射频识别技术概述.pptx

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1、射频识别技术概述射频识别技术概述RFID技术发展历史及应用现状技术发展历史及应用现状RFIDRFID技术的起源归结为技术的起源归结为2020世纪初期雷达技术的发展及世纪初期雷达技术的发展及应用。应用。19481948年年HarryStockmanHarryStockman发表的发表的“CommunicationbymeansofCommunicationbymeansofreflectedpowerreflectedpower”一文奠定了无线射频识别技术的理论基础，一文奠定了无线射频识别技术的理论基础，也拉开了也拉开了RFIDRFID技术全面研究的序幕。技术全面研究的序幕。2020世纪世纪50

2、50年代是年代是RFIDRFID技术的初步探索阶段，以实验室内实验研技术的初步探索阶段，以实验室内实验研究为主。究为主。2020世纪世纪6060年代，年代，RFIDRFID技术的理论研究取得了进步，开始了一些技术的理论研究取得了进步，开始了一些应用尝试。应用尝试。2020世纪世纪7070年代，年代，RFIDRFID技术与产品研发处于一个快速发展时期，技术与产品研发处于一个快速发展时期，很多科研院所和商业机构开始投入到很多科研院所和商业机构开始投入到RFIDRFID的研发中来。出现了的研发中来。出现了一些最早的一些最早的RFIDRFID商业应用。商业应用。第1页/共21页2020世纪世纪8080

3、年代，年代，RFIDRFID技术更加成熟。各种封技术更加成熟。各种封闭独立的闭独立的RFIDRFID系统应用开始逐步出现。系统应用开始逐步出现。2020世纪世纪9090年代，年代，RFIDRFID技术发展更全面。技术发展更全面。RFIDRFID产品在门禁系统、防盗系统、航空行李识别、产品在门禁系统、防盗系统、航空行李识别、电子付费及运动计时方面都得到广泛的应用。电子付费及运动计时方面都得到广泛的应用。随着随着RFIDRFID的广泛应用，为保证不同的广泛应用，为保证不同RFIDRFID设备设备及系统的相互兼容，及系统的相互兼容，RFIDRFID技术标准化问题越技术标准化问题越来越得到重视。这时，

4、来越得到重视。这时，EPCglobal(EPCglobal(全球电子全球电子产品码协会产品码协会)应运而生，它是由应运而生，它是由UCC(UCC(北美统一北美统一码协会码协会)和和EAN(EAN(欧洲商品编码协会欧洲商品编码协会)共同发起组共同发起组建，并专门负责制定建，并专门负责制定RFIDRFID的标准。的标准。第2页/共21页进入21世纪，RFID技术理论得到进一步丰富和完善，RFID产品种类变得更加丰富，有源、无源及半无源电子标签都得到发展，电子标签的成本也不断下降。而全球最大的零售商沃尔玛公司的一项“要求其前100家供应商从2005年1月起，向其配送中心发送货盘和包装箱时使用RFID

5、技术，2006年1月起在单件商品中使用该技术”的决议，再次把RFID技术推到了聚光灯下。第3页/共21页 RFID RFID技术兴起于二十世纪技术兴起于二十世纪9090年代，该技术在世界范围内广泛地应用于社会生活的年代，该技术在世界范围内广泛地应用于社会生活的各个领域，而在我国则起步较晚，与先进国家相比还存在较大的差距。目前，我国射各个领域，而在我国则起步较晚，与先进国家相比还存在较大的差距。目前，我国射频识别技术还处于研发阶段，存在技术水平不高，标准规范不完整等问题。同时，我频识别技术还处于研发阶段，存在技术水平不高，标准规范不完整等问题。同时，我国射频识别技术又拥有广阔的发展前景和巨大的市

6、场潜力。为了跟上国射频识别技术又拥有广阔的发展前景和巨大的市场潜力。为了跟上RFIDRFID技术的国际技术的国际水平，水平，20062006年中国政府年中国政府1515个政府部门机构联合发布了中国个政府部门机构联合发布了中国RFIDRFID技术政策白皮书，确定技术政策白皮书，确定了国内了国内RFIDRFID技术发展的三个技术发展的三个阶段。阶段。为适应我国社会经济发展对超高频为适应我国社会经济发展对超高频RFIDRFID 技术的应技术的应用需求，根据我国无线电频率划分和产业发展情况，并与国际相关标准衔接，用需求，根据我国无线电频率划分和产业发展情况，并与国际相关标准衔接，20072007年年5

7、 5月我国制定并月我国制定并公布了公布了800/900MHz800/900MHz 频段频段RFIDRFID 技术应用试行技术应用试行规定。引导中国的规定。引导中国的“电子标电子标签签”发展进入标准化、规范化的轨道。发展进入标准化、规范化的轨道。RFIDRFID系统在中国的发展系统在中国的发展第4页/共21页RFID系统的组成及工作原理系统的组成及工作原理典型的RFID系统包括以下几个部分：电子标签，电子标签，又称应答器，对应又称应答器，对应英文名称为英文名称为Tag、Responder或者或者Transponder，载有，载有目标物相关信息，一般作为被识别物体位于用户目标物相关信息，一般作为被

8、识别物体位于用户手中或者贴附于需要被识别的物品上。通常由标签手中或者贴附于需要被识别的物品上。通常由标签天线、标签芯片和衬底组成。标签天线负责射频信天线、标签芯片和衬底组成。标签天线负责射频信号的接收、射频调制信号的发射；标签芯片包含存号的接收、射频调制信号的发射；标签芯片包含存储器、射频选择电路和能量处理电路。储器、射频选择电路和能量处理电路。第5页/共21页7阅读器，又称读写器，对应英文名称为阅读器，又称读写器，对应英文名称为Reader，向，向电子标签发射读取信号，并接收电子标签的应答，对电子标签发射读取信号，并接收电子标签的应答，对电子标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息电子标签

9、的对象标识信息进行解码，将对象标识信息以及电子标签上其它相关信息传输到应用系统以供处以及电子标签上其它相关信息传输到应用系统以供处理。根据应用场合的不同，阅读器可以是手持式或固理。根据应用场合的不同，阅读器可以是手持式或固定式。阅读器主要由天线、射频模块、控制模块等组定式。阅读器主要由天线、射频模块、控制模块等组成。成。天线，对应英文名称为天线，对应英文名称为Antenna，是发射和接收射，是发射和接收射频信号的装置。频信号的装置。应用系统，可运行应用软件，是对阅读器传输来的应用系统，可运行应用软件，是对阅读器传输来的数据进行处理的装置。在射频识别系统中，阅读器和数据进行处理的装置。在射频识别

10、系统中，阅读器和电子标签的所有动作都由应用软件来控制。电子标签的所有动作都由应用软件来控制。第6页/共21页8 8RFID系统的工作原理 系统在工作时，读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当贴有标签的目标对象进入发射天线工作区域时，标签天线便会接收读写器发出的射频信号产生感应电流，感应电流对应的功率足以激活标签芯片时，标签芯片便将自身的编码等信息通过标签天线发送出去，读写器天线接收到从电子标签发送来的载波信号，再由读写器经过调制、解码然后送到数据管理系统进行处理，再由数据管理系统根据数据判断标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。第7页/共21页9

11、 以上信息的传递皆用无线传输，天线在射频识别系以上信息的传递皆用无线传输，天线在射频识别系统中所扮演的角色就是将信息有效地辐射到接收端，天统中所扮演的角色就是将信息有效地辐射到接收端，天线的性能好坏直接影响到整个射频识别系统所能正确识线的性能好坏直接影响到整个射频识别系统所能正确识别的距离，可以说是整个射频识别系统的关键部分。别的距离，可以说是整个射频识别系统的关键部分。电子标签的分类电子标签的分类 电电子子标标签签（Tag）是是射射频频识识别别系系统统真真正正的的数数据据载载体体，Tag具具有有智智能能读读写写和和加加密密通通讯讯的的功功能能，它它的的基基本本构构成成是由是由IC芯片和一些外

12、围元件组成。芯片和一些外围元件组成。依依据据电电子子标标签签供供电电方方式式的的不不同同，电电子子标标签签可可以以分分为为有有源源卡卡(Active tag)和和无无源源卡卡(Passive tag)，有有源源卡卡内内装装有有电电池池，无无源源卡卡内内没没有有装装电电池池。按按照照能能量量供供给给方方式式，RFID系系统统分分为为有有源源系系统统与与无无源源系系统统；按按照照工工作作频频率率，RFID系系统统有有低低频频、中中频频、高高频频、超超高高频频、微波射频等几种。微波射频等几种。第8页/共21页10 RFID系统的分类系统的分类按照不同的分类方法，按照不同的分类方法，RFID系统有不同

13、的分类。系统有不同的分类。根据系统工作的频率不同，根据系统工作的频率不同，RFID系统可以分为低频系统可以分为低频(Low Frequency，LF，30300KHz)、高频、高频(High Frequency，HF，330MHz)、超高频、超高频(Ultra High Frequency，UHF，3001000MHz)以及微波以及微波(Micro Wave，MW，2.45GHz，5.8GHz)系统。如图所示系统。如图所示为为RFID系统工作频谱图。系统工作频谱图。第9页/共21页低频系统常见的工作频率有125KHz和134.2KHz，常用于短距离、低成本的应用中。高频系统常见的工作频率为13

14、.56MHz，识别距离大于低频系统，一般为60cm，常用于门禁控制和需要大量数据传送的应用。超高频系统常见的工作频率为433MHz、840960MHz，微波RFID系统常见的工作频率为2.45GHz和5.8GHz。他们两者常用于需要较长的距离读写和快速读写的场合。第10页/共21页RFID 系统工作频段特系统工作频段特性性频段低频高频超高频微波典型频率125.124KHz13.56MHz860960MHz2.45GHz识别距离60cm约60cm约3.5-5m(P)，100m(A)1m(P)，50m(A)一般特性比较高价；几乎没有环境变化引起的性能下降比低频低廉；适合短识别距离和需要多重标签识别

15、的应用领域先进的IC技术使最低廉的生产成为可能；多重标签识别距离和性能最突出特性与超高频频段类似；受环境影响最大运行方式无源型无源型有源型(A)/无源型(P)有源型(A)/无源型(P)识别速度低速 高速环境影响迟钝 敏感标签尺寸大型 小型第11页/共21页 根据根据RFID系统工作机理不同，可以将系统工作机理不同，可以将RFID系统分为系统分为磁场耦合和电场耦合磁场耦合和电场耦合。磁场耦合又叫电感。磁场耦合又叫电感耦合，为变压器耦合型，即作为初级线圈的读写器耦合，为变压器耦合型，即作为初级线圈的读写器和作为次级线圈的应答器（标签）之间的耦合。谐和作为次级线圈的应答器（标签）之间的耦合。谐振的应

16、答器（固有频率与读写器的磁场振荡频率相振的应答器（固有频率与读写器的磁场振荡频率相符合）进入读写器的交变磁场中，该应答器就可以符合）进入读写器的交变磁场中，该应答器就可以从磁场中获得能量。读写器检测来自应答器的反向从磁场中获得能量。读写器检测来自应答器的反向散射波，进行通讯。散射波，进行通讯。电场耦合读写器与应答器的天线相互处于对电场耦合读写器与应答器的天线相互处于对方的远场区，之间存在电磁波的传播。方的远场区，之间存在电磁波的传播。第12页/共21页根据RFID系统标签的供电类型不同，可以将RFID系统分为无源标签系统、有源标签系统。无源标签内部没有电池，标签通过耦合读写器发射的电磁波的能量

17、来工作。它的重量轻，体积小，成本低廉，使用寿命很长。但它的识别距离较小，而且需要比较大的发射功率的读写器。有源系统的标签内部装有电池，标签通过电池供电主动发射信号，识别距离较长，但标签的成本较高，体积比较大，同时它的寿命限制于电池的寿命。第13页/共21页RFID发展面临的问题发展面临的问题 RFID技术在迅速发展的同时，在标准、制造成本、隐私安全等方面还存在需要解决的问题。目前，RFID还没有形成统一的全球化标准，市场为多种标准并存的局面。当前比较有影响力的RFID标准组织主要有 EPC Global，UID(Ubiquitous ID，泛在识别)和ISO(国际标准化组织)等。在UHF频段，

18、各国规定的使用频率还有一定的差异，欧盟规定的是868MHz，北美规定的是902-928MHz，日本的则是950-956MHz，中国在2007年4月颁布的UHF频段RFID应用试行规定中规定使用频率是840-845MHz和920-925MHz。各国规定频率的不同也导致产品的不兼容以及标签的双频设计导致的高成本。第14页/共21页成本是制约RFID应用的最大瓶颈，要大规模的商用RFID，就必须降低RFID系统尤其是标签的成本。目前一个条形码的价格还不到1美分，而一个电子标签的价格最低在5到20美分，只有标签成本降到3美分以下，才可能大规模应用于单件包装消费品。除了上述标准和成本方面的问题以外，RF

19、ID技术还有可能导致对个人隐私的侵犯；RFID总体技术还不够成熟，对贴于液体及金属物品表面的标签的误读率比较高；射频识别的数据还容易收到攻击；同时RFID数据处理能力还有待提高。第15页/共21页在天线性能标准方面，最重要的标签天线性能参数为天线的阅读距离r，为了保证较长的阅读距离，标签天线要有至少0dB以上的增益，同时对于标签天线和标签芯片组成的电路来说，标签天线到标签芯片要有较高的功率传输系数，而较高的功率传输系数要由标签天线与标签芯片的较好匹配来实现。其次在天线设计要求方面，标签的形状和大小要适合嵌入或者贴在被识别的物体上，或者标签天线附于印刷标签内；另外，必须控制标签的制造成本，这要求

20、标签的天线结构简单。第16页/共21页与标签天线一样，阅读器天线同样要考虑到阅读距离和制造成本，同时天线的带宽要覆盖工作频段。由于阅读距离的考虑，阅读天线要有尽可能高的增益；从制造成本考虑，阅读器天线要求尽可能简单的结构，同时要求天线具有尽可能小的尺寸，这样也便于阅读器小型化。第17页/共21页RFID市场应用趋势v根据调查，全球RFID系统与产品产值，2005年将可达到2.65Billion，CAGR为24%v主要市场为企业垂直应用市场，如物流、供应链管理、安全控管等。单位：百万美元第18页/共21页RFID应用领域TrackingRetailDistributionManufacturingPackagingTrackingTrackingSCMSecurity&Public Safetye-Profilee-Securitye-ControlDispatching&LogisticsGoods AGoods B第19页/共21页RFID物流应用第20页/共21页