RFID技术以及RFID系统组成分析详解

一般而言，RFID系统由5个组件构成，包括传送器、接收器、微处理器、天线，标签。传送器、接收器和微处理器通常都被封装在一起，又统称为阅读器（Reader），所以工业界经常将RFID系统分为阅读器，天线和标签三大组件，这三大组件一般都可由不同的生产商生产。RFID源于雷达技术，所以其工作原理和雷达极为相似。首先阅读器通过天线发出电子信号，标签接收到信号后发射内部存储的标识信息，阅读器再通过天线接收并识别标签发回的信息，最后阅读器再将识别结果发送给主机。体系架构如图所示。

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。发生在阅读器和电子标之间的射频信号耦合类型有两种：一种是电感耦合，变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，理论依据为电磁感应定律；另一种是电磁反向散射耦合，雷达模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带回目标信息，理论依据是电磁波在空间的传播特性。

阅读器

阅读器是RFID系统最重要也最复杂的一个组件。因其上作模式一般是主动向标签询问标识信息，所以有时又被称为询问器（Interrogator）。图2.10给出了几种不同外观的阅读器。阅读器一方面通过标准网口、RS232串口或USB接口同主机相连，另一方面通过天线同RFID标签通信。有时为了方便，阅读器和天线以及智能终端设备会集成在起形成可移动的手持式阅读器。

天线

天线同阅读器相连，用于在标签和阅读器之间传递射频信号。阅读器可以连接一个或多个天线，但每次使用时只能激活一个天线。天线的形状和大小会随着工作频率和功能的不同而不同。RFID系统的工作频率从低频到微波，范围很广，这使得天线与标签芯片之间的匹配问题变得很复杂。

标签

1.概念

RFID标签（Tag）是由耦合元件、芯片及微型天线组成的，每个标签内部有唯一的电子编码，附着在物体上，用来标识目标对象。标签进入阅读器扫描场以后，接收到阅读器发出的射频信号，凭借感应电流获得的能量发送出存储在芯片中的电子编码（被动式标签），或者主动发送某一频率的信号（主动式标签）。

RFID标签的原理和条形码相似，但与其相比还具有以下优点：

1）体积小且形状多样。RFID标签在读收上并不受尺寸大小与形状限制，不需要为了读取精度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。

2）耐环境性。条形码容易被污染而影响识别，但RFID对水、油等物质却有极强的抗污染性。另外，即使在黑暗的环境中，RFID标签也能够被读取。

3）可重复使用。标签具有读写功能，电子数据可被反复覆盖，因此可以被回收而重复使用。

4）穿透性强。标签在被纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质包裹的情况下也可以进行穿透性通信。

5）数据安全性。标签内的数据通过循环冗余校验的力法来保证标签发送的数据准确性。

2．数据存储方式

标签采用三种方式进行数据存储：电可擦可编程只读存储器（EEPROM）、铁电随机存取存储器（FRAM）和静态随机存取存储器（SRAM）。一般射频识别系统主要采用EEPR0M方式。这种方式的缺点是写入过程中的功耗消耗很大，使用寿命一般为lO0000次。也有厂家采用FRAM方式。FRAM的写入功耗消耗为EEPROM的1／100，写入时间为EEPROM的1／1000。FRAM属于非易失类存储器。然而，FRAM由于生产方面的问题至今未获得广泛应用。SRAM能快速写入数据，适用于微波系统、但SRAM需要辅助电池不间断供电，才能保存数据。

3．分类

标签根据是否内置电源，可以分为三种类型：被动式标签、主动式标签和半主动式标签。

（1）被动式标签

被动式标签因内部没有电源设备又被称为无源标签。被动式标签内部的集成电路通过接收由阅读器发出的电磁波进行驱动，向阅读器发送数据。被动式标签的通信频率可以是高频（HF）或超高频（UHF）。第一代被动式标签采用高频通信，其通信频段为13.56MHz。通信距离较短，最长只能到达1m左右，主要用于访问控制和非接触式付款。第二代被动式标签采用超高频通信，其通信频段为860～960MHz。通信距离较长，可达3～5m，并且支持多标签识别，即间读器可同时准确识别多个标签。迄今为止，第二代被动式标签也是应用最为广泛的RFID标，主要用于工业自动化、资产管理、货物监控、个人标识和访问控制等领域。

（2）主动式标签

主动式标签因标签内部携带电源又被称为有源标签。电源设备和与其相关的电路决定了主动式标签要比被动式标签体积大、价格昂贵。但主动式标签通信距离更远，可达上百米远。主动式标签有两种工作模式，一种是主动模式，在这种模式下标签主动向四周进行周期性广播，即使没有阅读器存在也会这样做；另一种为唤醒模式，为了节约电源并减小射频信号噪声。标一开始处于低耗电量的休眠状态。阅读器识别时需先广播一个唤醒命令，只有当标签接收到唤醒命令时才会开始广播自己的编码。这种低能耗的唤醒模式通常可以使主动式标签的寿命长达好几年，如RFCode主动标签就可以使用7年以上。

（3）半主动式标签

半主动式标兼有被动式标签和主动式标签的所有优点，内部携带电池，能够为标签内部计算提供电源。这种标签可以携带传感器，可用于检测环境参数，如温度、湿度、移动性等。和主动式标签不同的是，它们的通信并不需要电池提供能量，而是像被动式标签一样通过阅读器发射的电磁波取通信能量。