2.1.8　RFID技术

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术也称为无线射频识别技术，是自动识别技术的一种。RFID技术通过无线射频的方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频的方式对媒介（标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，被认为21世纪最具发展潜力的信息技术之一。

在RFID系统中，通过电磁波可实现标签的读写与通信。根据通信距离的长短，可分为近场识别和远场识别，阅读器和标签之间的数据交换方式也对应地分为负载调制和反向散射调制。

1. RFID技术的发展历史

RFID技术最早出现在第二次世界大战中，当时该技术是用来进行敌我识别的。20世纪90年代，RFID技术日臻成熟，吸引了众多企业的关注。RFID技术发展的历程如表2-3所示。

2. RFID的工作原理

RFID的工作原理并不复杂，当标签进入阅读器的通信范围时会接收到阅读器发射的射频信号，无源标签或被动标签可凭借感应电流获得的能量将存储在其中的产品信息发送出去，有源标签或主动标签可主动发送某一频率的信号，阅读器将解码后的信息发送到数据管理系统中进行处理。

RFID的工作原理如图2-4所示。

在RFID系统中，阅读器与标签之间的通信方式和能量感应方式可分为感应耦合及后向散射耦合两种，通常低频的RFID系统采用第一种方式，高频的RFID系统采用第二种方式。

3. RFID组成部分

一个完整的RFID系统通常由阅读器（Reader）、标签（Tag）和数据管理系统三部分组成。

1）阅读器

阅读器的主要功能是从标签中读取信息，或将信息写入标签。当RFID系统工作时，阅读器会在一定的区域内发射射频信号，该区域的大小取决于发射功率，也称为阅读器的通信范围；处于阅读器通信范围内的标签会被触发，阅读器既可以接收标签发送的信息，也可以修改标签中的信息；阅读器通过外设接口与计算机网络进行通信，以便将读取到的信息发送到数据管理系统中。阅读器主要由收发天线、频率产生器、锁相环、调制电路、微处理器、存储器、解调电路和外设接口等模块组成，各个模块的作用如下所述。

（1）收发天线：发送射频信号，并接收标签返回的信号。

（2）频率产生器：产生RFID系统的工作频率。

（3）锁相环：产生RFID系统所需的载波信号。

（4）调制电路：将待发送的信号加载到载波中。

（5）微处理器：产生要发送给标签的信号，同时对标签返回的信号进行译码，并把译码后的数据发送到应用程序。对于加密的信号，还需要进行解密操作。

（6）存储器：存储应用程序和数据。

（7）解调电路：解调标签返回的信号，并将解调后的信号发送给微处理器。

（8）外设接口：与计算机网络进行通信。

2）标签

标签主要由收发天线、AC/DC电路、解调电路、逻辑控制电路、存储器和调制电路等模块组成，各个模块的作用如下所述。

（1）收发天线：接收阅读器发射的射频信号，向阅读器发射包含标签信息的信号。

（2）AC/DC电路：利用阅读器发射的射频信号的能量，为其他电路提供稳定的电源。

（3）解调电路：从接收到的调制信号中解调出原始信号。

（4）逻辑控制电路：对阅读器发射的信号进行译码，并根据阅读器的要求向其发射信号。

（5）存储器：存储RFID系统运行的数据。

（6）调制电路：对逻辑控制电路输出的数据进行调制。

3）数据管理系统

数据管理系统用于存储RFID系统中的数据，对于可读写的标签，该系统还包括编程器，用于向标签写入数据。编程器向标签写入数据的方式有离线和在线两种。

4. RFID的行业标准体系

RFID的行业标准体系主要有美国的EPC Global标准体系、ISO的标准体系和日本的UID标准体系。EPC Global是由国际编码协会（EAN）和美国统一代码委员会（UCC）两大标准化组织联合成立的，其标准体系在案例方面和企业支持力度方面有一定的优势，已经成功地实现了从Gen1标准体系到Gen2标准体系的演进，许多符合Gen2标准体系的产品已经面市。ISO则秉持标准的基本概念，少一些商业利益，更侧重于标准的中立性，因此对于加速RFID行业的发展来说更具有弹性和发展前景。UID标准体系类似于EPC Global标准体系，其目标也是构建一个完整的标准体系，即从编码体系、空中接口协议到泛在网络的体系架构，但是每一个部分的具体内容与EPC Global标准体系存在差异。

RFID的行业标准体系主要包括技术标准（如符号、射频识别技术、IC卡标准等），数据内容标准（如编码格式、语法标准等），一致性标准（如印刷质量、测试规范等标准），以及应用标准（如船运标签、产品包装标准等）。其中技术标准和数据内容标准是几个标准体系竞争比较激烈的部分，也是RFID标准的核心。

5. 标签的分类

根据标签供电方式的不同，可将其分为无源标签、有源标签和半有源标签三类。

1）无源标签

在三类标签中，无源标签出现得最早，其技术最成熟、应用也最广泛。在无源标签中，由于其没有供电系统，因此标签的体积可以达到厘米量级甚至更小，而且自身结构简单、成本低、故障率低、使用寿命较长，但无源标签的有效识别距离通常比较短。无源标签主要工作在低频段，如125 kHz、13.56 kHz等，其典型应用是公交卡、第二代身份证、餐卡等。

2）有源标签

有源标签兴起的时间不长，但已在多个领域，尤其是在高速公路电子不停车收费系统中得到了广泛的应用。有源标签通过外接电源供电，主动向阅读器发送信号，其体积相对较大，但也因此具有较长的有效识别距离与较高的数据传输速率。一个典型的有源RFID标签能在百米之外与阅读器通信。有源标签主要工作在高频段，如900 MHz、2.45 GHz、5.8 GHz，阅读器可同时识别多个有源标签。有源标签在高性能、大范围的RFID系统中是必不可少的。

3）半有源标签

无源标签自身不供电，但有效识别距离太短；有源标签的识别距离足够长，但需外接电源，体积较大。半有源标签是这一矛盾的产物。半有源标签采用的是低频激活触发技术，在半有源标签未进入阅读器的识别范围时，半有源标签处于休眠状态，仅对半有源标签中需要保持数据的部分供电，因此耗电量较小，可维持较长时间；在半有源标签进入阅读器的识别范围时，阅读器先以125 kHz的低频信号在小范围内精确激活半有源标签，使其进入工作状态，再通过2.4 GHz的微波与半有源标签进行数据传输。也就是说，先利用低频信号进行精确定位，再利用高频信号快速传输数据。在不同位置安置多个阅读器用于激活半有源标签，这样既可完成定位，又可传输数据。

6. RFID技术的应用领域与发展趋势

1）RFID技术的应用领域

在智能交通领域，采用RFID技术，可实现高效管理，使人们的出行更加便捷，如ETC、公交刷卡等。

在物流领域，采用RFID技术可实现商品运输、配送、仓储等环节的实时监控，提高自动化程度，以及供应链的透明度和管理效率。

在防伪领域，采用RFID技术的电子门票可提高检票速度，实现了数据采集和分析的自动化管理。

在公共安全领域，采用RFID技术，可实现高效管理，使人们的生活变得更便捷、更安全，如电子门禁、食品安全和医疗管理等。

此外，RFID技术在零售业、制造业、图书管理、智慧城市、国防军事等领域的应用也变得越来越普遍。

2）RFID技术的发展趋势

（1）标签的发展趋势。随着RFID技术标准的制定、应用领域的扩大、应用数量的增加、工艺的不断提高、技术的飞速进步，标签的成本将更低、识别距离将更远、体积将更小。

（2）高频化。高频RFID技术与低频RFID技术相比，具有识别距离远、数据传输速率更快、伪造难度更大、抗干扰能力更强、体积更小的特点，且随着制造成本的进一步降低和高频RFID技术的进一步完善，高频RFID技术的应用将更加广泛。

（3）网络化。部分应用场合需要将不同系统（或多个阅读器）采集的数据进行统一处理，如利用第二代身份证在自动售票机购买火车票时，就需要将RFID系统进行网络化管理，实现远程控制与管理。

（4）多功能化。随着移动计算技术的不断提高和普及，阅读器的设计与制造将向多功能、多接口、多制式、模块化、小型化、便携式、嵌入式等方向发展；同时，多阅读器协调与组网技术将成为未来发展方向之一。