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RFID基本概念 RFID是英文'Radio Frequency Identification'的縮寫，中文稱為無線射頻身份識別、感應(yīng)式電子芯片或是近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡…等等，是非接觸式自動識別技術(shù)的一種。RFID技術(shù)是一種無接觸自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號及其空間耦合、傳輸特性，實現(xiàn)對靜止的或移動中的待識別物品的自動機器識別。 射頻識別系統(tǒng)一般由兩個部分組成，即電子標(biāo)簽和閱讀器。應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在待識別的物品上，閱讀器用于當(dāng)附著電子標(biāo)簽的待識別物品通過其讀出范圍時，自動以無接觸的方式將電子標(biāo)簽中的約定識別信息取出，從而實現(xiàn)自動識別物品或自動收集物品標(biāo)識信息的功能。 RFID系統(tǒng)構(gòu)成 RFID系統(tǒng)至少包含電子標(biāo)簽和閱讀器兩部分。 (1)電子標(biāo)簽 電子標(biāo)簽是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體。一般情況下，電子標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽專用芯片組成(最新提出的無芯片射頻標(biāo)簽以及聲表面波SAW標(biāo)簽未來可能會有較大的發(fā)展，目前還處在產(chǎn)品萌芽初期)。依據(jù)電子標(biāo)簽供電方式的不同，電子標(biāo)簽可以分為有源電子標(biāo)簽(Active tag)和無源電子標(biāo)簽(Passive tag)。有源電子標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，無源射頻標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池。對于有源電子標(biāo)簽來說，根據(jù)標(biāo)簽內(nèi)裝電池供電情況不同又可細(xì)分為有源電子標(biāo)簽(Active tag)和半無源電子標(biāo)簽(Semi—passive tag)。有源電子標(biāo)簽，標(biāo)簽的工作電源完全由內(nèi)部電池供給，同時標(biāo)簽電池的能量供應(yīng)也部分地轉(zhuǎn)換為電子標(biāo)簽與閱讀器通訊所需的射頻能量。半無源射頻標(biāo)簽內(nèi)的電池供電僅對標(biāo)簽內(nèi)要求供電維持?jǐn)?shù)據(jù)的電路或者標(biāo)簽芯片工作所需電壓的輔助支持，本身耗電很少的標(biāo)簽電路供電。標(biāo)簽未進人工作狀態(tài)前，一直處于休眠狀態(tài)，相當(dāng)于無源標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)部電池能量消耗很少，因而電池可維持幾年，甚至長達(dá)10年有效；當(dāng)標(biāo)簽進入閱讀器的讀出區(qū)域時，受到閱讀器發(fā)出的射頻信號激勵，進人工作狀態(tài)時，標(biāo)簽與閱讀器之間信息交換的能量支持以閱讀器供應(yīng)的射頻能量為主(反射調(diào)制方式)，標(biāo)簽內(nèi)部電池的作用主要在于彌補標(biāo)簽所處位置的射頻場強不足，標(biāo)簽內(nèi)部電池的能量并不轉(zhuǎn)換為射頻能量。 無源電子標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池，在閱讀器的讀出范圍之外時，電子標(biāo)簽處于無源狀態(tài)，在閱讀器的讀出 范圍之內(nèi)時，電子標(biāo)簽從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取其工作所需的電源。無源電子標(biāo)簽一般均采用反射調(diào)制方式完成電子標(biāo)簽信息向閱讀器的傳送。 (2)閱讀器 典型的閱讀器包含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元以及閱讀器天線。此外，許多閱讀器還有附加的接口(RS232、RS485、以太網(wǎng)接口等)，以便將所獲得的數(shù)據(jù)傳向應(yīng)用系統(tǒng)或從應(yīng)用系統(tǒng)接收命令。 電子標(biāo)簽與閱讀器構(gòu)成的射頻識別系統(tǒng)歸根到底是為應(yīng)用服務(wù)的，應(yīng)用的需求可能是多種多樣，各不相同的。閱讀器與應(yīng)用系統(tǒng)之間的接口API(Application Programm In-terface)通常用一組可由應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具(如VC++，VB，PB等)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)來表示。標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)的功能大致包括以下四個方面。 1)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)需要可能向閱讀器發(fā)出閱讀器配置命令。 2)閱讀器向應(yīng)用系統(tǒng)可能返回的所有可能的閱讀器當(dāng)前的配置狀態(tài)。 3)應(yīng)用系統(tǒng)向閱讀器可能發(fā)送的各種命令。 4)閱讀器向應(yīng)用系統(tǒng)可能返回的所有可能命令的執(zhí)行結(jié)果。 完善的射頻識別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也包括閱讀器與應(yīng)用程序之間的標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)定。例如：ANSI NCITS256—2001，IS018000系列射頻識別國際標(biāo)準(zhǔn)等均對閱讀器與應(yīng)用程序接口API做出了明確規(guī)定 RFID工作原理 射頻識別系統(tǒng)的基本模型如圖8—1所示。其中，電子標(biāo)簽又稱為射頻標(biāo)簽、應(yīng)答器、數(shù)據(jù)載體；閱讀器又稱為讀出裝置，掃描器、通訊器、讀寫器(取決于電子標(biāo)簽是否可以無線改寫數(shù)據(jù))。電子標(biāo)簽與閱讀器之間通過耦合元件實現(xiàn)射頻信號的空間(無接觸)耦合、在耦合通道內(nèi)，根據(jù)時序關(guān)系，實現(xiàn)能量的傳遞、數(shù)據(jù)的交換。 發(fā)生在閱讀器和電子標(biāo)簽之間的射頻信號的耦合類型有兩種。 (1) 電感耦合。變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律，如圖所示。
(2) 電磁反向散射耦合：雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標(biāo)后反射，同時攜帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律
(3) 電感耦合方式一般適合于中、低頻工作的近距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：125kHz、225kHz和13．56MHz。識別作用距離小于1m，典型作用距離為10～20cra。 (4) 電磁反向散射耦合方式一般適合于高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離射頻識別系統(tǒng)。典型的工作頻率有：433MHz，915MHz，2．45GHz，5．8GHz。識別作用距離大于1m，典型作用距離為3—l0m RFID之特性 數(shù)據(jù)的讀寫（Read Write）機能： 只要通過RFID Reader即可不需接觸，直接讀取訊息至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，且可一次處理多個標(biāo)簽，并可以將物流處理的狀態(tài)寫入標(biāo)簽，供下一階段物流處理斷之用。 (二) 容易小型化和多樣化的形狀： (三) 耐環(huán)境性：紙張一受到臟污就會看不到，但RFID對水、油和藥品等物質(zhì)卻有強力的抗污性。RFID在黑暗或臟污的環(huán)境之中，也可以讀取數(shù)據(jù)。 (四) 可重復(fù)使用： 由于RFID為電子數(shù)據(jù)，可以反復(fù)被覆寫，因此可以回收標(biāo)簽重復(fù)使用。如被動式RFID，不需要電池就可以使用，沒有維護保養(yǎng)的需要。 (五) 穿透性： RFID若被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì)包覆的話，也可以進行穿透性通訊。不過如果是鐵質(zhì)金屬的話，就無法進行通訊。 (六) 數(shù)據(jù)的記憶容量大： 數(shù)據(jù)容量會隨著記憶規(guī)格的發(fā)展而擴大，未來物品所需攜帶的資料量愈來愈大，對卷標(biāo)所能擴充容量的需求也增加，對此RFID不會受到限制。 RFID發(fā)展歷程 RFID技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)是利用電磁能量實現(xiàn)AIDC，電磁能量是自然界存在的一種能量形式。 (1)人們對電磁能的認(rèn)識 追溯歷史，公元前中國先民即發(fā)現(xiàn)并開始利用天然磁石，并用磁石制成指南車。到了近世，越來越多的人對電、磁、光進行深入的觀察及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)研究，其中的佼佼者是美國人本杰明?富蘭克林。1846年英國科學(xué)家米歇爾?法拉弟發(fā)現(xiàn)了光波與電波均屬于電磁能量。1864年蘇格蘭科學(xué)家詹姆士?克拉克?麥克斯韋爾發(fā)表了他的電磁場理論。1887年，德國科學(xué)家亨瑞士?魯?shù)婪?赫茲證實了麥克斯韋爾的電磁場理論并演示了電磁波以光速傳播并可以被反射，具有類似光的極化特性，赫茲的實驗不久也被俄國科學(xué)家亞力山大?波普重復(fù)。1896年馬克尼成功地實現(xiàn)了橫越大西洋的越洋電報，由此開創(chuàng)了利用電磁能量為人類服務(wù)的先河。更進一步，在1922年，誕生了雷達(dá)(Radar)。作為一種識別敵方空間飛行物(飛機)的有效兵器，雷達(dá)在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)揮了重要的作用，同時雷達(dá)技術(shù)也得了極大的發(fā)展。至今，雷達(dá)技術(shù)還在不斷發(fā)展，人們正在研制各種用途的高性能雷達(dá)。 (2)RFID技術(shù)的發(fā)展 RFID直接繼承了雷達(dá)的概念，并由此發(fā)展出一種生機勃勃的AIDC新技術(shù)——RFID技術(shù)。1948年哈里?斯托克曼發(fā)表的“利用反射功率的通訊”奠定了射頻識別RFID的理論基礎(chǔ)。 1)RFID技術(shù)發(fā)展的歷程表。在20世紀(jì)中，無線電技術(shù)的理論與應(yīng)用研究是科學(xué)技術(shù)發(fā)展最重要的成就之一。RFID技術(shù)的發(fā)展可按10年期劃分如下： 1941～1950年。雷達(dá)的改進和應(yīng)用催生了RFID技術(shù)，1948年奠定了RFID技術(shù)的理論基礎(chǔ)。 1951—1960年。早期RFID技術(shù)的探索階段，主要處于實驗室實驗研究。 1961—1970年。RFID技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開始了一些應(yīng)用嘗試。 1971—1980年。RFID技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期，各種RFID技術(shù)測試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的RFID應(yīng)用。 1981～1990年。RFID技術(shù)及產(chǎn)品進入商業(yè)應(yīng)用階段，各種規(guī)模應(yīng)用開始出現(xiàn)。 1991～2000年。RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨得到重視，RFID產(chǎn)品得到廣泛采用，RFID產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。 2001—今。標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨為人們所重視，RFID產(chǎn)品種類更加豐富，有源電子標(biāo)簽、無源電子標(biāo)簽及半無源電子標(biāo)簽均得到發(fā)展，電子標(biāo)簽成本不斷降低，規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴大。 RFID技術(shù)的理論得到豐富和完善。單芯片電子標(biāo)簽、多電子標(biāo)簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識別、適應(yīng)高速移動物體的RFID正在成為現(xiàn)實。 2)RFID技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r。RFID技術(shù)在國外的發(fā)展較早也較快。尤其是在美國、英國、德國、瑞典、瑞士、日本、南非目前均有較為成熟且先進的RFID系統(tǒng)。 其中，低頻近距離RFID系統(tǒng)主要集中在125kHz、13.56MHz系統(tǒng)；高頻遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)主要集中在UHF頻段(902MHz—928MHz)915MHz、2.45GHz、5.8GHz。UHF頻段的遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)在北美得到了很好的發(fā)展；歐洲的應(yīng)用則以有源2.45GHz系統(tǒng)得到了較多的應(yīng)用。5．8GHz系統(tǒng)在日本和歐洲均有較為成熟的有源RFID系統(tǒng)。 在RFID技術(shù)發(fā)展的前10年中，有關(guān)RFID技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)的研討空前熱烈，國際標(biāo) 準(zhǔn)化組織ISO／IEC聯(lián)合技術(shù)委員會JTCl下的SC31下級委員會成立了RFID標(biāo)準(zhǔn)化研究 工作組WG4。尤其是在1999年10月1日正式成立的，由美國麻省理工學(xué)院MIT發(fā)起的 Auto—ID Center非盈利性組織在規(guī)范RFID應(yīng)用方面所發(fā)揮的作用將越來越明顯。Auto —ID Center在對RFID理論、技術(shù)及應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，所作出的主要貢獻(xiàn)如下： a.提出產(chǎn)品電子代碼EPC(Electronic Product Code)概念及其格式規(guī)劃。為減化電子標(biāo)簽芯片功能設(shè)計，降低電子標(biāo)簽成本，擴大RFID應(yīng)用領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。 B.提出了實物互聯(lián)網(wǎng)的概念及構(gòu)架，為EPC進入互聯(lián)網(wǎng)搭建了橋梁。 C.建立了開放性的國際自動識別技術(shù)應(yīng)用公用技術(shù)研究平臺，為推動低成本的RFID標(biāo)簽和讀寫器的標(biāo)準(zhǔn)化研究開創(chuàng)了條件。 我國在RFID技術(shù)的研究方面也發(fā)展很快，市場培育已初步開花結(jié)果。比較典型的是在中國鐵路車號自動識別系統(tǒng)建設(shè)中，推出了完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的遠(yuǎn)距離自動識別系統(tǒng)。 中國鐵路車號自動識別系統(tǒng)研究正式起步階段可追溯到國家／k2／~計劃。鐵道部曾將貨車自動抄車號項目列為八五重點攻關(guān)技術(shù)研究課題。在20世紀(jì)90年代中期，國內(nèi)有多家研究機構(gòu)參與了該項技術(shù)的研究，探索了多種實現(xiàn)方案，最終確定了RFID技術(shù)為解決貨車自動抄車號的最佳方案。進而，在RFID實現(xiàn)技術(shù)方面又探索了有源標(biāo)簽方案、無源標(biāo)簽倍頻方案等。最后選定了無源標(biāo)簽RFID方案。經(jīng)過多年的現(xiàn)場運行考驗，鐵路車號自動識別系統(tǒng)工程于1999年全面投入建設(shè)。經(jīng)過兩年左右的建設(shè)與試運行，目前鐵路車號自動識別系統(tǒng)工程已發(fā)揮出了系統(tǒng)設(shè)計功能，圓了鐵路人的夢想，并且其輻射與滲透到其他應(yīng)用方面的作用日漸明顯。在近距離RFID應(yīng)用方面，許多城市已經(jīng)實現(xiàn)了公交射頻卡作為預(yù)付費電子車票應(yīng)用，預(yù)付費電子飯卡等。 在RFID技術(shù)研究及產(chǎn)品開發(fā)方面，國內(nèi)已具有了自主開發(fā)低頻、高頻與微波RFID電子標(biāo)簽與讀寫器的技術(shù)能力及系統(tǒng)集成能力。與國外RFID先進技術(shù)之間的差距主要體現(xiàn)在RFID芯片技術(shù)方面。盡管如此，在標(biāo)簽芯片設(shè)計及開發(fā)方面，國內(nèi)已有多個成功的低頻RFID系統(tǒng)標(biāo)簽芯片面市 RFID的工作頻率及應(yīng)用范圍 射頻識別系統(tǒng)的工作頻率主要有125kHz、13.56MHz、869MHz、902～928MHz、2.45GHz、5.8GHz等，允許的最大發(fā)射功率電平和頻率分配因國家和地區(qū)的不同而有所不同。其中125kHz系統(tǒng)主要應(yīng)用在動物識別和商品流通等領(lǐng)域.13.56MHz系統(tǒng)一般應(yīng)用在公共交通和門禁系統(tǒng)等領(lǐng)域,其識別距離較近,一般為幾厘米（ISO14443標(biāo)準(zhǔn)）到幾十厘米（ISO15693標(biāo)準(zhǔn)），采用特殊制作的天線最大識別距離為1.5米左右。在UHF頻段（869MHz和902～928MHz），系統(tǒng)的識別距離遠(yuǎn)，可從幾米到幾十米。UHF頻段的自動識別系統(tǒng)主要應(yīng)用在高速公路收費、集裝箱識別和鐵路車輛的識別、跟蹤等業(yè)務(wù)中。2.45GHz系統(tǒng)被動式系統(tǒng)（無源標(biāo)簽）一般可提供1米左右的識別距離，主動式系統(tǒng)（有源標(biāo)簽）也可以達(dá)到十幾米的識別距離。5.8GHz系統(tǒng)主要應(yīng)用在交通領(lǐng)域，目前我國公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)暫行標(biāo)準(zhǔn)也把此頻段作為車輛識別的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。
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RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，同時被列為21世紀(jì)十大重要技術(shù)之一，每一個物體都可以通信、尋址、控制，讓您工作和生活獲得更大的自由。射頻識別即RFID(Radio FrequencyIdentification)技術(shù)，又稱無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機械或光學(xué)接觸。RFID 技術(shù)的先進性，在于利用無線電波，非接觸式、遠(yuǎn)距離、動態(tài)多目標(biāo)大批量同時傳送識別信息，實現(xiàn)真正的“一物一碼”，可快速地進行物品追蹤和數(shù)據(jù)交換。RFID通過各個供應(yīng)鏈中的生產(chǎn)、倉儲、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取，利用RFID技術(shù)帶來整個供應(yīng)鏈的效率和準(zhǔn)確性的改善。 在倉儲物流中應(yīng)用RFID技術(shù)，主要帶來以下幾個方面的效益： 1 縮短作業(yè)流程、改善盤點作業(yè)質(zhì)量、節(jié)省人力成本-。傳統(tǒng)的配送中心由于要對貨物進行掃描和定位工作，作業(yè)流程繁瑣，需要花費大量的人力，相應(yīng)的統(tǒng)計、核對也是費時費力，而應(yīng)用了RFID技術(shù)后，可有有效的縮短業(yè)務(wù)流程，改善盤點作業(yè)質(zhì)量，幾乎所有的掃描和核對都自動進行，僅此一項，即可節(jié)省人力成本30%~40%。 2 增加配送管理的透明化程度。在流程中捕獲數(shù)據(jù)、信息的傳送更加迅速準(zhǔn)確。由于可以知道每個貨物的精確位置，數(shù)據(jù)的管理具有及時性和準(zhǔn)確性，將錄入存貨信息時人為出錯的可能性徹底消除。使得存貨信息的精確性大大的提高，同時更加及時可靠。 3 訂單填寫的準(zhǔn)確性和效率提高。由入庫、整理、補充的可靠性提高了，時間更加及時，訂單填寫的過程中避免了很多無效或者不合理訂單的出現(xiàn)，縮短了整個訂購的周期，提高了在整個供貨配送中填寫訂單的效率。 4 增加配送中心的吞吐量,降低運轉(zhuǎn)費用,減少貨物損耗。相關(guān)調(diào)查顯示，貨物的損耗主要由盜竊、運輸過程中的丟失，管理和核對的錯誤帶來的遺失等引起的。其中，運輸過程中的丟失在貨物配送中的是非常普遍的現(xiàn)象，而由于RFID技術(shù)可以詳細(xì)管理到每一個貨物，因此它能夠極大的降低配送過程中的貨物損耗和丟失。 據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，通過對各個供應(yīng)鏈中的生產(chǎn)、倉儲、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)次啊及，使用RFID可以帶來如下的效果。 (1)庫存的可用性提高5%-10%，庫存的可用性提高高使得銷售提高3%~7%。 (2)盜竊損失減少40%~50%。 (3)送貨速到提高10%。 (4)場地管理減少30%。 (5)物品的存儲的人工成本減少65%。 (6)存貨成本減少25%。 (7)循環(huán)計算成本減少25%。 (8)損壞率和過期商品的銷賬減少可達(dá)20%。 (9)丟失包裹而導(dǎo)致的投訴減少98%。 (10)倉庫產(chǎn)品的吞吐量增加20%。
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