射頻識别技術:科學技術-中文百科頻道

概述

無線射頻識别即射頻識别技術（Radio Frequency Identification，RFID），是自動識别技術的一種，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子标簽或射頻卡）進行讀寫，從而達到識别目标和數據交換的目的，其被認為是21世紀最具發展潛力的信息技術之一。

無線射頻識别技術通過無線電波不接觸快速信息交換和存儲技術，通過無線通信結合數據訪問技術，然後連接數據庫系統，加以實現非接觸式的雙向通信，從而達到了識别的目的，用于數據交換，串聯起一個極其複雜的系統。在識别系統中，通過電磁波實現電子标簽的讀寫與通信。根據通信距離，可分為近場和遠場，為此讀/寫設備和電子标簽之間的數據交換方式也對應地被分為負載調制和反向散射調制。

發展進程

1940-1950年：由于雷達技術的發展和進步從而衍生出了RFID技術,1948年RFID的理論基礎誕生。

1950-1960年：人們開始對RFID技術進行探索，但是并沒有脫離實驗室研究。

1960-1970年：相關理論不斷發展，并且将這一系統在實際中開始運用。

1980-1990年：RFID技術和相關産品被開發并且應用在市場中，并且出現了多種領域的運用。

1990-2000年：人們開始對RFID的标準化問題給予重視，并且在生活的多個領域可以見到RFID系統的身影。

1970-1980年：RFID技術不斷更新，産品研究逐步深入，對于RFID的測試開始進一步加速。并且實現了對相關系統得應用。

2000年後：人們普遍認識到标準化問題的重要意義，RFID産品的種類進一步豐富發展，無論是有源、無源還是半有源電子标簽都開始發展起來，相關生産成本進一步下降，應用領域逐漸增加。

時至今日，RFID的技術理論得到了進一步的豐富和發展，人們研發單芯片電子标簽、多電子标簽識讀、無線可讀可寫、适應高速移動物體的RFID技術不斷發展，并且相關産品也走入我們的生活，并開始廣泛應用。

工作原理

RFID技術的基本工作原理并不複雜：标簽進入閱讀器後，接收閱讀器發出的射頻信号，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的産品信息（Passive Tag，無源标簽或被動标簽），或者由标簽主動發送某一頻率的信号（Active Tag，有源标簽或主動标簽），閱讀器讀取信息并解碼後，送至中央信息系統進行有關數據處理。

一套完整的RFID系統，是由閱讀器與電子标簽也就是所謂的應答器及應用軟件系統三個部分所組成，其工作原理是閱讀器（Reader）發射一特定頻率的無線電波能量，用以驅動電路将内部的數據送出，此時Reader便依序接收解讀數據，送給應用程序做相應的處理。

以RFID 卡片閱讀器及電子标簽之間的通訊及能量感應方式來看大緻上可以分成：感應耦合及後向散射耦合兩種。一般低頻的RFID大都采用第一種方式，而較高頻大多采用第二種方式。

閱讀器根據使用的結構和技術不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和标簽之間一般采用半雙工通信方式進行信息交換，同時閱讀器通過耦合給無源标簽提供能量和時序。在實際應用中，可進一步通過Ethernet或WLAN等實現對物體識别信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。

組成部分

完整的RFID系統由讀寫器(Reader)、電子标簽(Tag)和數據管理系統三部分組成。

1、關于閱讀器

閱讀器是将标簽中的信息讀出，或将标簽所需要存儲的信息寫入标簽的裝置。根據使用的結構和技術不同，閱讀器可以是讀/寫裝置，是RFID系統信息控制和處理中心。在RFID系統工作時，由閱讀器在一個區域内發送射頻能量形成電磁場，區域的大小取決于發射功率。在閱讀器覆蓋區域内的标簽被觸發，發送存儲在其中的數據，或根據閱讀器的指令修改存儲在其中的數據，并能通過接口與計算機網絡進行通信。閱讀器的基本構成通常包括：收發天線，頻率産生器，鎖相環，調制電路，微處理器，存儲器，解調電路和外設接口組成。

(1)收發天線：發送射頻信号給标簽，并接收标簽返回的響應信号及标簽信息。

(2)頻率産生器：産生系統的工作頻率。

(3)鎖相環：産生所需的載波信号。

(4)調制電路：把發送至标簽的信号加載到載波并由射頻電路送出。

(5)微處理器：産生要發送往标簽的信号，同時對标簽返回的信号進行譯碼，并把譯碼所得的數據回傳給應用程序，若是加密的系統還需要進行解密操作。

(6)存儲器：存儲用戶程序和數據。

(7)解調電路：解調标簽返回的信号，并交給微處理器處理。

(8)外設接口：與計算機進行通信。

2、關于電子标簽

電子标簽由收發天線、AC/DC電路、解調電路、邏輯控制電路、存儲器和調制電路組成。

(1)收發天線：接收來自閱讀器的信号，并把所要求的數據送回給閱讀器。

(2)AC/DC電路：利用閱讀器發射的電磁場能量，經穩壓電路輸出為其它電路提供穩定的電源。

(3)解調電路：從接收的信号中去除載波，解調出原信号。

(4)邏輯控制電路：對來自閱讀器的信号進行譯碼，并依閱讀器的要求回發信号。

(5)存儲器：作為系統運作及存放識别數據的位置。

(6)調制電路：邏輯控制電路所送出的數據經調制電路後加載到天線送給閱讀器。

分類

射頻識别技術依據其标簽的供電方式可分為三類，即無源RFID，有源RFID，與半有源RFID。

1、無源RFID。

在三類RFID産品中，無源RFID出現時間最早，最成熟，其應用也最為廣泛。在無源RFID中，電子标簽通過接受射頻識别閱讀器傳輸來的微波信号，以及通過電磁感應線圈獲取能量來對自身短暫供電，從而完成此次信息交換。因為省去了供電系統，所以無源RFID産品的體積可以達到厘米量級甚至更小，而且自身結構簡單，成本低，故障率低，使用壽命較長。但作為代價，無源RFID的有效識别距離通常較短，一般用于近距離的接觸式識别。無源RFID主要工作在較低頻段125KHz、13.56MKHz等，其典型應用包括：公交卡、二代身份證、食堂餐卡等。

2、有源RFID。

有源RFID興起的時間不長，但已在各個領域，尤其是在高速公路電子不停車收費系統中發揮着不可或缺的作用。有源RFID通過外接電源供電，主動向射頻識别閱讀器發送信号。其體積相對較大。但也因此擁有了較長的傳輸距離與較高的傳輸速度。一個典型的有源RFID标簽能在百米之外與射頻識别閱讀器建立聯系，讀取率可達1,700read/sec。有源RFID主要工作在900MHz、2.45GHz、5.8GHz等較高頻段，且具有可以同時識别多個标簽的功能。有源RFID的遠距性、高效性，使得它在一些需要高性能、大範圍的射頻識别應用場合裡必不可少。

3、半有源RFID。

無源RFID自身不供電，但有效識别距離太短。有源RFID識别距離足夠長，但需外接電源，體積較大。而半有源RFID就是為這一矛盾而妥協的産物。半有源RFID又叫做低頻激活觸發技術。在通常情況下，半有源RFID産品處于休眠狀态，僅對标簽中保持數據的部分進行供電，因此耗電量較小，可維持較長時間。當标簽進入射頻識别閱讀器識别範圍後，閱讀器先現以125KHz低頻信号在小範圍内精确激活标簽使之進入工作狀态，再通過2.4GHz微波與其進行信息傳遞。也即是說，先利用低頻信号精确定位，再利用高頻信号快速傳輸數據。其通常應用場景為：在一個高頻信号所能所覆蓋的大範圍中，在不同位置安置多個低頻閱讀器用于激活半有源RFID産品。這樣既完成了定位，又實現了信息的采集與傳遞。

特點

通常來說，射頻識别技術具有如下特性：

1、适用性：RFID技術依靠電磁波，并不需要連接雙方的物理接觸。這使得它能夠無視塵、霧、塑料、紙張、木材以及各種障礙物建立連接，直接完成通信。

2、高效性：RFID系統的讀寫速度極快，一次典型的RFID傳輸過程通常不到100毫秒。高頻段的RFID閱讀器甚至可以同時識别、讀取多個标簽的内容，極大地提高了信息傳輸效率。

3、獨一性：每個RFID标簽都是獨一無二的，通過RFID标簽與産品的一一對應關系，可以清楚的跟蹤每一件産品的後續流通情況。

4、簡易性：RFID标簽結構簡單，識别速率高、所需讀取設備簡單。尤其是随着NFC技術在智能手機上逐漸普及，每個用戶的手機都将成為最簡單的RFID閱讀器。

優缺點

優勢

射頻識别技術能夠被廣泛的應用到多個産業和領域，必然有其“過人之處”。

就其外在表現形式來講，射頻識别技術的載體一般都是要具有防水、防磁、耐高溫等特點，保證射頻識别技術在應用時具有穩定性。就其使用來講，射頻識别在實時更新資料、存儲信息量、使用壽命、工作效率、安全性等方面都具有優勢。射頻識别能夠在減少人力物力财力的前提下，更便利的更新現有的資料，使工作更加便捷；射頻識别技術依據電腦等對信息進行存儲，最大可達數兆字節，可存儲信息量大，保證工作的順利進行；射頻識别技術的使用壽命長，隻要工作人員在使用時注意保護，它就可以進行重複使用；射頻識别技術改變了從前對信息處理的不便捷，實現了多目标同時被識别，大大提高了工作效率；而射頻識别同時設有密碼保護，不易被僞造，安全性較高。與射頻識别技術相類似的技術是傳統的條形碼技術，傳統的條形碼技術在更新資料、存儲信息量、使用壽命、工作效率、安全性等方面都較射頻識别技術差，不能夠很好的适應我國當前社會發展的需求，也難以滿足産業以及相關領域的需要。

缺點

（1）技術成熟度不夠。RFID技術出現時間較短，在技術上還不是非常成熟。由于超高頻RFID電子标簽具有反向反射性特點，使得其在金屬、液體等商品中應用比較困難。

（2）成本高。RFID電子标簽相對于普通條碼标簽價格較高，為普通條碼标簽的幾十倍，如果使用量大的話，就會造成成本太高，在很大程度上降低了市場使用RFID技術的積極性。

（3）安全性不夠強。RFID技術面臨的安全性問題主要表現為RFID電子标簽信息被非法讀取和惡意篡改。

（4）技術标準不統一。

應用領域

1、物流

物流倉儲是RFID最有潛力的應用領域之一，UPS、DHL、Fedex等國際物流巨頭都在積極實驗RFID技術，以期在将來大規模應用于提升其物流能力。可應用的過程包括：物流過程中的貨物追蹤、信息自動采集、倉儲管理應用、港口應用、郵政包裹、快遞等。

2、交通

出租車管理、公交車樞紐管理、鐵路機車識别等，已有不少較為成功的案例。

3、身份識别

RFID技術由于具有快速讀取與難僞造性，所以被廣泛應用于個人的身份識别證件中。如現在開展的電子護照項目、我國的第二代身份證、學生證等其他各種電子證件。

4、防僞

RFID具有很難僞造的特性，但是如何應用于防僞還需要政府和企業的積極推廣。可以應用的領域包括貴重物品（煙、酒、藥品）的防僞和票證的防僞等。

5、資産管理

可應用于各類資産的管理，包括貴重物品、數量大相似性高的物品或危險品等。随着标簽價格的降低，RFID幾乎可以管理所有的物品。

6、食品

可應用于水果、蔬菜、生鮮、食品等管理。該領域的應用需要在标簽的設計及應用模式上有所創新。

7、信息統計

射頻識别技術的運用，信息統計就變成了一件既簡單又快速的工作。由檔案信息化管理平台的查詢軟件傳出統計清查信号，閱讀器迅速讀取館藏檔案的數據信息和相關儲位信息，并智能返回所獲取的信息和中心信息庫内的信息進行校對。如針對無法匹配的檔案，由管理者用閱讀器展開現場核實，調整系統信息和現場信息，進而完成信息統計工作。

8、查閱應用

在查詢檔案信息時，檔案管理者借助查詢管理平台找出檔号，系統按照檔号在中心信息庫内讀取數據資料，核實後，傳出檔案出庫信号，儲位管理平台的檔案智能識别功能模塊會結合檔号對應相關儲位編号，找出該檔案保存的具體部位。管理者傳出檔案出庫信号後，儲位點上的指示燈立即亮起。資料出庫時，射頻識别閱讀器将獲取的信息反饋至管理平台，管理者再次核實，對出庫檔案和所查檔案核查相同後出庫。而且，系統将記錄信息出庫時間。若反饋檔案和查詢檔案不相符，安全管理平台内的警報模塊就會傳輸異常預警。

9、安全控制

安全控制系統能實現對檔案館的及時監控和異常報警等功能，以避免檔案被毀、失竊等。檔案在被借閱歸還時，特别是實物檔案，常常用作展覽、評價檢查等，管理者對歸還的檔案仔細檢查，并和檔案借出以前的信息核實，能及時發現檔案是否受損、缺失等。