1.前言
射頻識(shí)別(radio frequency identification，以下簡(jiǎn)稱RFID)是一種將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電 子 數(shù) 據(jù) 載體(如集成電路)上，并通過(guò)磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)以無(wú)線方式進(jìn)行應(yīng)答器 / 標(biāo)簽(Transponder/Tag)和詢問(wèn)器 /讀寫器(Interrogator/Reader)之間雙向通信，從而達(dá)到識(shí)別目的并交換數(shù)據(jù)的新興技術(shù)該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別;具有抗惡劣環(huán)境、高準(zhǔn)確性、安全性、靈活性和可擴(kuò)展性等諸多優(yōu)點(diǎn);便于通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品跟蹤和物流管理，因而受到廣泛的關(guān)注。因此，RFID 被公認(rèn)為本世紀(jì)最有發(fā)展前途的10項(xiàng)技術(shù)之一。
RFID 系統(tǒng)實(shí)事上已經(jīng)存在和發(fā)展了幾十年，從供電狀態(tài)來(lái)看可以分為“有源”和“無(wú)源”兩大類;從工作頻率來(lái)看，可以分為低頻(125KHz~135KHz),高頻(13.56MHz)，超高頻,微波(2.45GHz,5.8GHz)等幾大類。不同的射頻識(shí)別系統(tǒng)的硬件價(jià)格差別是巨大的，而系統(tǒng)本身的特性也各不相同，系統(tǒng)的成熟度也有所不同。很多問(wèn)題，甚至連業(yè)內(nèi)人員也不能輕易給出一個(gè)明確的解答因此用戶在選擇射頻識(shí)別技術(shù)的時(shí)候常常覺(jué)得無(wú)所適從。筆者結(jié)合自身的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在參考了相關(guān)的應(yīng)用資料和技術(shù)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，力圖通過(guò)本文給讀者一個(gè)較為全面和客觀的認(rèn)識(shí)，希望能夠給用戶在選擇合適頻率的射頻識(shí)別系統(tǒng)時(shí)提供一些幫助。
2 不同頻段 RFID 技術(shù)特性簡(jiǎn)述
2.1 低頻(Low Frequency) ：
使用的頻段范圍為 1 0 K H z ~ 1 M H z ，常見(jiàn)的主要規(guī)格有125KHz、135KHz 等。一般這個(gè)頻段的電子標(biāo)簽都是被動(dòng)式的，通過(guò)電感耦合方式進(jìn)行能量供應(yīng)和數(shù)據(jù)傳輸。低頻的最大的優(yōu)點(diǎn)在于其標(biāo)簽靠近金屬或液體的物品上時(shí)標(biāo)簽受到的影響較小，同時(shí)低頻系統(tǒng)非常成熟，讀寫設(shè)備的價(jià)格低廉。但缺點(diǎn)是讀取距離短、無(wú)法同時(shí)進(jìn)行多標(biāo)簽讀取( 抗沖突) 以及信息量較低，一般的存儲(chǔ)容量在 128 位到 512 位。主要應(yīng)用于門禁系統(tǒng)、動(dòng)物芯片、汽車防盜器和玩具等。雖然低頻系統(tǒng)成熟，讀寫設(shè)備價(jià)格低廉，但是由于其諧振頻率低，標(biāo)簽需要制作電感值很大的繞線電感，并常常需要封裝片外諧振電容，其標(biāo)簽的成本反而比其他頻段高。
2.2 高頻(High Frequency)：
使用的頻段范圍為 1MHz~400MHz，常見(jiàn)的主要規(guī)格為 13.156MHz這個(gè) ISM 頻段。這個(gè)頻段的標(biāo)簽還是以被動(dòng)式為主，也是通過(guò)電感耦合方式進(jìn)行能量供應(yīng)和數(shù)據(jù)傳輸。這個(gè)頻段中最大的應(yīng)用就是我們所熟知的非接觸式智能卡。和低頻相較，其傳輸速度較快，通常在100kbps 以上，且可進(jìn)行多標(biāo)簽辨識(shí)(各個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)都有成熟的抗沖突機(jī)制)。該頻段的系統(tǒng)得益于非接觸式智能卡的應(yīng)用和普及，系統(tǒng)也比較成熟，讀寫設(shè)備的價(jià)格較低。產(chǎn)品最豐富，存儲(chǔ)容量從 128 位到8K 以上字節(jié)都有，而且可以支持很高的安全特性，從最簡(jiǎn)單的寫鎖定，到流加密，甚至是加密協(xié)處理器都有集成。一般應(yīng)用于身份識(shí)別、圖書(shū)館管理、產(chǎn)品管理等。安全性要求較高的RFID 應(yīng)用，目前該頻段是唯一選擇。
2.3 超高頻(Ultra High Frequency)：
使用的頻段范圍為 400MHz~1GHz，常見(jiàn)的主要規(guī)格有 433MHz、868~950MHz。這個(gè)頻段通過(guò)電磁波方式進(jìn)行能量和信息的傳輸。主動(dòng)式和被動(dòng)式的應(yīng)用在這個(gè)頻段都很常見(jiàn)，被動(dòng)式標(biāo)簽讀取距離約3 ~ 1 0 m 傳輸速率較快，一般也可以達(dá)到100kbps 左右，而且因?yàn)樘炀€可采用蝕刻或印刷的方式制造，因此成本相對(duì)較低。由于讀取距離較遠(yuǎn)、信息傳輸速率較快，而且可以同時(shí)進(jìn)行大數(shù)量標(biāo)簽的讀取與辨識(shí)，因此特別適用于物流和供應(yīng)鏈管理等領(lǐng)域。但是，這個(gè)頻段的缺點(diǎn)是在金屬與液體的物品上的應(yīng)用較不理想同時(shí)系統(tǒng)還不成熟，讀寫設(shè)備的價(jià)格非常昂貴，應(yīng)用和維護(hù)的成本也很高。此外，該頻段的安全性特性一般，不適合安全性要求高的應(yīng)用領(lǐng)域。
2.4 微波(Microwave)：
使用的頻段范圍為 1GHz 以上，常見(jiàn)的規(guī)格有 2.45GHz、5.8GHz。微波頻段的特性與應(yīng)用和超高頻段相似，讀取距離約為 2 公尺，但是對(duì)于環(huán)境的敏感性較高。由于其頻率高于超高頻，標(biāo)簽的尺寸可以做得比超高頻更小，但水對(duì)該頻段信號(hào)的衰減較超高頻更高，同時(shí)工作距離也比超高頻更小。
一般應(yīng)用于行李追蹤、物品管理、供應(yīng)鏈管理…等。
2.5 根據(jù)應(yīng)用選擇合適頻段的射頻識(shí)別技術(shù)
前一部分中，我們已經(jīng)簡(jiǎn)要介紹了各個(gè)頻段的射頻識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)。這一部分中我們將重點(diǎn)說(shuō)明如何來(lái)選擇合適的射頻識(shí)別技術(shù)。
第一，一個(gè)射頻識(shí)別系統(tǒng)的成本，包含硬件成本、軟件成本和集成成本等。而硬件成本不僅僅包括讀寫器和標(biāo)簽的成本，還包括安裝成本。很多時(shí)候，應(yīng)用和數(shù)據(jù)管理軟件和集成是整個(gè)應(yīng)用的主要成本。如果從成本出發(fā)考慮，一定要根據(jù)系統(tǒng)的整體成本進(jìn)行，而不僅僅局限于硬件，如標(biāo)簽的價(jià)格。這里，我們不進(jìn)一步討論和分析這部分的問(wèn)題，但讀者需要對(duì)此有一個(gè)了解和認(rèn)識(shí)。下面我們主要討論從技術(shù)層面來(lái)看，如何選擇合適的頻段。
第二，我們知道，即使是在同一個(gè)頻段內(nèi)的射頻識(shí)別系統(tǒng)，其通信距離也是差異很大的。因?yàn)橥ㄐ啪嚯x通常依賴于天線設(shè)計(jì)、讀寫器輸出功率、標(biāo)簽芯片功耗和讀寫器接收靈敏度等等。我們不能夠簡(jiǎn)單地認(rèn)為某一個(gè)頻段的射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作距離大于另一個(gè)頻段的射頻識(shí)別系統(tǒng)。
12
