技术文章

当前页面: 首页 >技术文章 >RFID的原理及系统组成

RFID的原理及系统组成

供稿:中国工控网 2016/8/23 14:17:05

0 人气:153

  • 关键词: RFID RFID原理 RFID组成
  • 摘要:RFID的原理是利用发射无线电波讯号来传送资料,以进行无接触式的资料辨识与存取,可达到身份及物品识别或信息存储的功能。RFID系统在具体的应用过程中,根据不同的应用目的和应用环境,系统的组成会有所不同,但从RFID系统的工作原理来看,系统一般都由射频卡、读卡器两部分组成。下面分别加以说明。

  RFID的原理是利用发射无线电波讯号来传送资料,以进行无接触式的资料辨识与存取,可达到身份及物品识别或信息存储的功能。RFID系统在具体的应用过程中,根据不同的应用目的和应用环境,系统的组成会有所不同,但从RFID系统的工作原理来看,系统一般都由射频卡、读卡器两部分组成。下面分别加以说明:

  射频卡

  在RFID系统中,信号发射机为了不同的应用目的,会以不同的形式存在,典型的形式是射频卡。标签相当于条码技术中的条码符号,用来存储需要识别传输的信息,另外,与条码不同的是,标签必须能够自动或在外力的作用下,把存储的信息主动发射出去。

  射频卡是RFID系统的精髓,射频卡一般由内部天线、IC芯片组成,IC芯片中记录着ID信息,读写芯片的IC还配有可存储数据的扇区,通过无线方式与读卡器通讯,实现数据的读取和写入。射频卡进入磁场后,如果接收到阅读器发出的特殊射频信号,就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息,或者主动发送某一频率的信号,阅读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。

  从读取方式来分类射频卡类型分为三种:自动式,半被动式和被动式。自动式射频卡一般配有电池,靠自身的能量发送信息数据,这种读卡器能够读写的距离很远,理论上可以达到几百米,便于远距离通讯,如目前市场常用的2.4G卡就属于自动式的射频卡。

  被动式是卡内没有电池作为能量,需要在射频卡接近读卡器时接收读卡器的电磁波产生能量驱动IC芯片工作,实现数据传送和读写,被动式射频卡运用无线电波进行操作和通信,信号必须在识别器允许的范围内,这类标记适合于中短距离信息识别,一般在15米之内,当前市场使用较多的915MHZ卡、13.56MHZ和125KHZ的卡基本都属于被动式射频卡。半被动式的工作模式是读卡器触发,但射频卡的能量由自身提供,如目前市场上的433MHZ读卡器(就是市场上所说的蓝牙读卡器)就属于半被动式射频卡。

  射频识别系统中射频卡与读写器之间的作用距离是射频识别系统应用中的一个重要问题,通常情况下这种作用距离定义为射频标签与读写器之间能够可靠交换数据的距离。射频识别系统的作用距离是一项综合指标,与射频标签及读写器的配合情况密切相关。

  根据射频识别系统作用距离的远近情况,射频标签天线与读写器天线之间的耦合可分为三类:密耦合系统、遥耦合系统、远距离系统。

  密耦合系统:密耦合系统的典型读取距离范围从0~1cm。实际应用中,通常需要将射频标签插入阅读器中或将其放置到读写器的天线的表面。密耦合系统利用的是射频标签与读写器天线无功近场区之间的电感耦合(闭合LC磁路)构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。密耦合系统的工作频率一般局限在30MHz以下的任意频率。由于密耦合方式的电磁泄露很小、耦合获得的能量较大,因而可适合要求安全性较高,作用距离无要求的应用系统,如在一些安全要求较高的门禁系统。

  遥耦合系统:遥耦合系统的典型读取距离可以达到1m。遥耦合系统又可细分为近耦合系统(典型作用距离为15cm)与疏耦合系统(典型作用距离为1m)两类。遥耦合系统利用的是射频标签与读写器天线无功近场区之间的电感耦合(闭合LC磁路)构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。遥耦合系统的典型工作频率为125KHZ和13.56MHz,也有一些其他频率,如6.75MHz、27.125MHz等,只是这些频率在使用中并不常见。遥耦合系统目前仍然是低成本射频识别系统的主流,其读卡方便,成本较低,使其广泛应用在门禁、消费、考勤及车辆管理中。

  远距离系统:远距离系统的典型读取距离从1m到15m,有的甚至可以达到上百米的读取距离。所有的远距离系统均是利用射频标签与读写器天线辐射远场区之间的电磁耦合(电磁波发射与反射)构成无接触的空间信息传输射频通道工作的。

  远距离系统的典型工作频率为:433MHZ、915MHz、2.45GHz,此外,还有一些其他频率,如5.8GHZ等。远距离系统一般情况下均采用反射调制工作方式实现射频标签到读写器方向的数据传输。远距离系统一般具有典型的方向性,射频卡和读卡器的成本还比较高,一般使用在车辆管理、人员或物品定位、生产线管理、码头物流管理中。

  读卡器

  在RFID系统中,根据支持的标签类型不同与完成的功能不同,读卡器的复杂程度也显著不同的。读卡器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外,读卡器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外,还必须含有一定的附加信息,如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起,并按照特定的顺序向外发送。读卡器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达读卡器的信息被正确的接收和译解后,读卡器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次,或者知道发射器停止发信号,这就是“命令响应协议”。使用这种协议,即便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签,也可以有效地防止误读的产生。一般读卡器要和射频卡对应使用,同时读卡器还要配合相应的控制和运算设备,如一般读卡器都需配置相应的控制器,读卡器和控制器之间的通讯方式常见的有RS485、W26、W34、RS232等,主要是要将读取的数据传动到控制器,以便实现更加复杂通讯、识别与管理。

  有的读卡器还有写入功能,通过控制将数据写入卡的扇区中,通过将数据写入射频卡,可以使系统在离线的情况下依然实现消费和管理,在公交和城市一卡通中显得尤为重要。

  每个读卡器都必须配有天线,天线是射频卡与读卡器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中,除了系统功率,天线的形状大小和相对位置也会影响数据的发射和接收,周围的电磁场都会对读写距离产生巨大影响,在实际使用中要充分考虑现场环境的干扰。

  数据交换与管理系统

  读写器发送一定频率的射频信号,当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流,射频卡获得能量被激活,射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送出去,系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号,经调节器传送到读写器,读写器对接收的信号进行解调和解码,然后送到后台主系统进行相关处理,主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号控制执行机构动作。

  无线射频识别技术是利用射频信号和空间耦合的传输特性,实现对被识别物体的自动识别。无线射频识别系统由读写器(阅读器,读头,Reader)、电子标签(Tag)和数据交换与管理系统三个部分组成。无线射频识别技术的原理是:阅读器在可阅读的范围内产生一个能量场以激励电子标签,当附有电子标签的食品进入这个距离范围时,阅读器将受控发射出微波查询信号,而电子标签受到阅读器的信号后,将信号与标签中的数据信息合成一体反射回阅读器,反射回的微波合成信号,已经携带有电子标签上的数据信息,阅读器接收到标签反射回来的微波信号后,经阅读器内部微处理器处理后即可将标签内储存的信息读取出来。


审核编辑(王静)
更多内容请访问 中国工控网(http://www.gongkong.com)

手机扫描二维码分享本页

工控网APP下载安装

工控速派APP下载安装

 

我来评价

评价:
一般