呂秋珍 河源技師學(xué)院 廣東河源 517000

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射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用淺析

呂秋珍 河源技師學(xué)院 廣東河源 517000

【文章摘要】

近年來，沸沸揚(yáng)揚(yáng)的物聯(lián)網(wǎng)概念開始進(jìn)入人們的視野，物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展。本文從物聯(lián)網(wǎng)的基本技術(shù)射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）著手，介紹了RFID系統(tǒng)的基本組成，工作原理，發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】

物聯(lián)網(wǎng)；射頻識(shí)別技術(shù)

1　物聯(lián)網(wǎng)的基本概念

物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”。由該名稱可見，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間進(jìn)行信息交換和通信。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，物品（商品）能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無需人的干預(yù)。毫無疑問，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨將會(huì)使人們的日常生活發(fā)生翻天覆地的變化。

2　RFID基礎(chǔ)理論

要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，首先要將物理世界上那些不具有智能的種種物品與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系起來。換句話說，物理世界與互聯(lián)網(wǎng)之間必須建立信息通道。在物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系中，這一部分成為感知層。物聯(lián)網(wǎng)的“物”包羅萬象，它們的體積、形態(tài)、所處環(huán)境、所含物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都千差萬別。因此實(shí)現(xiàn)感知層的技術(shù)必須要滿足：無線、自動(dòng)、可靠、能靠吸取周圍能源工作，其硬件設(shè)備必須形狀能變、大小可調(diào)、制造簡(jiǎn)單、低價(jià)、能承受惡劣環(huán)境。從當(dāng)前的各種技術(shù)來看，RFID（Radio Frequency Identification）正是能夠讓物品“開口說話”的一種技術(shù)，射頻識(shí)別俗稱電子標(biāo)簽。射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù) ，它通過射頻信號(hào)動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。

（1）RFID的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：

1）標(biāo)簽（Tag，即射頻卡）：由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信。

2）閱讀器：讀取（在讀寫卡中還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備。

3）天線：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。

有些系統(tǒng)還通過閱讀器的RS232或RS485接口與外部計(jì)算機(jī)（上位機(jī)主系統(tǒng)）連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

（2）系統(tǒng)的基本工作原理

閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

隨著集成工藝越來越發(fā)達(dá)，集成在標(biāo)簽中的芯片功能也越來越強(qiáng)大，而體積卻越來越小。最基本的RFID系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1　基本的RFID系統(tǒng)框圖

閱讀器的控制單元的功能包括：與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的命令；控制與射頻卡的通信過程（主-從原則）；信號(hào)的編解碼。對(duì)一些特殊的系統(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法，對(duì)射頻卡與閱讀器間要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，以及進(jìn)行射頻卡和閱讀器間的身份驗(yàn)證等附加功能。

射頻識(shí)別系統(tǒng)的讀寫距離是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)。目前，長(zhǎng)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)的價(jià)格還很貴，因此尋找提高其讀寫距離的方法很重要。影響射頻卡讀寫距離的因素包括天線工作頻率、閱讀器的RF輸出功率、閱讀器的接收靈敏度、射頻卡的功耗、天線及諧振電路的Q值、天線方向、閱讀器和射頻卡的耦合度，以及射頻卡本身獲得的能量及發(fā)送信息的能量等。大多數(shù)系統(tǒng)的讀取距離和寫入距離是不同的，寫入距離大約是讀取距離的40%～80%。因此RFID是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

3　RFID的發(fā)展趨勢(shì)

隨著RFID技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用系統(tǒng)的推廣普及，我認(rèn)為射頻識(shí)別技術(shù)在性能等各方面都會(huì)有較大提高，成本將逐步降低，可以預(yù)見未來RFID技術(shù)的發(fā)展將有以下趨勢(shì)：

（1）標(biāo)簽產(chǎn)品多樣化。未來用戶個(gè)性化需求較強(qiáng)，單一產(chǎn)品不能適應(yīng)未來發(fā)展和市場(chǎng)需求。芯片頻率、容量、天線、封裝材料等組合形成產(chǎn)品系列化，與其他高科技融合，如與傳感器、GPS、生物識(shí)別結(jié)合將由單一識(shí)別向多功能識(shí)別發(fā)展。

（2）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。當(dāng)RFID系統(tǒng)應(yīng)用普及到一定程度時(shí)，每件產(chǎn)品通過電子標(biāo)簽賦予身份標(biāo)識(shí)，與互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)結(jié)合將是必然趨勢(shì)，也必將改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)的生活、工作和學(xué)習(xí)方式。

（3）系統(tǒng)的兼容性更好。隨著標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，系統(tǒng)地兼容性將會(huì)得到更好的發(fā)揮。產(chǎn)品替代性更強(qiáng)。

（4）與其他產(chǎn)業(yè)融合。與其他IT產(chǎn)業(yè)一樣，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵技術(shù)解決和突破之后，與其他產(chǎn)業(yè)如3C、3網(wǎng)等融合將形成更大的產(chǎn)業(yè)集群，并得到更加廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨行業(yè)應(yīng)用。

因此，我們有理由相信RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，將是未來發(fā)展的一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，RFID技術(shù)將與人們的日常生活密不可分。

4　小結(jié)

未來，“物聯(lián)網(wǎng)”這個(gè)高科技名詞將由概念逐步走向大規(guī)模應(yīng)用，掀起世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮?。?！而RFID作為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中關(guān)鍵技術(shù)，它也隨著RFID應(yīng)用場(chǎng)合的不斷擴(kuò)大與延伸，以及軟件技術(shù)的發(fā)展，RFID應(yīng)用系統(tǒng)也越來越多樣化，功能也越來越強(qiáng)大。

【參考文獻(xiàn)】

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【作者簡(jiǎn)介】

呂秋珍、女、1985、7月、漢族、湖北省黃岡市蘄春縣、本科、通信工程講師、電子技術(shù)教研組組長(zhǎng)、電子技術(shù)方向