潛力巨大的有源三元雙頻RFID系統(tǒng)

集近距離的定位與遠(yuǎn)距離的識(shí)別與數(shù)據(jù)采集功能為一體的有源三元雙頻RFID系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)了通常RFID的功能外，更提供了定位的功能。這項(xiàng)功能拓展了市場(chǎng)，給各行各業(yè)用戶帶來(lái)新的驚喜。同時(shí)，在RFID技術(shù)領(lǐng)域，這一系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有極大的應(yīng)用潛力。 

對(duì)系統(tǒng)的分析是RFID技術(shù)研究的一個(gè)重要方面。通常一個(gè)最小化的RFID系統(tǒng)只包含兩個(gè)部分，即標(biāo)簽（Tag）和讀寫(xiě)器（Reader）。標(biāo)簽用于攜帶標(biāo)識(shí)信息，讀寫(xiě)器用于無(wú)接觸地讀取標(biāo)簽攜帶的標(biāo)識(shí)信息，達(dá)到自動(dòng)采集識(shí)別數(shù)據(jù)的目的。這樣的RFID系統(tǒng)可以稱(chēng)為二元RFID系統(tǒng)，其中標(biāo)簽是一元，讀寫(xiě)器是又一元。根據(jù)標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間能量傳遞及信息傳遞的物理實(shí)現(xiàn)原理，這種二元系統(tǒng)有單頻系統(tǒng)和倍頻系統(tǒng)兩大類(lèi)。單頻系統(tǒng)是常見(jiàn)的RFID系統(tǒng)，有低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）甚至微波頻段。倍頻系統(tǒng)的典型方式是由標(biāo)簽返回讀寫(xiě)器的射頻頻率是讀寫(xiě)器發(fā)向標(biāo)簽射頻頻率的倍數(shù)，其中二倍頻是最為可行的系統(tǒng)。此外，根據(jù)標(biāo)簽的不同供電方式，可以分為有源、半有源和無(wú)源這三種。其中無(wú)源標(biāo)簽必須通過(guò)讀寫(xiě)器為它提供能量；有源標(biāo)簽完全靠自身的電池提供能量；半有源標(biāo)簽的基帶部分由電池供電，收發(fā)部分由讀寫(xiě)器提供能量。 

那么，何謂有源三元雙頻RFID系統(tǒng)？ 

顯然，三元系統(tǒng)應(yīng)有三個(gè)基本單元，雙頻就是系統(tǒng)工作時(shí)采用兩個(gè)不同的頻率實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。三元系統(tǒng)除了可實(shí)現(xiàn)二元RFID系統(tǒng)的正常功能之外，還可以附加一個(gè)定位功能。概括起來(lái)，有源三元雙頻RFID系統(tǒng)即是：可實(shí)現(xiàn)近距離的定位與遠(yuǎn)距離的識(shí)別與數(shù)據(jù)采集功能的RFID系統(tǒng)。 

系統(tǒng)簡(jiǎn)介 

所謂有源三元雙頻RFID系統(tǒng)，是指RFID系統(tǒng)除了具有荷載識(shí)別信息的標(biāo)簽以及閱讀標(biāo)簽識(shí)別信息的讀寫(xiě)器之外，還有一個(gè)標(biāo)簽位置定位器。即，標(biāo)簽為有源標(biāo)簽，可設(shè)定多種工作模式，為一元；讀寫(xiě)器可以直接喚醒標(biāo)簽并與標(biāo)簽進(jìn)行有源通信，為二元；標(biāo)簽位置定位器可向標(biāo)簽傳送位置預(yù)置信息，并由標(biāo)簽將合并其自身的標(biāo)識(shí)信息向讀寫(xiě)器傳送標(biāo)簽位置及標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)信息，為三元。如果將標(biāo)簽位置定位器看成標(biāo)簽擬行通過(guò)的路標(biāo)，也可將標(biāo)簽位置定位器稱(chēng)為“路標(biāo)激勵(lì)器”，即當(dāng)標(biāo)簽從路標(biāo)激勵(lì)器旁通過(guò)時(shí)，路標(biāo)激勵(lì)器將其激勵(lì)并傳給其路標(biāo)信息，標(biāo)簽被激勵(lì)喚醒后，接收路標(biāo)激勵(lì)器的定位信息，并將其與自身的ID信息發(fā)向讀寫(xiě)器。 

基本工作原理 

根據(jù)電磁傳播的基本規(guī)律，要實(shí)現(xiàn)有源三元RFID系統(tǒng)的近距離定位與遠(yuǎn)距離的識(shí)別與數(shù)據(jù)采集，三元系統(tǒng)宜采用雙頻實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的功能。系統(tǒng)基本定位如下： 

1.標(biāo)簽與路標(biāo)激勵(lì)器之間的激勵(lì)與通信宜采用低頻頻率進(jìn)行。通信方式可設(shè)定為激勵(lì)器向標(biāo)簽單向傳送路標(biāo)信息即可。低頻工作頻率一般可選在300kHz以下。例如：123kHz，125kHz，132kHz，134kHz等。 

2.標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間的喚醒與通信宜采用超高頻頻率進(jìn)行。通信方式可采用廣播命令與偵聽(tīng)接收方式。超高頻頻率一般可選在433MHz、915MHz或2.45GHz頻段內(nèi)的單頻點(diǎn)進(jìn)行。為簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間的通信頻率可選為同一頻率。 

3.有源標(biāo)簽依然是系統(tǒng)的核心。標(biāo)簽受到路標(biāo)激勵(lì)器激勵(lì)或收到讀寫(xiě)器發(fā)送的喚醒命令時(shí)均會(huì)進(jìn)入激活狀態(tài)。根據(jù)接受的命令或預(yù)設(shè)的工作模式，有源標(biāo)簽進(jìn)入工作狀態(tài)發(fā)送內(nèi)存信息或接受讀寫(xiě)器的進(jìn)一步指令。 

系統(tǒng)的特點(diǎn) 

不同工作頻段的RFID系統(tǒng)及系統(tǒng)組成有各自的特點(diǎn)。有源三元雙頻系統(tǒng)的特點(diǎn)可歸結(jié)如下： 

1.低頻RFID系統(tǒng)是利用電感耦合來(lái)傳遞能量和數(shù)據(jù)，它的工作距離相當(dāng)近，數(shù)據(jù)傳送速率也較低，但受到的空間電磁干擾的影響相對(duì)也較小，并且低頻波能繞射和穿過(guò)很多材質(zhì)，譬如木頭、水、鋁、人體等等。因而由路標(biāo)激勵(lì)器可以有效地覆蓋一個(gè)適當(dāng)?shù)男^(qū)域（參考范圍約為4米以內(nèi)），譬如倉(cāng)庫(kù)入口等。此外，低頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本通常較低，通信距離短也可以是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即能比較精確的標(biāo)定標(biāo)簽的位置。 

2.超高頻系統(tǒng)擁有相當(dāng)長(zhǎng)的讀寫(xiě)距離以及較大的帶寬，這就意味著系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)速率。采用有源RFID系統(tǒng)的工作原理，從通信能量角度來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于單程傳輸，可以用幾個(gè)毫瓦的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的數(shù)百米的通信距離。 

3.由于采用有源通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，因而也適合較大數(shù)據(jù)量的傳送。 
總體上來(lái)說(shuō)，如果應(yīng)用中既有用到小范圍、小數(shù)據(jù)量操作，又有大范圍、大數(shù)據(jù)量操作的時(shí)候，使用低頻系統(tǒng)顯然不能滿足大范圍、大數(shù)據(jù)量的要求；使用超高頻系統(tǒng)，由于UHF電磁波穿透力并不好，在小范圍的表現(xiàn)不夠好。于是，三元雙頻RFID系統(tǒng)就是一個(gè)很好的折衷選擇了。 

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的三元結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)與短的充分結(jié)合。即如果讓讀寫(xiě)器同時(shí)有LF和UHF的通信功能，短距通信具有“定位”功能。當(dāng)用戶知道標(biāo)簽正在和某個(gè)低頻單元的路標(biāo)激勵(lì)器通信時(shí)，即可斷言該標(biāo)簽在這個(gè)低頻單元方圓幾米的范圍內(nèi)。由標(biāo)簽采集了路標(biāo)的位置信息后，再與讀寫(xiě)器的長(zhǎng)距離通信即可實(shí)現(xiàn)將“標(biāo)簽信息+定位信息”傳到較遠(yuǎn)的讀寫(xiě)器收集。 

系統(tǒng)應(yīng)用 

不同的RFID系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式具有各自的特點(diǎn)，根據(jù)有源三元雙頻模式構(gòu)建的RFID系統(tǒng)，可靈活的具有多種使用功能。比如，抽出標(biāo)簽與讀寫(xiě)器可實(shí)現(xiàn)常規(guī)意義上的有源RFID系統(tǒng)，即二元RFID系統(tǒng)；具有標(biāo)簽喚醒后工作，工作時(shí)限結(jié)束后轉(zhuǎn)入休眠的功能與作用；加入路標(biāo)激勵(lì)器后，可為標(biāo)簽添加定位功能。因而，有源三元雙頻RFID系統(tǒng)可以應(yīng)用到許多方面。 

可能的應(yīng)用場(chǎng)景 

場(chǎng)景1：實(shí)現(xiàn)對(duì)沿線運(yùn)輸車(chē)輛的實(shí)時(shí)定位。沿交通線預(yù)布路標(biāo)激勵(lì)器，為每臺(tái)運(yùn)輸車(chē)輛配置有源標(biāo)簽，在適當(dāng)?shù)募蟹秶鷥?nèi)配置聯(lián)網(wǎng)的讀寫(xiě)器作為信息采集工具。當(dāng)運(yùn)輸車(chē)輛通行時(shí)，可及時(shí)采集到通過(guò)車(chē)輛的標(biāo)識(shí)信息及路標(biāo)信息，為后臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)用提供必要的前端信息采集功能。 

場(chǎng)景2：煤礦安全人員實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。沿煤礦坑道布設(shè)適當(dāng)?shù)穆窐?biāo)激勵(lì)器，在適當(dāng)范圍的集中區(qū)域設(shè)置聯(lián)網(wǎng)的讀寫(xiě)器。每一個(gè)礦工或礦車(chē)車(chē)體配置一個(gè)有源標(biāo)簽。當(dāng)?shù)V工或礦車(chē)通過(guò)路標(biāo)激勵(lì)器時(shí)，有源標(biāo)簽自動(dòng)發(fā)送其ID信息及來(lái)自激勵(lì)器的路標(biāo)信息，由讀寫(xiě)器構(gòu)成的后臺(tái)信息采集系統(tǒng)即可隨時(shí)掌握每個(gè)礦工或礦車(chē)在礦下的具體位置情況。 

場(chǎng)景3：在傳染病院跟蹤并確認(rèn)每一位傳染病患者的位置分布情況?？稍卺t(yī)院的各重要通道口設(shè)置路標(biāo)激勵(lì)器，并在適當(dāng)位置高架配置一臺(tái)讀寫(xiě)器。為每一個(gè)傳染病患者配置一個(gè)有源標(biāo)簽，當(dāng)患者在醫(yī)院監(jiān)控范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)，可隨時(shí)掌握患者的動(dòng)向，綜合利用患者通過(guò)路標(biāo)激勵(lì)器的順序等信息。為患者跟蹤管理提供實(shí)時(shí)信息。 

附加特點(diǎn) 

有源三元雙頻RFID系統(tǒng)擁有低頻RFID系統(tǒng)精確定位的功能，由于同時(shí)使用UHF頻段且是有源標(biāo)簽，所以也可以處理較大的信息量。下面以集裝箱運(yùn)輸為例，簡(jiǎn)單說(shuō)明一些系統(tǒng)的附加特點(diǎn)： 

1.在集裝箱運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，每個(gè)集裝箱對(duì)應(yīng)一個(gè)有源標(biāo)簽。標(biāo)簽里存儲(chǔ)著關(guān)于集裝箱的基本信息，如：集裝箱編號(hào)、集裝箱所屬單位或個(gè)人、始發(fā)地點(diǎn)、目標(biāo)地點(diǎn)等。這些信息總長(zhǎng)度不是太長(zhǎng)，可以適應(yīng)快速讀取操作。當(dāng)集裝箱駛?cè)腭偘l(fā)港口時(shí)，門(mén)口的路標(biāo)激勵(lì)器就可以激活標(biāo)簽，讓標(biāo)簽向讀寫(xiě)器發(fā)射基本信息。此時(shí)，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，就可以知道集裝箱已經(jīng)進(jìn)入港口。整個(gè)過(guò)程完全自動(dòng)，省時(shí)省力。同樣的，這樣的系統(tǒng)也會(huì)裝在其他各個(gè)港口、火車(chē)站、機(jī)場(chǎng)以及大型物流中心。這樣就可以全程跟蹤物流。 

2.標(biāo)簽里面除了可以存儲(chǔ)基本信息，還可以存儲(chǔ)所裝載的貨物的信息。通過(guò)讀寫(xiě)器或者手持機(jī)可以把這些信息讀出來(lái)。這樣，不用打開(kāi)集裝箱就可以知道集裝箱里面的貨物是什么。我們還可以利用這個(gè)功能來(lái)清點(diǎn)貨物，查找特定的貨物等。這些功能對(duì)貨物的跟蹤管理無(wú)疑是很有益的。 

3.此外，還可以為有源標(biāo)簽加上傳感器，把傳感器的結(jié)果存放在標(biāo)簽中。當(dāng)標(biāo)簽通過(guò)路標(biāo)激勵(lì)器的時(shí)候，標(biāo)簽向讀寫(xiě)器發(fā)射的基本信息就包含了傳感器的結(jié)果，因此系統(tǒng)能迅速對(duì)此結(jié)果做出反應(yīng)。例如，傳感器可以是一個(gè)電子鎖，讀寫(xiě)器可以知道電子鎖是否被非法打開(kāi)過(guò)。如果是，就會(huì)報(bào)警。又譬如，我們可以在運(yùn)輸冷凍食品的貨柜加裝溫度傳感器。通過(guò)讀寫(xiě)器，我們就可以知道這個(gè)冷凍貨柜的溫度的歷史紀(jì)錄，從而判定食物是否存在變質(zhì)的危險(xiǎn)。同樣的傳感器也可以用于冷凍送血車(chē)。 

隨著技術(shù)的發(fā)展，可以預(yù)見(jiàn)有源三元雙頻RFID系統(tǒng)的成本將會(huì)降低到更令人接受的程度。同時(shí)，讀寫(xiě)速度、存儲(chǔ)器容量等指標(biāo)也會(huì)有相應(yīng)的提升。我們有理由相信將有更多的用戶使用這種潛力巨大的RFID系統(tǒng)。