1 RFID技術(shù)介紹 

1.1 RFID簡(jiǎn)介 

RFID技術(shù)?；蚍Q射頻識(shí)別技術(shù)，是從2O世紀(jì)9o年代興起的一項(xiàng)非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。 
它是利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)不受空間限制，可快速地進(jìn)行物品追蹤和數(shù)據(jù)交換。工作時(shí)，RFID標(biāo)簽與“識(shí)讀器”的作用距離可達(dá)數(shù)米甚至數(shù)十米。通過(guò)對(duì)多種狀態(tài)下(高速移動(dòng)或靜止)的遠(yuǎn)距離目標(biāo)(物體、設(shè)備、車輛和人員)進(jìn)行非接觸式的信息采集，避免了由于接觸不良所造成的讀寫錯(cuò)誤等誤操作，同時(shí)避免了灰塵、油污等外部惡劣環(huán)境對(duì)讀寫卡的影響。RF卡中存有快速防沖突機(jī)制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，因此終端可以同時(shí)處理多張卡片。由于RFID技術(shù)免除了跟蹤過(guò)程中的人工干預(yù)。在節(jié)省大量人力的同時(shí)可極大的提高工作效率，具有精度高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、抗干擾強(qiáng)、操作快捷等許多優(yōu)點(diǎn)。 

1.2 RFID系統(tǒng)組成及工作原理 

RFID技術(shù)作為一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞，并通過(guò)所傳遞的信息實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。RFID系統(tǒng)因應(yīng)用不同其組成會(huì)有所不同，但基本都由電子標(biāo)簽(Tag)、閱讀器(Reader)和數(shù)據(jù)交換與應(yīng)用系統(tǒng)三大部分組成。電子標(biāo)簽(或稱射頻卡、應(yīng)答器等)，由耦合元件及芯片組成，其中包含帶加密邏輯、串行EEPROM(電可擦除及可編程式只讀存儲(chǔ)器)、微處理器CPU以及射頻收發(fā)及相關(guān)電路。電子標(biāo)簽具有智能讀寫和加密通信的功能，它是通過(guò)無(wú)線電波與讀寫設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，工作的能量是由閱讀器發(fā)出的射頻脈沖提供。閱讀器，有時(shí)也被稱為查詢器、讀寫器或讀出裝置，主要由無(wú)線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。閱讀器可將主機(jī)的讀寫命令傳送到電子標(biāo)簽，再把從主機(jī)發(fā)往電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)加密，將電子標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)解密后送到主機(jī)。 

RFID應(yīng)用系統(tǒng)主要包括RFID識(shí)別系統(tǒng)與行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)。RFID識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)各種方式采集讀頭的信息，把信息傳輸給行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)。 

RFID的工作原理是：閱讀器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波(其區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸)。而標(biāo)簽內(nèi)有—個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與閱讀器發(fā)射的頻率相同。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，如果接收到閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，卡內(nèi)芯片中的有關(guān)電路就會(huì)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、解碼、解密。然后對(duì)命令請(qǐng)求、密碼、權(quán)限等進(jìn)行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲(chǔ)器中讀取有關(guān)信息，經(jīng)加密、編碼、調(diào)制后通過(guò)卡內(nèi)天線再發(fā)送給閱讀器。閱讀器接收到標(biāo)簽的數(shù)據(jù)后，首先解碼并進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)來(lái)確定數(shù)據(jù)的有效性，然后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到閱讀器內(nèi)部的存儲(chǔ)器中或送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。若為修改信息的寫命令，有關(guān)控制邏輯引起的內(nèi)部電荷泵提升工作電壓。提供擦寫EEPROM中的內(nèi)容進(jìn)行改寫，若經(jīng)判斷其對(duì)應(yīng)的密碼和權(quán)限不符，則返回出錯(cuò)信息。RFID基本原理框圖如圖1所示。 

                                          圖1 RFID系統(tǒng)基本原理框圖 


1．3 RFID系統(tǒng)的分類 

1．3．1射頻電子標(biāo)簽的有源與無(wú)源 
射頻電子標(biāo)簽可以分為有源的和無(wú)源的兩種。有源射頻電子標(biāo)簽使用標(biāo)簽內(nèi)電池的能量，識(shí)別距離較長(zhǎng)，可達(dá)幾十米甚至上百米。這種電子標(biāo)簽的使用壽命與電池的壽命直接相關(guān)，導(dǎo)致它的使用壽命一般比較短。標(biāo)簽由于附帶了電池，因此，有源標(biāo)簽的形體上要大一些并且價(jià)格也比較昂貴。無(wú)源射頻電子標(biāo)簽不含有電池，利用耦合的讀寫器發(fā)射的電磁場(chǎng)能量作為自己的能量，它的重量輕、體積小，壽命也可以非常長(zhǎng)，價(jià)格也相對(duì)比較便宜。但它的識(shí)別距離受限制，一般是幾十厘米到幾十米，且需要有較大的讀寫器發(fā)射功率。 
1．3．2 RFID 系統(tǒng)的工作頻率 
通常讀寫器發(fā)送無(wú)線信號(hào)時(shí)所使用的頻率被稱為RFID系統(tǒng)的工作頻率，基本上劃分為4個(gè)范圍：低頻(3o一30oKHz)、中頻(3～30MHz)、高頻(300 MHZ～3GHZ)和微波(2A5 GHZ以上)。RFID系統(tǒng)的常見工作頻率有低頻125kHz、134．2kHz， 中頻13,56MHz， 高頻86oMHz一930MHz、微波2A5GHz、5．8GHz等。低頻系統(tǒng)特點(diǎn)是電子標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較少，閱讀距離較短，電子標(biāo)簽外形多樣，閱讀天線方向性不強(qiáng)等，主要用于短距離、低成本的應(yīng)用中，如多數(shù)的門禁控制、校園卡、煤氣表、水表等；中頻系統(tǒng)則用于需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)；高頻和微波系統(tǒng)的特點(diǎn)是電子標(biāo)簽及閱讀器成本均較高，標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大，閱讀距離較遠(yuǎn)(可達(dá)十幾米)。適應(yīng)物體高速運(yùn)動(dòng)，性能好。閱讀天線及電子標(biāo)簽天線均有較強(qiáng)的方向性，但其天線寬波束方向較窄且價(jià)格較高，主要用于需要較長(zhǎng)的讀寫距離和高讀寫速度的場(chǎng)合，多在火車監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)中應(yīng)用。 
1-3-3射頻電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)器類型 
根據(jù)射頻標(biāo)簽內(nèi)部使用存儲(chǔ)器類型的不同可分為3種：可讀寫卡(RW)、一次寫入多次讀出卡(w0RM)和只讀卡(RO)。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴得多，如電話卡、信用卡等；WORM卡是用戶可以一次性寫入的卡。寫入后數(shù)據(jù)不能改變，比RW 卡要便宜；RO卡存有— 個(gè)唯一的號(hào)碼，不能逐改，保證了安全性。 

1．4 RFID作為換代性標(biāo)識(shí)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1．4．1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大：其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)品種中，數(shù)據(jù)容量最大的二維條形碼(PDF417)．最多也只能存儲(chǔ)2725個(gè)數(shù)字；若包含字母，存儲(chǔ)量則會(huì)更少。而RFID標(biāo)簽存儲(chǔ)容量是2的94次方以上(近萬(wàn)字)，它徹底拋棄了條形碼的種種限制，使世界上的每一種物體都可擁有獨(dú)一無(wú)二的標(biāo)識(shí)符。 
1．4．2讀寫速度快：采用非接觸方式，無(wú)方向性要求，標(biāo)簽一進(jìn)入磁場(chǎng)，解讀器就可以即時(shí)讀取其中的信息，通常在幾毫秒就完成一次讀寫，采用的防沖撞機(jī)制，使之可同時(shí)處理多個(gè)標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)批量識(shí)別，最多同時(shí)識(shí)別可達(dá)每秒50個(gè)，并能在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行識(shí)別。 
1.4．3數(shù)據(jù)安全性高：RFID是按照國(guó)際統(tǒng)一的電子產(chǎn)品代碼的編碼制在出廠前就固化在芯片中的、不重復(fù)4o位的惟一識(shí)別內(nèi)碼．不可復(fù)制和更改。數(shù)據(jù)可以加密，扇區(qū)可以獨(dú)立一次鎖定，并能根據(jù)用戶鎖定重要信息。該技術(shù)很難被仿冒、侵入。使用國(guó)產(chǎn)芯片更安全。 
1.4.4物理性能優(yōu)越：可以儲(chǔ)存永久性數(shù)據(jù)和非永久性數(shù)據(jù)。在可重寫存儲(chǔ)器內(nèi)的信息更改自如。數(shù)據(jù)可動(dòng)態(tài)更新，反復(fù)使用(擦寫10萬(wàn)次，讀無(wú)限)，使用壽命長(zhǎng)(10年或讀寫10萬(wàn)次)，耐高低溫(工作溫度一25℃一75℃)。能適應(yīng)各種工作環(huán)境和工作條件，尤其適用于油污、粉塵、放射等惡劣環(huán)境。 
1．4．5讀寫方便：數(shù)據(jù)的讀取無(wú)需光源，甚至可以透過(guò)外包裝來(lái)進(jìn)行，無(wú)源遠(yuǎn)距離讀寫，讀寫距離最遠(yuǎn)可達(dá)1．5m。采用自帶電池的主動(dòng)標(biāo)簽時(shí)，有效識(shí)別距離可達(dá)到30m以上。 
1．4．6防沖突：電子標(biāo)簽中有快速防沖突機(jī)制，能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，因此閱讀器可以“同時(shí)”處理多張非接觸式射頻卡，一次可處理200個(gè)以上。 

2 RFID技術(shù)的應(yīng)用 

目前RFID技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面。 
物流管理：對(duì)貨物從生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、上架到最后銷售的全程跟蹤； 
資產(chǎn)定位：跟蹤管理公司的貴重財(cái)物； 
交通運(yùn)輸：高速公路和停車場(chǎng)的收費(fèi)系統(tǒng)； 
人員跟蹤：對(duì)在危險(xiǎn)地區(qū)工作的人員進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和定位； 
生產(chǎn)監(jiān)控：整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)流程的各個(gè)環(huán)節(jié)均被置于嚴(yán)密的監(jiān)控和管理之下； 
根據(jù)RFID發(fā)展方向，現(xiàn)對(duì)RFID技術(shù)在幾個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用作下介紹。 

2．1 RFID技術(shù)在煤礦上的應(yīng)用 

2.1．1在煤礦安全監(jiān)控中的應(yīng)用 
射頻識(shí)別系統(tǒng)可以作為煤礦安全管理的子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)井下人員及設(shè)備安全監(jiān)測(cè)工作。在坑道、作業(yè)面的交叉道口安裝讀卡器，入井工作人員按照要求佩戴安裝電子標(biāo)簽的腰帶或佩戴有電子標(biāo)簽的安全帽。電子標(biāo)簽也可以安裝在符合條件的井下移動(dòng)設(shè)備上。系統(tǒng)通過(guò)閱讀器識(shí)別卡號(hào)信息，記錄持卡人或者被檢測(cè)設(shè)備的經(jīng)過(guò)地點(diǎn)、時(shí)間、活動(dòng)軌跡等事實(shí)信息，監(jiān)督無(wú)關(guān)^、員和非法人員進(jìn)入坑道或作業(yè)面，還可自動(dòng)生成考勤作業(yè)的統(tǒng)計(jì)與管理等方面的報(bào)表資料，提高管理效益。 
2．1．2在煤礦機(jī)車調(diào)度中的應(yīng)用 
目前RFID技術(shù)用于機(jī)車定位跟蹤系統(tǒng)已比較成熟，采用可讀寫標(biāo)簽時(shí)刻將有關(guān)信息下載至標(biāo)簽的內(nèi)存中。以便準(zhǔn)確的了解機(jī)車在任一時(shí)刻的位置，在任何時(shí)候都能動(dòng)態(tài)的調(diào)整機(jī)車的啟程和到站時(shí)間，并且提高機(jī)車對(duì)不能預(yù)見情況的反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)車智能集中調(diào)度。 
2．1．3在煤炭企業(yè)物資供應(yīng)管理中的應(yīng)用 
通過(guò)在物資上安裝電子標(biāo)簽，可以方便、快捷地跟蹤物資信息，同時(shí)建立物資供應(yīng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)控企業(yè)的物資運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、裝卸、加工、整理、配送、調(diào)度等，進(jìn)行有效資源整合，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)物資信息化管理的零等待、零庫(kù)存目標(biāo)。 

射頻識(shí)別技術(shù)在井下應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)是： 
2．1．3．1電子標(biāo)簽封裝形式多，抗環(huán)境影響能力強(qiáng)； 
2．1．3．2電子標(biāo)簽攜帶方便、操作簡(jiǎn)單，閱讀器可在5m以上的距離實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽的自動(dòng)識(shí)別，符合井下作業(yè)設(shè)備力求簡(jiǎn)單、方便的要求； 
2．1．3．3 RFID技術(shù)安全可靠性高，理論上不會(huì)對(duì)井下作業(yè)產(chǎn)生危險(xiǎn)。 

2．2 RFID技術(shù)在交通管理中的應(yīng)用 

2．2．1 停車場(chǎng)收費(fèi)系統(tǒng) 
停車場(chǎng)收費(fèi)管理及車輛控制系統(tǒng)應(yīng)用于停車場(chǎng)收費(fèi)管理與進(jìn)出車輛控制。車主無(wú)需停車即可進(jìn)入停車場(chǎng)，通過(guò)電腦自動(dòng)識(shí)別持卡人身份，確定對(duì)車是放行或攔截，為車主通行及物業(yè)管理提供了極大的方便。系統(tǒng)適用于大、中、小型停車場(chǎng)單出／A口、雙出／A口停車場(chǎng)，單向、雙向出／人的停車場(chǎng)。 
將RFID標(biāo)簽安裝在車輛的前擋風(fēng)玻璃上，在停車場(chǎng)的人口處安裝RFID讀頭。在正常工作時(shí)，當(dāng)車輛通過(guò)閱讀器時(shí)，閱讀器會(huì)讀取標(biāo)簽中的內(nèi)容并將讀取的信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)。當(dāng)電子標(biāo)簽有效時(shí)，道閘自動(dòng)打開。 
2．2．2車輛管理系統(tǒng) 
在要管理的車輛上安裝電子標(biāo)簽，并通過(guò)識(shí)別設(shè)備的安裝可以對(duì)車輛的調(diào)度和運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。例如1999年l0月正式啟動(dòng)的鐵道部鐵路車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，就是一個(gè)將電子標(biāo)簽應(yīng)用于車輛物流管理的實(shí)例。在該項(xiàng)目中，通過(guò)將超高頻率的電子標(biāo)簽安裝在全部50輛貨車上，使得鐵道部及時(shí)準(zhǔn)確地采集列車車次、車號(hào)和到發(fā)信息，能加快實(shí)現(xiàn)全路貨車、機(jī)車、列車、集裝箱跟蹤管理，滿足了管理系統(tǒng)對(duì)列車、車輛等基礎(chǔ)信息的需求，最終使鐵路運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化管理。 

射頻識(shí)別技術(shù)在交通管理應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)是 
2.2.2.1標(biāo)簽可以并行讀取，速度高達(dá)每秒鐘200-300； 
2.2.2.2運(yùn)動(dòng)中讀取速度快，車速達(dá)到20公里/小時(shí)仍可準(zhǔn)確讀取； 
2.2.2.3標(biāo)簽體積小，薄如紙，非常便于和其他裝置配合； 
2.2.2.4使用壽命長(zhǎng)，耐侯性非常好。 

2.3 RFID技術(shù)在鋼鐵廠中的應(yīng)用 

2.3.1 在生產(chǎn)自動(dòng)控制中的應(yīng)用 
在鋼鐵廠的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)生產(chǎn)機(jī)車或設(shè)備的自動(dòng)定位控制是很重要的。在以往的控制方案中采用的各種技術(shù)存在受環(huán)境和物體表面影響大或讀取數(shù)據(jù)的距離有限或造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用高等缺陷。而RFID技術(shù)對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可抵御灰塵、油污、振動(dòng)或遮擋物的等的干擾，實(shí)現(xiàn)全天候工作。并且電子標(biāo)簽內(nèi)可存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)多，數(shù)據(jù)讀取距離遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)讀取精確度高。這些技術(shù)特點(diǎn)使得RFID技術(shù)可以很好地應(yīng)用在生產(chǎn)自動(dòng) 
控制中。例如：在某鋼廠的焦化三大機(jī)車自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將寫有爐號(hào)信息的電子標(biāo)簽安裝在推焦車、攔焦車、加煤車的軌道的關(guān)鍵位置上，當(dāng)裝有閱讀器的推焦車、攔焦車、加煤車經(jīng)過(guò)這些標(biāo)簽時(shí)可以讀取到標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)并將其上傳至主控計(jì)算機(jī)中。主控計(jì)算機(jī)根據(jù)這些數(shù)據(jù)再來(lái)精確控制機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)自實(shí)行以來(lái)大大提高了焦化生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，避免了人為的操作失誤，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。 

2,3．2在產(chǎn)品整線生產(chǎn)信息管理中的應(yīng)用 
在某些產(chǎn)品(如大方坯與圓鋼筋)的表面放置電子標(biāo)簽，可讀取產(chǎn)品在生產(chǎn)流水線上通過(guò)每一道工序的信息和數(shù)據(jù)，并將該信息轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)據(jù)格式后提供給監(jiān)控平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的產(chǎn)品自動(dòng)跟蹤管理。RFID系統(tǒng)在整個(gè)工作過(guò)程中可做到基本不需要人工參與，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，電子標(biāo)簽可反復(fù)讀寫100，000次以上，因此能節(jié)省大雖人力和物力。 

2,4工程中的實(shí)施要點(diǎn) 

在工程實(shí)施中，天線位置的擺放地點(diǎn)及方向?qū)φ麄€(gè)RFID系統(tǒng)的應(yīng)用效果有很大的影響。天線設(shè)置地點(diǎn)附近不能有強(qiáng)的輻射干擾，對(duì)于覆蓋區(qū)域不能有死角，必要時(shí)可以放置多個(gè)天線。同時(shí)如果同一點(diǎn)有進(jìn)和出的方向區(qū)分則要注意負(fù)責(zé)兩個(gè)方向的天線間不能有重疊區(qū)域。 

由于天線和閱讀器之間的信號(hào)在線路上傳輸衰減很快，因此天線和閱讀器間的信號(hào)線不宜超過(guò)3米。這就必須在工程中不僅要考慮天線的擺放位置同時(shí)還要考慮閱讀器的位置。如果閱讀器放置在室外或環(huán)境惡劣的地方，必須作好防雷、防水、防塵等防護(hù)工作。天線與閱讀器間的傳輸線、閱讀器到后臺(tái)終端的傳輸線以及電源線纜也要有相應(yīng)的保護(hù)。 

在使用電子標(biāo)簽時(shí)要注意標(biāo)簽使用的環(huán)境不能影響到標(biāo)簽的正常工作。如將無(wú)源標(biāo)簽貼放在車的玻璃上時(shí)，貼放的玻璃不能有金屬車膜。如果無(wú)法避免環(huán)境對(duì)標(biāo)簽的影響就必須對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行特殊的封裝。 

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