的应用

3.1.1 货物追踪和库存监测

在智能物流中，有源RFID技术在仓库管理中发挥着重要作用。首先，通过在货物上附加有源RFID标签，实现对货物的实时追踪。利用射频信号传输的特性，仓库管理人员可准确地了解货物的位置、运输状态和轨迹，从而提高货物的可视性和运输效率。有源RFID标签还能记录货物的相关信息，如生产日期、批次号等，有助于实现全程质量追溯。其次，有源RFID技术能提供精确的库存管理。在仓库中部署读写器，能实时监测和记录货物的进出库情况，从而减少人工盘点的工作量和错误率。结合有源RFID技术与仓库管理系统的集成，还能自动进行库存更新和预警，实现更高效的库存管理和补货策略。

案例1：A某电商公司利用有源RFID技术在仓库管理中实现了货物追踪和库存管理的全流程自动化。在商品上粘贴有源RFID标签，他们能准确记录每个货物的位置和状态。当货物需要出库时，系统会自动识别货物并生成出库指令，提高了出库的准确性和效率。在库存管理方面，系统能实时监测和更新库存，预警低库存和过期库存，并自动生成补货订单，大大提高了库存管理的自动化程度和准确性。

3.1.2 运输监控：实时位置追踪和安全监控

有源RFID技术还在运输监控中扮演着重要角色。首先，在运输工具（如卡车、集装箱）和货物上植入有源RFID标签，实现对车辆和货物的实时位置追踪，这样，物流公司和客户能实时了解运输工具和货物的位置，并根据需要进行调度和安排，提高运输效率和准确性。其次，有源RFID技术还可用于安全监控。通过标记运输工具和货物来确保运输工具和货物的安全。一旦有运输工具或货物被盗或遗失，利用有源RFID技术快速定位和追踪，提高货物的安全性，并加强对异常事件的响应和处理。

3.2 有源RFID技术在智能制造中的应用

3.2.1 设备生产状态监测和生产流程优化

有源RFID技术在智能制造中可应用于生产过程控制，设备附着有源RFID标签，实现设备状态的实时监测和管理，有源RFID标签还可用于生产流程优化，提高生产效率。一方面，在生产设备上安装有源RFID标签，实时监测设备的运行状态、工作参数和维护记录，从而实现设备的远程健康管理。制造企业根据设备的实时状态进行预防性维护，减少设备故障和停机时间，提高生产效率。另一方面，有源RFID技术还能用于生产流程优化。标记物料和半成品，实现生产流程的自动跟踪和管理，提高生产效率和准确性。读取有源RFID标签所携带的信息，生产系统能实时调整生产流程，并实现定制化生产，从而更好地满足客户需求。

3.2.2 产品溯源和缺陷检测

有源RFID技术在智能制造中还可应用于产品质量管理。一方面，在产品上植入有源RFID标签，实现产品溯源和质量监控；另一方面，有源RFID技术还可用于产品质量检测。首先，有源RFID标签植入产品，能记录产品的制造工艺、生产批次、检验记录等信息，实现产品的全程追溯。在产品发生质量问题时，依靠有源RFID技术快速定位，并采取相应的措施，提高产品质量监控能力。其次，有源RFID技术还可用于产品质量检测。在产品上附着有源RFID标签，实现产品的自动识别和质量检测。结合传感器和有源RFID技术，实现对产品质量指标的实时监测和检测，从而提高产品检测的精准性和效率。

3.3 有源RFID技术在智慧城市中的应用

3.3.1 智能停车导引和自动收费

有源RFID技术在智慧城市中被广泛应用于停车管理系统。首先，在停车场设备和车辆上植入有源RFID标签，实现车辆的智能停车导引。通过读取车辆携带的有源RFID标签，系统告知驾驶员哪些停车位可用，节约了时间并降低了寻找停车位的难度。有源RFID技术还可用于自动收费，车辆在进出停车场时，系统能自动识别车辆身份并进行计费，提高了停车场的管理效率。

3.3.2 空气质量和垃圾监测

有源RFID技术在智慧城市中可用于环境监测。第一，在垃圾桶、污水管道等设施上植入有源RFID标签，能实现垃圾桶的智能管理和污水管道的实时监测，并帮助城市进行垃圾管理和环境保护。第二，有源RFID技术还可用于空气质量监测，在城市不同地点安装有源RFID感应器，结合传感器技术，实时监测空气质量，并为市民提供空气质量数据。

4 结语

有源射频识别（RFID）技术作为一种先进的自动识别技术，已经在物流、制造、零售和物联网等领域展现出巨大的应用潜力和市场价值。然而，随着物联网和智能制造的不断发展，RFID技术还面临着许多挑战和机遇。未来，随着5G、物联网和人工智能等关键技术的不断融合，RFID技术将更加智能化、高效化和安全化，使其在供应链管理、智能物流、智能制造和智慧城市等领域中发挥更加重要的作用。应在降低标签成本的、提升读写性能、加强数据安全性等方面不断深入对RFID技术进行研究和改进。

参考文献

[1] 车巍.基于射频识别技术的智能设施监测系统设计与开发[J].信息记录材料，2023，24（11）：164-166，170.

[2] 何勇. 基于射频识别的定位方法的研究[D].南京：南京邮电大学，2023.

[3] 欧小鸥.无线射频识别技术RFID在物联网的应用分析[J].通讯世界，2018（2）：92-93.

[4] 李柱贵，马宗保，赵通，等.基于多RFID视觉融合的身份识别及定位系统[J].电子世界，2019（24）：25-26.

[5] 戴嫚嫚.基于RFID信号特征的感知识别技术研究与应用[D].南京：南京邮电大学，2023.