RFID射频识别技术

　　1.RFID的基本概念

　　射频识别，即RFID（Radio Frequency Identification），又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触一套完整RFID硬件统由Reader与Transponder两部份组成，其原理为由Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder，用以驱动Transponder电路将內部的ID Code送出，由Reader接收此ID Code；Transponder的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡故不怕脏污，且晶片密码为世界唯一无法复制，安全性高、长寿命物联网分为应用层、网络层和感知层，RFID处于感知层。其在物联网中的应用十分广泛

　　2.RFID的工作原理

　　射频识别系统的基本模型如图所示。其中电子标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置，扫描器、通讯器、读写器（取决于电子标签是否可以无线改写数据）。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换

　　FRID中间件： 为解决分布异构问题，人们提出了中间件（middleware）的概念。中间件是位于平台（硬件和操作系统）和应用之间的通用服务，这些服务具有标准的程序接口和协议。针对不同的操作系统和硬件平台，它们可以有符合接口和协议规范的多种实现

　　RFID中间件是一种面向消息的中间件，信息（Information）是以消息（Message）的形式，从一个程序传送到另一个或多个程序。信息可以以异步 （Asynchronous）的方式传送，所以传送者不必等待回应。面向消息的 中间 件包含的功能不仅是传递（Passing）信息，还必须包括解译数据、安全性、数据广播、错误恢复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序以及延伸的除错工具等服务。RFID中间件具有以下特点：

　　独立于架构（Insulation Infrastructure）RFID中间件独立并介于RFID读写器与后端应用程序之间，并且能够与多个RFID读写器以及多个后端应用程序连接，以减轻架构与维护的复杂性

      数据流（Data Flow）RFID的主要目的在于将实体对象转换为信息环境下的虚拟对象，因此数据处理是RFID最重要的功能。RFID中间件具有数据的搜集、过滤、整合与传递等特性，以便将正确的对象信息传到企业后端的应用系统。

　　处理流（Process Flow）RFID中间件采用程序逻辑及存储再转送（Store-and-Forward）的功能来提供顺序的消息流，具有数据流设计与管理的能力

       3.RFID的频率划分

　　目前定义的RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频（甚高频）、微波等频率范围。不同频段的RFID产品有不同的特性。具体的划分方法如下图：

　   125KHz~134KHz属于低频

　　13.56MHz为高频

　　860MHz~915MHz为超高频（甚高频）

　　2.4GHz~5.0GHz为微波

　　3.1 RFID低频

　　RFID低频主要应用于畜牧业管理系统、汽车防盗和无钥匙开门系统的应用、马拉松赛跑系统的应用 、自动停车场收费和车辆管理系统 、自动加油系统的应用、酒店门锁系统的应用、门禁和安全管理系统，其特性如下示：

　　工作在低频的感应器的一般工作频率从 120KHz 到 134KHz, TI 的工作频率为134.2KHz。该频段的波长大约为 2500m除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制低频产品有不同的封装形式。好的封装形式就是价格太贵，但是有 10 年以上的使用寿命虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域相对于其他频段的 RFID 产品，该频段数据传输速率比较慢感应器的价格相对于其他频段来说要贵

　　3.2 RFID高频

　　RFID高频主要应用于图书管理系统的应用、瓦斯钢瓶的管理应用、服装生产线和物流系统的管理和应用、三表预收费系统、酒店门锁的管理和应用、大型会议人员通道系统、固定资产的管理系统、医药物流系统的管理和应用、智能货架的管理。其特性如下示：

　　工作频率为 13.56MHz，该频率的波长大概为 22m除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。感应器需要离开金属一段距离该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制

　　感应器一般以电子标签的形式

　　虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签可以把某些数据信息写入标签中

　　数据传输速率比低频要快，价格不是很贵

　　3.3 RFID超高频

　　RFID超高频主要应用于供应链上的管理和应用、生产线自动化的管理和应用、航空包裹的管理和应用、集装箱的管理和应用、铁路包裹的管理和应用、后勤管理系统的应用。其特性如下示：

　　在该频段，全球的定义不是很相同，欧洲和部分亚洲定义的频率为 868MHz，北美定义的频段为 902 到 905MHz 之间，在日本建议的频段为 950 到 956 之间。该频段的波长大概为 30cm 左右。

　　目前，该频段功率输出目前统一的定义（美国定义为 4W，欧洲定义为 500mW）。可能欧洲限制会上升到 2W EIRP。

　　高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物资。相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来。

　　电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计，满足不同应用的需求。

　　该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。

　　有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签3.4 RFID微波

　　RFID微波2.4GHz频段主要应用于船舶管理系统、煤矿人员定位系统、动态车辆识别系统、微型胶囊内窥镜系统。其特性如下示：

　　它是一个全球性的频段，开发产品具有全球通用性；它整体的频宽胜于其他ISM频段，这就提高了整体数据传输速率，允许系统共存；2.4GHz无线电和天线的体积相当小，产品体积也更小4.RFID的发展历程

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　　本实例使用STM32F103开发板与RC522连接，通过串口将读取出的RFID直接继承了雷达的概念，并由此发展出一种生机勃勃的AIDC新技术——RFID技术。1948年哈里。斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别RFID的理论基础。在20世纪中，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。RFID技术的发展可按10年期划分如下：

　　1941～1950年：雷达的改进和应用催生了RFID技术，1948年奠定了RFID技术的理论基础1951～1960年：早期RFID技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究1961～1970年：RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试1971～1980年：RFID技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID技术测试得到加速。出现了一些最早的RFID应用1981～1990年：RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现1991～2000年：RFID技术标准化问题日趋得到重视，RFID产品得到广泛采用，RFID产品逐渐成为人们生活中的一部分2001～至今：标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。RFID技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID正在成为现实