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RFID(射頻識(shí)別)未來發(fā)展及應(yīng)用趨勢(shì)

      RFID(射頻識(shí)別)技術(shù)有潛力成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一種常見的重要組成部分
。除了在庫存管理領(lǐng)域的傳統(tǒng)作用以外
,RFID標(biāo)簽和高速長距離閱讀器的新進(jìn)展使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能輕松納入多種特性
,比如門禁、防偽
、簡便支付、醫(yī)學(xué)鑒定
、動(dòng)態(tài)定價(jià)
、產(chǎn)品歷史、遠(yuǎn)程資產(chǎn)跟蹤
。嵌入式RFID應(yīng)用一般是把閱讀器包含在產(chǎn)品或系統(tǒng)中
,以便添加本地?cái)?shù)據(jù)收集特性,它們?cè)鰪?qiáng)了產(chǎn)品的基本功能
。如今
,人們會(huì)在酒店、監(jiān)獄
、醫(yī)院
、零售網(wǎng)點(diǎn)、農(nóng)場(chǎng)
、賭場(chǎng)
、收費(fèi)公路、工廠以及多種商用和軍用車輛中發(fā)現(xiàn)嵌入式RFID應(yīng)用
。隨著嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者認(rèn)識(shí)到這種技術(shù)的價(jià)值
,并且在新設(shè)計(jì)中采用它,這些非傳統(tǒng)RFID應(yīng)用將成為家常便飯

關(guān)于RFID的構(gòu)想出現(xiàn)于20世紀(jì)中期
,而如今,它即將成為下一項(xiàng)重大技術(shù)
。早在第二次世界大戰(zhàn)期間
,美國軍方就在使用早期形式的RFID,用來區(qū)分?jǐn)澄业娘w機(jī)
。首批商用RFID應(yīng)用是在20世紀(jì)70
、80年代出現(xiàn)的,用于跟蹤和識(shí)別單一地點(diǎn)內(nèi)的物品
。但是
,在早期部署的RFID當(dāng)中,許多RFID應(yīng)用的開發(fā)者都把專有技術(shù)作為它們的基礎(chǔ)
,每一種都使用獨(dú)特的通信方法
,并且要求由生產(chǎn)標(biāo)簽的公司提供專門的閱讀器硬件。標(biāo)準(zhǔn)化的缺乏導(dǎo)致行業(yè)分散
、采用速度緩慢
,并且實(shí)際表現(xiàn)落后于對(duì)RFID技術(shù)的大肆宣傳。如今
,開發(fā)者正在糾正大多數(shù)早期問題
,RFID也成為成長中的行業(yè)
,在物流、門禁
、防偽
、物品級(jí)(item-level)庫存、非接觸支付和多種新型嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中有專用系統(tǒng)

       技術(shù)最基本而又最普遍的用途之一就是EAS(商品電子防盜)系統(tǒng)
,零售商用它來發(fā)起一場(chǎng)針對(duì)入店行竊犯罪的高科技“戰(zhàn)爭”。這類犯罪使該行業(yè)每年損失數(shù)十億美元
,損失如此之大
,零售商很容易找到理由購買昂貴的電子系統(tǒng)來遏制盜竊。EAS系統(tǒng)采用了大型天線板和各種尺寸的保安標(biāo)簽
,前者安裝于商店出口
,后者掛在高風(fēng)險(xiǎn)商品上。所有EAS系統(tǒng)的基本原理均包括使用發(fā)射器和接收器
,前者在商店出口區(qū)創(chuàng)建電磁場(chǎng)
,后者則能檢測(cè)電磁場(chǎng)里的變化。在經(jīng)過出口時(shí)
,保安標(biāo)簽內(nèi)的小型調(diào)諧電路或磁性材料會(huì)使電磁場(chǎng)發(fā)生足夠大的變化
,使接收器能檢測(cè)到變化并啟動(dòng)警報(bào)。當(dāng)顧客購買物品后
,店員必須取下保安標(biāo)簽或使其失效
,防止在顧客離開商店時(shí)響起報(bào)警聲。
反射數(shù)據(jù)
       多數(shù)較新型RFID體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)者都把低成本轉(zhuǎn)發(fā)器(或稱標(biāo)簽)作為體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)
,它們由一塊用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與通信的IC以及一根外部天線組成
。標(biāo)簽有兩個(gè)基本類型:無源型和有源型。無源標(biāo)簽不含電源
,并依靠來自閱讀器的射頻信號(hào)在天線中感生小電流,該電流足以發(fā)射響應(yīng)信號(hào)
。RFID標(biāo)簽通過改變來自閱讀器的射頻信號(hào)的反射能量大小來發(fā)射數(shù)據(jù)
。無源標(biāo)簽的工作距離可達(dá)30英尺,這取決于閱讀器的功率輸出
、天線結(jié)構(gòu)
、工作頻率。Bielomatik公司的RF-LoopTag是一種可擴(kuò)充的天線裝置
,同時(shí)提供短距離和中距離無源RFID標(biāo)簽(圖1)

       可以用自帶電源(如內(nèi)部電池)的有源RFID標(biāo)簽來顯著延長距離。有源標(biāo)簽?zāi)芤愿叩墓β始?jí)別發(fā)射數(shù)據(jù)
,并且一般比無源類型更準(zhǔn)確
。有源標(biāo)簽一般用于軍用車輛或者集裝箱等高價(jià)物品
。RFID系統(tǒng)的天線結(jié)構(gòu)取決于應(yīng)用、閱讀期間的環(huán)境
、工作頻率

政府部門已為RFID分配了幾個(gè)頻帶,但在全球并不統(tǒng)一
。LF(低頻)器件工作于125kHz至134kHz范圍
,并用于門禁、動(dòng)物識(shí)別
、資產(chǎn)跟蹤
、汽車安全密鑰卡等應(yīng)用。HF(高頻)13.56MHz標(biāo)簽用于閱讀距離小于3英尺的應(yīng)用
。與其它頻帶不同的是
,HF標(biāo)簽在金屬或水附近發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí),不易受干擾
。860MHz~960MHzUHF(超高頻)頻帶在新應(yīng)用中很流行
,這是因?yàn)樗拈喿x距離為3m~5m,數(shù)據(jù)交換速率更高
。典型的UHF應(yīng)用包括某些資產(chǎn)跟蹤
,其中的標(biāo)簽掛于托盤和集裝箱,在它們經(jīng)過裝有閱讀器的入口時(shí)
,操作工能發(fā)現(xiàn)它們并做記錄

過去幾年,人們集中精力來為每個(gè)頻帶的標(biāo)簽和閱讀器創(chuàng)建一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)
。ISO和IEC已創(chuàng)建了若干包含頻率
、數(shù)據(jù)編碼方法、RFID技術(shù)使用等多個(gè)方面的RFID標(biāo)準(zhǔn)
。例如
,ISO/IEC14443和15693標(biāo)準(zhǔn)為支付系統(tǒng)、非接觸智能卡
、近程卡中使用的RFID標(biāo)簽定義了通信接口協(xié)議
。ISO還為RFID標(biāo)簽和閱讀器的性能測(cè)試創(chuàng)建了標(biāo)準(zhǔn)。另外
,ISO/IEC18000系列包含了用于跟蹤供應(yīng)鏈貨物的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)與物品管理系統(tǒng)專用的空中接口協(xié)議

轉(zhuǎn)發(fā)器
      有幾家制造商生產(chǎn)標(biāo)簽中使用的RFID轉(zhuǎn)發(fā)芯片。例如
,德州儀器公司(TI)提供一個(gè)Tag-itHF-1加轉(zhuǎn)發(fā)器IC產(chǎn)品線
,符合ISO/IEC15693全球標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)面向產(chǎn)品驗(yàn)證
、門禁
、資產(chǎn)標(biāo)簽
、供應(yīng)鏈管理、票務(wù)應(yīng)用
。這些產(chǎn)品提供用戶可訪問的存儲(chǔ)器和一個(gè)內(nèi)容廣泛的命令集
,前者容量達(dá)2048bit,由64個(gè)塊組成
,后者用于選擇標(biāo)簽并閱讀
、寫入或鎖定存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。這些器件通過一個(gè)工廠編程和鎖定的唯一識(shí)別碼來識(shí)別出現(xiàn)在閱讀器的射頻場(chǎng)中的多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器
。依照ISO/IEC15693
,使用工作于高數(shù)據(jù)速率或低數(shù)據(jù)速率的ASK或FSK調(diào)制來完成閱讀器與轉(zhuǎn)發(fā)器之間的通信或下行鏈路通信。轉(zhuǎn)發(fā)器的回答方式與閱讀器用來詢問它的方式相同
。該技術(shù)對(duì)上行鏈路通信和下行鏈路通信執(zhí)行幀同步
,并用CRC校驗(yàn)來保證它們的安全。
多數(shù)嵌入式RFID應(yīng)用都需要一種專用閱讀器作為設(shè)計(jì)的一部分
,以便解釋本地標(biāo)簽
。自動(dòng)售貨機(jī)很好地說明了嵌入式RFID應(yīng)用。這種機(jī)器能借助內(nèi)置閱讀器來接受RFID卡的非接觸支付
。另外
,如果發(fā)售的物品有標(biāo)簽,則機(jī)器還能了解其庫存
,以便自動(dòng)訂購補(bǔ)貨
。小型低成本嵌入式閱讀器對(duì)于這些應(yīng)用很關(guān)鍵,TI
、SkyeTek
、Parallax等公司供應(yīng)此類閱讀器。例如
,Parallax公司與GrandIdeaStudio公司合作開發(fā)的一種低成本RFID閱讀器模塊在無源轉(zhuǎn)發(fā)器標(biāo)簽中工作
,用于門禁、自動(dòng)識(shí)別
、機(jī)器人
、導(dǎo)航、庫存跟蹤
、支付系統(tǒng)、轎車發(fā)動(dòng)機(jī)防盜鎖等應(yīng)用(圖2)
。該模塊具有2400bps串口
,并需要5V直流電源。Parallax閱讀器起價(jià)低于40美元

對(duì)于更耐久的應(yīng)用或工業(yè)應(yīng)用
,GAORFID公司提供一種UHFRFID讀寫器
,它支持兩根外部天線(圖3)。236002型工作于902MHz~928MHz頻帶
,面向高速倉儲(chǔ)
、分銷、制造應(yīng)用
。該模塊能在7m距離識(shí)別以10m/s速度運(yùn)動(dòng)的物體
。該模塊需要12V直流電壓,并通過串行RS232或以太網(wǎng)接口通信

嵌入式RFID技術(shù)還非常適合于快速桌面賭博
,其中的作弊和手法是難以檢測(cè)的。借助適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)記錄工具
,賭場(chǎng)經(jīng)營者就能監(jiān)視參賭者的行動(dòng)
,以便檢測(cè)撲克牌的計(jì)數(shù),調(diào)整獎(jiǎng)勵(lì)
,并盡量減少發(fā)牌者的錯(cuò)誤
。例如,InternationalGameTechnology公司和ProgressiveGamingInternational公司聯(lián)合開發(fā)了TableiD桌面賭博自動(dòng)化系統(tǒng)
,它結(jié)合了一個(gè)基于軟件的桌面管理器和一系列RFID芯片掃描模塊
。最新的RFID賭博芯片工作于13.56MHz,存儲(chǔ)容量超過10kbit
。在賭博期間
,每個(gè)位置的芯片閱讀器識(shí)別并記錄每個(gè)參賭者的賭注。TableiD系統(tǒng)計(jì)算參賭者的下注模式
,總結(jié)發(fā)牌者的活動(dòng)
,并且每小時(shí)記錄一次參賭者所做的決定。該系統(tǒng)無需用戶干預(yù)就能自動(dòng)更新平均賭注和輸贏記錄等信息
。有幾家供應(yīng)商在制造適合于賭桌自動(dòng)化并基于RFID的賭幣
。例如,GamingPartnersInternational公司在生產(chǎn)SafechipbyBourgogneetGrasset(圖4)

技術(shù)正開始在許多應(yīng)用中取代傳統(tǒng)條碼
。例如,一些圖書館已開始應(yīng)用RFID標(biāo)簽代替條碼
,來識(shí)別書名
、摘要、數(shù)據(jù)庫信息等等信息
。在過渡期間
,組合系統(tǒng)在讀者離館時(shí)能閱讀條碼或RFID標(biāo)簽。與條碼相比,RFID系統(tǒng)提供了幾個(gè)優(yōu)勢(shì)
,比如取消了視線要求
、允許同時(shí)閱讀多個(gè)標(biāo)簽、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量更大
。RFID標(biāo)簽還能充當(dāng)保安器件
,來確保所有借出的書在離開圖書館之前均已被恰當(dāng)記錄。圖書館卡片可應(yīng)用RFID標(biāo)簽使讀者自助辦理離館手續(xù)
,由此進(jìn)一步簡化借閱

無芯片RFID
制造商已經(jīng)演示了幾種無需轉(zhuǎn)發(fā)器IC的RFID系統(tǒng)。例如
,制造商可以用特定方式把鋁纖維嵌入到印刷文檔或包裝材料中
,使得這些纖維能反射帶有識(shí)別數(shù)據(jù)的射頻信號(hào)。另一種無芯片系統(tǒng)需要使用具有不同磁性的微小化學(xué)顆粒
。這些化學(xué)顆粒在暴露于閱讀器的電磁波時(shí)變得活躍
,并發(fā)射一種獨(dú)特信號(hào),閱讀器把它解釋為一個(gè)二進(jìn)制數(shù)
。憑借多達(dá)70種可供使用的化學(xué)物質(zhì)
,閱讀器就能根據(jù)物品嵌入的化學(xué)混合物來解釋它的獨(dú)特二進(jìn)制數(shù)。印刷電子技術(shù)也能把轉(zhuǎn)發(fā)電路和天線從專門的噴墨或高速打印機(jī)中直接沉積到生產(chǎn)物品或其包裝上
,來創(chuàng)建與RFID和條碼閱讀器配合的標(biāo)簽

當(dāng)RFID應(yīng)用延伸到消費(fèi)層面時(shí),設(shè)計(jì)者必須考慮隱私問題
。例如
,位于關(guān)鍵地點(diǎn)的閱讀器能暗中詢問多種使用RFID技術(shù)的智能卡、密鑰卡
、護(hù)照
、轉(zhuǎn)發(fā)器標(biāo)簽。同樣
,當(dāng)服裝和飾品等常用物品變得可追溯時(shí)
,營銷專家就能輕松地在商店安裝低成本閱讀器,來閱讀服裝標(biāo)簽
,并更多地了解顧客的購物習(xí)慣
。借助物品級(jí)序列化,軟件分析就能確定某位顧客多久以前在何處購買(或者偷竊)了某件物品
。零售商把RFID數(shù)據(jù)與存檔的匹配顧客信息結(jié)合起來
,就能輕松地設(shè)計(jì)侵入式的營銷活動(dòng)。
雖然RFID技術(shù)的使用很普遍
,但它尚未接近其所有潛力
。該技術(shù)的支持者經(jīng)常預(yù)言如下情景:人們走進(jìn)零售店或雜貨店,把購物袋裝滿各種商品,然后不結(jié)賬就走出商店
。RFID閱讀器會(huì)掃描購物袋中的物品,并自動(dòng)向人們口袋里的RFID信用卡收取這些物品的費(fèi)用?div id="d48novz" class="flower left">
,F(xiàn)在
,由于有多種新型工具和元件供嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者利用,上述類型的RFID應(yīng)用也許比人們想象的更接近現(xiàn)實(shí)
。謹(jǐn)請(qǐng)留意

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