RFID無線技術(shù)介紹

來源:百家號：物聯(lián)網(wǎng)電子世界

RFID 即 Radio Frequency Identification， 也就是我們常說的射頻識別技術(shù)， 也叫電子標(biāo)簽技術(shù)。其原理是利用電磁場自動識別和跟蹤附著在物體上的標(biāo)簽。標(biāo)簽包含電子存儲的信息。RFID分為分為有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽，無源標(biāo)簽沒有電池，它從附近的RFID閱讀器的無線電波中收集能量來給自己供電并且發(fā)送信息。有源標(biāo)簽有一個(gè)本地電源(如電池)，可以被RFID閱讀器在百米內(nèi)識別。與條形碼不同的是，標(biāo)簽不需要在閱讀器的視線范圍內(nèi)，因此它可能嵌入到被跟蹤的對象中。RFID是一種自動識別和數(shù)據(jù)捕獲(AIDC)的方法。
RFID標(biāo)簽在許多行業(yè)都有應(yīng)用。例如，在汽車生產(chǎn)過程中附加的RFID標(biāo)簽可以用來跟蹤其在裝配線上的進(jìn)度，帶有RFID標(biāo)簽的藥品可以通過倉庫進(jìn)行跟蹤，在家畜和寵物身上植入RFID微芯片可以對動物進(jìn)行主動識別。
RFID的分類
RFID根據(jù)工作頻率可以分為低頻卡，高頻卡，超高頻卡，微波，NFC卡。低頻卡的頻率一般是125KHz-134KHz，高頻卡和NFC卡頻率是13.56M，超高頻卡一般是433Mhz和915Mhz，微波是2.4GHz、5.8Ghz或更高。低頻卡和高頻卡,NFC卡一般是無源的，UHF和微波的卡大部分是有源的。頻率越高，傳輸速度越快，所以低頻卡只能傳遞很有限的信息，而高頻卡可以傳遞大量的信息。
RFID系統(tǒng)的組成
RFID系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽，讀卡器，計(jì)算機(jī)三部分組成。
電子標(biāo)簽：
無源電子標(biāo)簽里面含有芯片和天線，天線接收射頻的無線電信息，并感應(yīng)出一定的電動勢，給芯片供電，無源電子標(biāo)簽由于沒有電池，傳輸距離比較近，只有幾厘米到十幾厘米，由于無源電子標(biāo)簽沒有電池，只有一個(gè)芯片和天線，可以做成非常小巧和超薄形狀。有源電子標(biāo)簽里面有電池，就相當(dāng)于一個(gè)無線電發(fā)射器，所以傳輸距離比無源卡要遠(yuǎn)很多，可以長達(dá)幾百米，但由于含有電池，所以體積不容易做的很小和薄，并且壽命有限，成本較高。
讀卡器：
讀卡器是利用射頻技術(shù)讀寫電子標(biāo)簽的設(shè)備，對于無緣標(biāo)簽來說需要產(chǎn)生一定的電磁場來感應(yīng)無源標(biāo)簽的天線，對有源標(biāo)簽則需要一個(gè)接收天線，讀卡器讀取電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，把它轉(zhuǎn)換成一定的格式，并傳遞給計(jì)算機(jī)。
RFID的工作原理
RFID 的基本工作原理大致是這樣的，下面是無源標(biāo)簽的工作過程。
1. RF標(biāo)簽接收來自讀寫器的無線電波。
2.由于電磁感應(yīng)，電磁感應(yīng)的電電動勢在RF標(biāo)簽中產(chǎn)生。
3. IC芯片由電動勢激活，并且IC芯片的信息被編碼。
4.從RF標(biāo)簽的天線發(fā)送信號。
5.讀寫器天線接收信號。
6.讀寫器對信號進(jìn)行解碼（解碼）并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠俊?br /> 電磁感應(yīng)
有源標(biāo)簽的工作原理和無源標(biāo)簽的主要不同點(diǎn)在不需要RFID標(biāo)簽接收讀寫器的無線電波，而感應(yīng)出電動勢，它是主動的向RFID讀卡器發(fā)送信號，RFID讀卡器對有源標(biāo)簽發(fā)送的信號進(jìn)行解碼。
電磁波輻射方法
低頻RFID
低頻的RFID工作頻率大致為125k到134k之間，這個(gè)頻率的電磁波，除了金屬材料，一般的材料都可以穿透，它的讀寫區(qū)域磁場比較均勻，工作較為穩(wěn)定。由于頻率較低，要使用很多匝線圈才能接受到比較強(qiáng)的信號，使得這種射頻卡的厚度比較大。
低頻RFID卡
低頻卡線圈
EM4095低頻讀卡器原理圖
上圖為常用的em4095芯片的低頻讀卡器原理圖，它的數(shù)據(jù)輸出是曼徹斯特編碼。數(shù)據(jù)格式如下圖
頻卡使用最多的場景是小區(qū)的門禁卡。
高頻RFID
這個(gè)頻率的感應(yīng)線圈不需要那么多銅線進(jìn)行繞制，可以通過印刷電路板的方式制作天線，體積比低頻的RFID卡薄很多。高頻RFID卡工作頻率是13.56兆赫茲，除了金屬材料外，大多數(shù)的材料都可以被穿透，但是會降低讀寫距離，感應(yīng)器需要離開金屬一段距離。
使用最廣泛的高頻卡是S50卡，S50 卡工作距離最高可達(dá) 100mm（由天線的結(jié)構(gòu)決定），工作頻率為 13.56Mhz，數(shù)據(jù)傳送速度可達(dá)106Kbit/s，由于有16位的CRC校驗(yàn)，奇偶校驗(yàn)等措施所以數(shù)據(jù)高度可靠。 S50卡中的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)為EEPROM，大小為 1K，分成 16 個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)又分成 4 個(gè)段，每個(gè)段中有 16 個(gè)字節(jié)，用戶可以定義每個(gè)存儲器段的訪問條件，存儲介質(zhì)中的數(shù)據(jù)可以存放 10 年，可以寫入數(shù)據(jù)的次數(shù)為 100000 次。 S50 卡具有超高的保密性，在讀取數(shù)據(jù)時(shí)需要三輪確認(rèn)， RF 信道的數(shù)據(jù)也有加密， 每個(gè)區(qū)都有兩套獨(dú)立的秘鑰。每個(gè)設(shè)備有唯一的序列號。
NFC卡
NFC (Near Field Communication)近場通信，這個(gè)技術(shù)由非接觸式射頻識別（ RFID）演變而來，由飛利浦半導(dǎo)體（現(xiàn)恩智浦半導(dǎo)體公司）、 諾基亞和索尼共同研制開發(fā)，其基礎(chǔ)是 RFID 及互連技術(shù)。 NFC 是一種短距離高頻的無線電技術(shù)， 在 13.56Mhz 頻率運(yùn)行于 20cm 距離內(nèi)。其傳輸速度有 106Kbit/s， 212Kbit/s或者 424Kbit/s 三種。從工作頻率上和看和高頻RFID沒有區(qū)別，但他們差距最哪里呢？
NFC 與 RFID 區(qū)別：
第一、 NFC 將非接觸讀卡器、非接觸卡和點(diǎn)對點(diǎn)功能整合進(jìn)一塊單芯片，而 rfid 必須有閱讀器和標(biāo)簽組成。 RFID 只能實(shí)現(xiàn)信息的讀取以及判定，而 NFC 技術(shù)則強(qiáng)調(diào)的是信息交互。通俗的說 NFC 就是 RFID 的演進(jìn)版本，雙方可以近距離交換信息。 NFC 手機(jī)內(nèi)置 NFC 芯片，組成 RFID 模塊的一部分，可以當(dāng)作 RFID無源標(biāo)簽使用進(jìn)行支付費(fèi)用；也可以當(dāng)作 RFID 讀寫器，用作數(shù)據(jù)交換與采集，還可以進(jìn)行 NFC 手機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。
第二、 NFC 傳輸范圍比 RFID 小， RFID 的傳輸范圍可以達(dá)到幾米、甚至幾十米，但由于 NFC 采取了獨(dú)特的信號衰減技術(shù)，相對于 RFID 來說 NFC 具有距離近、帶寬高、能耗低等特點(diǎn)。
第三、應(yīng)用方向不同。 NFC 看更多的是針對于消費(fèi)類電子設(shè)備相互通訊，有源 RFID 則更擅長在長距離識別。
NFC 的工作模式有卡模式和點(diǎn)對點(diǎn)模式：
卡模式：這個(gè)模式其實(shí)就是相當(dāng)于一張采用 RFID 技術(shù)的 IC 卡。可以替代大量的 IC 卡（包括信用卡）場合商場刷卡、公交卡、門禁管制，車票，門票等等。此種方式下，有一個(gè)極大的優(yōu)點(diǎn)，那就是卡片通過非接觸讀卡器的 RF 域來供電，即便是寄主設(shè)備（如手機(jī)）沒電也可以工作。
點(diǎn)對點(diǎn)模式： 這個(gè)模式和紅外線差不多， 可用于數(shù)據(jù)交換， 只是傳輸距離較短， 傳輸創(chuàng)建速度較快，傳輸速度可快些， 功耗低（藍(lán)牙也類似）。將兩個(gè)具備 NFC 功能的設(shè)備鏈接，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，如下載音樂、交換圖片或者同步設(shè)備地址簿。一次通過 NFC，多個(gè)設(shè)備如數(shù)碼相機(jī)、 PDA、計(jì)算機(jī)和手機(jī)之間都可以交換資料或者服務(wù)。
超高頻RFID和微波RFID卡
我們最常用的微波RFID卡就是我們汽車上的etc卡了，Etc電子標(biāo)簽機(jī)發(fā)射信號，高速收費(fèi)站的接收機(jī)接收，可以傳遞車牌照信息，收費(fèi)信息等。
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