一般而言,RFID系統(tǒng)由5個組件構(gòu)成,包括傳送器、接收器、微處理器、天線,標簽。傳送器、接收器和微處理器通常都被封裝在一起,又統(tǒng)稱為閱讀器(Reader),所以工業(yè)界經(jīng)常將RFID系統(tǒng)分為閱讀器,天線和標簽三大組件,這三大組件一般都可由不同的生產(chǎn)商生產(chǎn)。RFID源于雷達技術(shù),所以其工作原理和雷達極為相似。首先閱讀器通過天線發(fā)出電子信號,標簽接收到信號后發(fā)射內(nèi)部存儲的標識信息,閱讀器再通過天線接收并識別標簽發(fā)回的信息,最后閱讀器再將識別結(jié)果發(fā)送給主機。體系架構(gòu)如圖所示。
電子標簽與閱讀器之間通過耦合元件實現(xiàn)射頻信號的空間(無接觸)耦合,在耦合通道內(nèi),根據(jù)時序關(guān)系,實現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。發(fā)生在閱讀器和電子標之間的射頻信號耦合類型有兩種:一種是電感耦合,變壓器模型,通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合,理論依據(jù)為電磁感應(yīng)定律;另一種是電磁反向散射耦合,雷達模型,發(fā)射出去的電磁波碰到目標后反射,同時攜帶回目標信息,理論依據(jù)是電磁波在空間的傳播特性。
閱讀器
閱讀器是RFID系統(tǒng)最重要也最復(fù)雜的一個組件。因其上作模式一般是主動向標簽詢問標識信息,所以有時又被稱為詢問器(Interrogator)。圖2.10給出了幾種不同外觀的閱讀器。閱讀器一方面通過標準網(wǎng)口、RS232串口或USB接口同主機相連,另一方面通過天線同RFID標簽通信。有時為了方便,閱讀器和天線以及智能終端設(shè)備會集成在起形成可移動的手持式閱讀器。
天線
天線同閱讀器相連,用于在標簽和閱讀器之間傳遞射頻信號。閱讀器可以連接一個或多個天線,但每次使用時只能激活一個天線。天線的形狀和大小會隨著工作頻率和功能的不同而不同。RFID系統(tǒng)的工作頻率從低頻到微波,范圍很廣,這使得天線與標簽芯片之間的匹配問題變得很復(fù)雜。
標簽
1.概念
RFID標簽(Tag)是由耦合元件、芯片及微型天線組成的,每個標簽內(nèi)部有唯一的電子編碼,附著在物體上,用來標識目標對象。標簽進入閱讀器掃描場以后,接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號,憑借感應(yīng)電流獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的電子編碼(被動式標簽),或者主動發(fā)送某一頻率的信號(主動式標簽)。
RFID標簽的原理和條形碼相似,但與其相比還具有以下優(yōu)點:
1)體積小且形狀多樣。RFID標簽在讀收上并不受尺寸大小與形狀限制,不需要為了讀取精度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。
2)耐環(huán)境性。條形碼容易被污染而影響識別,但RFID對水、油等物質(zhì)卻有極強的抗污染性。另外,即使在黑暗的環(huán)境中,RFID標簽也能夠被讀取。
3)可重復(fù)使用。標簽具有讀寫功能,電子數(shù)據(jù)可被反復(fù)覆蓋,因此可以被回收而重復(fù)使用。
4)穿透性強。標簽在被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包裹的情況下也可以進行穿透性通信。
5)數(shù)據(jù)安全性。標簽內(nèi)的數(shù)據(jù)通過循環(huán)冗余校驗的力法來保證標簽發(fā)送的數(shù)據(jù)準確性。
2.數(shù)據(jù)存儲方式
標簽采用三種方式進行數(shù)據(jù)存儲:電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)、鐵電隨機存取存儲器(FRAM)和靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)。一般射頻識別系統(tǒng)主要采用EEPR0M方式。這種方式的缺點是寫入過程中的功耗消耗很大,使用壽命一般為lO0000次。也有廠家采用FRAM方式。FRAM的寫入功耗消耗為EEPROM的1/100,寫入時間為EEPROM的1/1000。FRAM屬于非易失類存儲器。然而,F(xiàn)RAM由于生產(chǎn)方面的問題至今未獲得廣泛應(yīng)用。SRAM能快速寫入數(shù)據(jù),適用于微波系統(tǒng)、但SRAM需要輔助電池不間斷供電,才能保存數(shù)據(jù)。
3.分類
標簽根據(jù)是否內(nèi)置電源,可以分為三種類型:被動式標簽、主動式標簽和半主動式標簽。
(1)被動式標簽
被動式標簽因內(nèi)部沒有電源設(shè)備又被稱為無源標簽。被動式標簽內(nèi)部的集成電路通過接收由閱讀器發(fā)出的電磁波進行驅(qū)動,向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)。被動式標簽的通信頻率可以是高頻(HF)或超高頻(UHF)。第一代被動式標簽采用高頻通信,其通信頻段為13.56MHz。通信距離較短,最長只能到達1m左右,主要用于訪問控制和非接觸式付款。第二代被動式標簽采用超高頻通信,其通信頻段為860~960MHz。通信距離較長,可達3~5m,并且支持多標簽識別,即間讀器可同時準確識別多個標簽。迄今為止,第二代被動式標簽也是應(yīng)用最為廣泛的RFID標,主要用于工業(yè)自動化、資產(chǎn)管理、貨物監(jiān)控、個人標識和訪問控制等領(lǐng)域。
(2)主動式標簽
主動式標簽因標簽內(nèi)部攜帶電源又被稱為有源標簽。電源設(shè)備和與其相關(guān)的電路決定了主動式標簽要比被動式標簽體積大、價格昂貴。但主動式標簽通信距離更遠,可達上百米遠。主動式標簽有兩種工作模式,一種是主動模式,在這種模式下標簽主動向四周進行周期性廣播,即使沒有閱讀器存在也會這樣做;另一種為喚醒模式,為了節(jié)約電源并減小射頻信號噪聲。標一開始處于低耗電量的休眠狀態(tài)。閱讀器識別時需先廣播一個喚醒命令,只有當標簽接收到喚醒命令時才會開始廣播自己的編碼。這種低能耗的喚醒模式通??梢允怪鲃邮綐撕灥膲勖L達好幾年,如RFCode主動標簽就可以使用7年以上。
(3)半主動式標簽
半主動式標兼有被動式標簽和主動式標簽的所有優(yōu)點,內(nèi)部攜帶電池,能夠為標簽內(nèi)部計算提供電源。這種標簽可以攜帶傳感器,可用于檢測環(huán)境參數(shù),如溫度、濕度、移動性等。和主動式標簽不同的是,它們的通信并不需要電池提供能量,而是像被動式標簽一樣通過閱讀器發(fā)射的電磁波取通信能量。