第1章 射頻識別技術概述


學習目標
　　1. 掌握自動識別技術的種類。
　　2. 了解RFID技術的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀。
　　3. 掌握RFID技術的體系及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。


　　
知識要點
　　自動識別技術、射頻識別技術、射頻識別技術體系及產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。


1.1 自動識別技術
　　人類社會步入信息時代后，人們獲取和處理的信息量在不斷增大。傳統(tǒng)的信息采集是通過人工手段錄入的，不僅工作強度大，而且差錯率高。以計算機和通信技術為基礎的自動識別技術，可以對目標對象自動辨認，并可以工作在各種環(huán)境下，使人類能夠?qū)Υ罅啃畔⑦M行及時、準確的處理。自動識別技術可以對每個物品進行標識和識別，并可以實時更新數(shù)據(jù)，是構建全球物品信息實時共享的基礎，是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。
1.1.1 自動識別技術的概念
　　自動識別技術，是用機器來識別不同物品的眾多技術的總稱。具體地說，就是使用識別裝置，通過被識別物品與識別裝置之間的接近運動，自動獲取被識別物品的相關信息。
　　自動識別技術是一種高度自動化的信息(數(shù)據(jù))采集技術，可對記錄了字符、影像、條碼、聲音、信號等信息的載體進行自動識別，自動地獲取被標識物品的相關信息，并提供給后臺的計算機處理系統(tǒng)，來完成相關的后續(xù)處理。
　　以往的信息識別和管理中，多采用單據(jù)、憑證、傳票為載體，以手工記錄、電話溝通、人工計算、郵寄或傳真等方法，對信息進行采集、記錄、處理、傳遞和反饋，不僅極易出現(xiàn)差錯，也使管理者對物品在流動過程中的各個環(huán)節(jié)難以統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，不能系統(tǒng)地控制，更無法實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化和實時監(jiān)控，導致效率低下和人力、運力、資金、場地的大量浪費。
　　近幾十年來，自動識別技術在全球范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展，極大地提高了數(shù)據(jù)采集和信息處理的速度，改善了人們的工作和生活環(huán)境，提高了工作效率，并為管理的科學化和現(xiàn)代化做出了重要貢獻。
　　自動識別技術可以在制造、物流、防偽和安全等多個領域中應用，可以采用光識別、電識別、射頻識別等多種識別方式，是集計算機、光、電、通信和網(wǎng)絡技術于一體的高技術學科。
1.1.2 自動識別技術的分類
　　根據(jù)應用領域和具體特征，自動識別技術可分為條碼識別技術、生物識別技術、圖像識別技術、磁卡識別技術、IC卡識別技術、光學字符識別技術和射頻識別技術等。這里介紹幾種典型的自動識別技術，分別采用了不同的數(shù)據(jù)采集技術。其中，對條碼使用光識別技術、對磁卡使用磁識別技術、對IC卡使用電識別技術、對射頻標簽使用無線識別技術。
1．條碼識別技術
　　條碼是由一組線條、空白條和數(shù)字符號組成的，按一定編碼規(guī)則排列的，用以表示一定字符、數(shù)字及符號的標簽信息載體。條碼是利用紅外光或可見光進行識別的。由掃描器發(fā)出的紅外光或可見光照射條碼，條碼中深色的"條痕"吸收光，淺色的"空白"將光反射回掃描器，掃描器將光反射信號轉(zhuǎn)換成電子脈沖，再由譯碼器將電子脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，最后傳至后臺，完成對條碼的識別。
　　目前，條碼的種類很多，大體上可以分為一維條碼和二維條碼兩種。一維條碼和二維條碼都有許多碼制。條碼中，條、空圖案對數(shù)據(jù)不同的編碼方法，構成了不同形式的碼制。不同碼制有各自不同的特點、可以用于一種或若干種應用場合。
　　(1) 一維條碼。
　　一維條碼有許多種碼制，包括Code25碼、Code128碼、EAN-13碼、EAN-8碼、ITF25碼、庫德巴碼、Matrix碼和UPC-A碼等。如圖1-1所示為幾種常用的一維條碼樣圖。
(a) EAN-13碼 (b) EAN-8碼 (c) UPC-A碼
圖1-1 幾種常用的一維條碼樣圖
　　目前最流行的一維條碼是EAN-13條碼。EAN-13條碼由13位數(shù)字組成，其中，前3位數(shù)字為前綴碼，目前國際物品編碼協(xié)會分配給我國并已經(jīng)啟用的前綴碼為690~692。當前綴碼為690或691時，第4~7位數(shù)字為廠商代碼，第8~12位數(shù)字為商品項目代碼，第13位數(shù)字為校驗碼；當前綴碼為692時，第4~8位數(shù)字為廠商代碼，第9~12位數(shù)字為商品項目代碼，第13位數(shù)字為校驗碼。EAN-13條碼的構成如圖1-2所示。


(a) 當前綴碼為690時 (b) 當前綴碼為692時
圖1-2 EAN-13條碼的構成
　　(2) 二維條碼。
　　二維條碼技術是在一維條碼無法滿足實際應用需求的前提下產(chǎn)生的。二維條碼在橫向和縱向兩個方位同時表達信息，因此，能在很小的面積內(nèi)表達大量信息。目前有幾十種二維條碼，常用的碼制有Data Matrix碼、QR Code碼、Maxicode碼、PDF417碼、Code49碼、Code 16K碼和Codeone碼等。如圖1-3所示為幾種常用的二維條碼樣圖。
(a) Data Matrix碼 (b) QR Code碼 (c) Maxicode碼
圖1-3 幾種常用的二維條碼樣圖
　　


2．磁卡識別技術
　　磁卡，從本質(zhì)意義上講，與計算機用的磁帶或磁盤是一樣的，它可以用來記載字母、字符及數(shù)字信息。磁卡是一種磁介質(zhì)記錄卡片，通過黏合或熱合，與塑料或紙牢固地整合在一起，能防潮、耐磨且有一定的柔韌性，攜帶方便，較為穩(wěn)定可靠。
　　磁卡記錄信息的方法是變化磁極。在磁性變化的地方具有相反的極性(如S-N或N-S)，識讀器材能夠在磁條內(nèi)探測到這種磁性變化。使用解碼器，可以將磁性變化轉(zhuǎn)換成字母或數(shù)字的形式，以便由計算機來處理。
　　磁卡的優(yōu)點是數(shù)據(jù)可讀寫，即具有現(xiàn)場改變數(shù)據(jù)的能力，這個優(yōu)點使得磁卡的應用領域十分廣泛，如信用卡、銀行ATM卡、會員卡、現(xiàn)金卡(如電話磁卡)和機票等。
　　磁卡的缺點，是數(shù)據(jù)存儲的時間長短受磁性粒子極性耐久性的限制。另外，磁卡存儲數(shù)據(jù)的安全性一般較低，如果磁卡不小心接觸磁性物質(zhì)，就可能造成數(shù)據(jù)的丟失或混亂。隨著新技術的發(fā)展，安全性能較差的磁卡有逐步被取代的趨勢。
　　但是，在現(xiàn)有條件下，社會上仍然存在大量的磁卡設備，再加上磁卡技術比較成熟和具有低成本，所以，短期內(nèi)，該技術仍然會在許多領域中繼續(xù)使用。如圖1-4所示為一種銀行磁卡，該銀行磁卡通過背面的磁條可以讀寫數(shù)據(jù)。
(a) 銀行卡正面 (b) 銀行卡背面的磁條
圖1-4 銀行磁卡
3．IC卡識別技術
　　IC(Integrated Circuit)卡是一種電子式數(shù)據(jù)自動識別卡，IC卡分接觸式IC卡和非接觸式IC卡兩種，這里介紹的是接觸式IC卡。
　　接觸式IC卡是集成電路卡，通過卡里的集成電路來存儲信息，它將一個微電子芯片嵌入到卡基中，做成卡片的形式，通過卡片表面的8個金屬觸點與讀卡器進行物理連接，來完成通信和數(shù)據(jù)交換。IC卡使用了微電子技術和計算機技術，作為一種成熟的高技術產(chǎn)品，是繼磁卡之后出現(xiàn)的又一種新型的信息工具。
　　IC卡的外形與磁卡相似，區(qū)別在于數(shù)據(jù)存儲的媒體不同。磁卡是通過卡上磁條的磁場變化來存儲信息的，而IC卡是通過嵌入卡中的電擦除式可編程只讀存儲器(EEPROM)來存儲數(shù)據(jù)信息的。IC卡與磁卡相比，具有存儲容量大、安全保密性好、有數(shù)據(jù)處理能力、使用壽命長等優(yōu)點。
　　依據(jù)是否帶有微處理器，IC卡可分為存儲卡和智能卡兩種。存儲卡僅包含存儲芯片而無微處理器，一般的電話IC卡即屬于此類。將帶有內(nèi)存和微處理器芯片的大規(guī)模集成電路嵌入到塑料基片中，就制成了智能卡，它具有數(shù)據(jù)讀寫和處理功能，因而具有安全性高、可以離線操作等突出優(yōu)點，銀行的IC卡通常是指智能卡。如圖1-5所示為幾種IC卡。
(a) 中國電信IC卡 (b) 中國郵政儲蓄銀行IC卡
圖1-5 IC卡
4. 射頻識別技術
　　射頻識別技術是通過無線電波進行數(shù)據(jù)傳遞的自動識別技術。與條碼識別技術、磁卡識別技術和IC卡識別技術等相比，它以特有的無接觸、可同時識別多個物品等優(yōu)點，逐漸成為自動識別領域中最優(yōu)秀和應用最廣泛的自動識別技術。
1.1.3 RFID技術
　　RFID技術是自動識別技術中的一種。RFID以電子標簽來標識某個物體，電子標簽包含某個芯片和天線，芯片用來存儲物體的數(shù)據(jù)，天線用來收發(fā)無線電波。電子標簽的天線通過無線電波，將物體的數(shù)據(jù)發(fā)射到附近的RFID讀寫器，RFID讀寫器就會對接收到的數(shù)據(jù)進行收集和處理。RFID與傳統(tǒng)的條碼識別相比，具有很大的優(yōu)勢。
　　(1) RFID電子標簽抗污損能力強。
　　傳統(tǒng)的條碼載體是紙張，它附在物體和外包裝箱上，特別容易受到折損。條碼采用的是光識別技術，如果條碼的載體受到污染或者折損，將會影響信息的正確識別。而RFID采用電子芯片存儲信息，可以免受外部環(huán)境污損。
　　(2) RFID電子標簽安全性高。
　　條碼制作容易，操作簡單，但同時也產(chǎn)生了仿造容易、信息保密性差等缺點。RFID采用電子標簽存儲信息，數(shù)據(jù)可以通過編碼實現(xiàn)密碼保護，內(nèi)容不易被偽造和更改。
　　(3) RFID電子標簽容量大。
　　條碼的標識容量有限。而RFID電子標簽的標識容量可以做到比條碼大很多，實現(xiàn)真正的"一物一碼"，可以滿足信息流量不斷增大和信息處理速度不斷提高的需求。
　　(4) RFID可實現(xiàn)遠距離同時識別多個電子標簽。
　　條碼識別一次只能有一個條碼接受掃描，而且要求條碼與讀寫器的距離比較近。射頻識別采用無線電波進行數(shù)據(jù)交換，RFID讀寫器能夠遠距離同時識別多個RFID標簽，并可以識別高速運動的標簽。
　　(5) RFID是物聯(lián)網(wǎng)的基石。
　　條碼印刷上去就無法更改了。而RFID采用電子芯片存儲信息，可以隨時記錄物品在任何時候的任何信息，并可以很方便地新增、更改和刪除信息。RFID通過計算機網(wǎng)絡可以實現(xiàn)對物品透明化、實時的管理，實現(xiàn)真正意義上的"物聯(lián)網(wǎng)"。
1.2 射頻技術及其特點
　　射頻識別是無線電頻率識別(Radio Frequency Identification，RFID)的簡稱，即通過無線電波進行識別。在RFID系統(tǒng)中，識別信息存放在電子數(shù)據(jù)載體中，電子數(shù)據(jù)裁體稱為應答器。應答器中存放的識別信息由閱讀器讀出。在一些應用中，閱讀器不僅可以讀出存放的信息，而且可以對應答器寫入數(shù)據(jù)，讀、寫過程是通過相互之間的無線通信來實現(xiàn)的。
　　射頻識別具有下述特點。
　　(1) 是通過電磁耦合方式實現(xiàn)的非接觸自動識別技術。
　　(2) 需要利用無線電頻率資源，必須遵守使用無線電頻率的眾多規(guī)范。
　　(3) 存放的識別信息是數(shù)字化的，因此，通過編碼技術，可以方便地實現(xiàn)多種應用，如身份識別、商品貨物識別、動物識別、工業(yè)過程監(jiān)控等。
　　(4) 容易對多個應答器、多個閱讀器組合建網(wǎng)，以完成大范圍的系統(tǒng)應用，并構成完善的信息系統(tǒng)。
　　(5) 涉及計算機、無線數(shù)字通信、集成電路、電磁場等眾多學科，是一個新興的、融合了多種技術的領域。
1.2.1 RFID的發(fā)展簡史
　　在過去的半個多世紀中，RFID技術的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段。
　　1941-1950年，雷達的改進和應用催生了RFID技術，1948年奠定了RFID技術的理論基礎。
　　1951-1960年，早期RFID技術的探索階段，主要處于實驗室研究中。
　　1961-1970年，RFID技術的理論得到了發(fā)展，開始了一些應用嘗試。
　　1971-1980年，RFID技術與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期，各種RFID技術測試得到加速，出現(xiàn)了一些最早的RFID技術應用。
　　1981-1990年，RFID技術及產(chǎn)品進入商業(yè)應用階段，多種應用開始出現(xiàn)，但成本成為制約進一步發(fā)展的主要問題。國內(nèi)開始關注這項技術。
　　1991-2000年，大規(guī)模生產(chǎn)使得其成本可以被市場接受，技術標準化問題和技術支撐體系的建立得到了重視，大量廠商進入，RFID產(chǎn)品逐漸走入人們的生活，國內(nèi)研究機構開始跟蹤和研究該技術。
　　2001-至今，RFID技術得到了進一步豐富和完善，產(chǎn)品種類更加豐富，無源電子標簽、半有源電子標簽均得到了發(fā)展，電子標簽成本也不斷降低，RFID技術的應用領域不斷擴大，RFID與其他技術正在日益結合。
　　縱觀RFID技術的發(fā)展歷程，我們不難發(fā)現(xiàn)，隨著市場需求的不斷發(fā)展，人們對RFID技術的認識水平正在日益提升，RFID技術已經(jīng)逐漸走入生產(chǎn)和生活的各個領域；RFID技術及產(chǎn)品的不斷開發(fā)，必將帶來其應用發(fā)展的新高潮，并引發(fā)相關應用領域新的變革。