RFID:網(wǎng)印業(yè)者的新機(jī)遇
無線射頻標(biāo)識RFID,是近年來電子信息技術(shù)在應(yīng)用方面的重要成果之一,尤其是近兩年國際標(biāo)簽展會上的不斷出現(xiàn),更引起了國內(nèi)有關(guān)行業(yè)和企業(yè)的重視。它的發(fā)展和應(yīng)用對網(wǎng)印界來說也是一個新的發(fā)展機(jī)遇。最近,科技部等十五部委聯(lián)合發(fā)表了"中國射頻標(biāo)識(RFID)技術(shù)政策白皮書",更為我國無線射頻標(biāo)識RFID技術(shù)與產(chǎn)業(yè)在未來幾年的發(fā)展,提出了系統(tǒng)性指南。
一、RFID簡介
RFID是英文Radio Frequency Identification的縮寫,中文稱為無線射頻標(biāo)識、感應(yīng)卡、電子標(biāo)簽、射頻標(biāo)簽等,是非接觸式自動識別技術(shù)的一種。其特點(diǎn)如下:
1.數(shù)據(jù)的讀寫功能。RFID標(biāo)簽通過讀取器,不需要直接接觸,就能讀取信息,并傳送到數(shù)據(jù)庫。它一次可以讀取多個標(biāo)簽,還可將物流狀態(tài)寫入標(biāo)簽,供下一段物流處理的讀取判斷之用。
2.小型化和多樣化。RFID在讀取上不受尺寸大小和形狀的限制,不需要為了讀取精確度而配合特定的紙張、固定的尺寸及印刷品質(zhì)。此外,RFID標(biāo)簽更可以向小型化、多樣型發(fā)展,以滿足不同類型產(chǎn)品的要求。
3.耐環(huán)境性好。紙張等標(biāo)簽沾上臟污,就會看不清楚,丟失信息,但RFID標(biāo)簽對水、油和有機(jī)溶劑及其它臟污物卻有很好的忍耐性和抗御能力,它在黑暗中和被污染的環(huán)境下,也可以讀取數(shù)據(jù)。
4.可重復(fù)使用。由于RFID為電子數(shù)據(jù),可以反復(fù)被讀出、寫入,因此可以回收標(biāo)簽,重復(fù)使用。如果是被動式標(biāo)簽,不用電池就可使用,還省卻了維護(hù)保養(yǎng)的麻煩。
5.有穿透性。RFID標(biāo)簽若被紙張、布料、木材、塑料等非金屬、不透明物質(zhì)遮擋、包覆,信息可照樣傳輸,不受影響。
6.數(shù)據(jù)的記憶容量大。隨著社會不斷發(fā)展,未來物品所需要攜帶的信息量也越來越大,這是傳統(tǒng)標(biāo)簽所無法勝任的,這種攜帶大容量信息的任務(wù),只有RFID標(biāo)簽?zāi)軌騽偃巍?/P>
二、基本原理
最簡單的RFID系統(tǒng)是由標(biāo)簽(Tag)、讀取器(Reader,也稱為閱讀器)和天線(Antenna)三部分組成。工作時,讀取器通過天線發(fā)射無線電信號給標(biāo)簽,而標(biāo)簽通過自己的專用天線接收此信號,利用從信號中得到的能量,來激活啟動芯片工作。芯片啟動后就可進(jìn)行讀出、寫入的數(shù)據(jù)操作。讀取器可把通過天線得到的標(biāo)簽芯片中的數(shù)據(jù),經(jīng)過譯碼,送往主計(jì)算機(jī)。RFID系統(tǒng)工作的基本原理如圖1所示。
天線是標(biāo)簽與讀取器收發(fā)信機(jī)之間的聯(lián)接"管道",通過天線來控制系統(tǒng)信號的獲得與交換。根據(jù)不同的使用場合,天線被做成多種多樣。讀取器可以是手持式的,也可以是固定式的,它發(fā)出的無線電波,根據(jù)其功率和選用頻率不同,在幾厘米到幾百米甚至更遠(yuǎn)的范圍內(nèi)均有效。
RFID 標(biāo)簽的核心部分是發(fā)射機(jī)的應(yīng)答器(Transponder),它能夠接收并發(fā)送信號,一般被做成低功率的集成電路,與外部的電磁波或電磁感應(yīng)相互作用,產(chǎn)生RFID標(biāo)簽工作時所需要的能量并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
發(fā)射機(jī)的應(yīng)答器包括只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存儲器(RAM)和用于數(shù)據(jù)存儲的非易失性可編程序存儲器(Non-Volatile ProgrammableMemory)。其中,非易失性可編程序存儲器的數(shù)據(jù)存儲取決于裝置的類型與復(fù)雜性;只讀存儲器用于寄存安全數(shù)據(jù)與非易失性可編程序存儲器的操作系統(tǒng)指令;隨機(jī)存儲器則用于存儲非易失性可編程序存儲器的質(zhì)詢與響應(yīng)過程中的暫時數(shù)據(jù)。
三、分類
RFID標(biāo)簽分類的方法很多,舉例如下:按結(jié)構(gòu)分,有主動型、半主動型、被動型。被動型結(jié)構(gòu)最簡單,由天線和芯片組成,其工作能量來自天線接收到的讀取器發(fā)出的電磁波信號,因而成本也最低。主動型和半主動型標(biāo)簽則需要電源來獲得更高的工作頻率,或用以記錄傳感器數(shù)據(jù)的能量,這類標(biāo)簽功能強(qiáng)大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高。
按供電方式分,有有源卡和無源卡。有源卡是指卡內(nèi)有電池提供電源,其作用距離較遠(yuǎn),但壽命有限,體積較大,成本也較高,且不適合在惡劣環(huán)境下工作。無源卡內(nèi)無電池,它是依靠波束供電技術(shù)將接收到的射頻能量轉(zhuǎn)化為直流電源,為卡內(nèi)電路供電,其作用距離比有源卡短,但壽命長,且對工作環(huán)境要求不高。
按載波頻率分,有低頻射頻卡、中頻射頻卡、高頻射頻卡。低頻射頻卡的頻率有125kHz和134.2kHz兩種,用于短距離低成本場合,如門禁控制、動物監(jiān)管、貨物跟蹤等。中頻射頻卡的頻率為13.56mHz,也用于門禁控制和需要傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)。高頻射頻卡的頻率有433 mHz、915 mHz、2.45GHz、5.8GHz等,主要用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合,其天線波束方向較窄且價格較高,主要應(yīng)用于火車監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)中。按作用距離分,有密耦合卡(作用距離小于1cm)、近耦合卡(作用距離小于15cm)、疏耦合卡(作用距離約為1m)、遠(yuǎn)距離卡(作用距離為1~10m,甚至更遠(yuǎn))。
按功能來分,有只讀式和讀寫式,只讀式標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息不能改變,但通??梢远啻巫x??;而讀寫式標(biāo)簽允許用戶根據(jù)需要更改已經(jīng)寫入的數(shù)據(jù)信息。
四、與條形碼的區(qū)別
一般說來,RFID 標(biāo)簽與條形碼兩者有相似之處,其目的都是要快速、準(zhǔn)確地確認(rèn)目標(biāo)物體,主要區(qū)別是有無寫入信息和更新內(nèi)存的能力。條形碼的內(nèi)存不能更改,RFID標(biāo)簽則可以寫入信息和更新內(nèi)存,同時,其標(biāo)簽信息是由無線電波傳輸,不僅能作用于視野之內(nèi),只要在接受器的作用范圍內(nèi),看不見的目標(biāo)也能被讀取;而條形碼必須在視野之內(nèi)才有作用。另外條形碼還有其它一些缺點(diǎn),如標(biāo)簽被劃破、污染,掃描儀就無法辨認(rèn)目標(biāo),而且它只能識別生產(chǎn)者和產(chǎn)品,不能辨認(rèn)具體的商品,貼在所有同一種產(chǎn)品包裝上的條形碼都一樣,無法辨認(rèn)哪些產(chǎn)品先過期。目前,在成本方面,由于組成元素不同,RFID標(biāo)簽比條形碼成本高。條形碼的成本就是油墨、紙張、人工;RFID標(biāo)簽根據(jù)類型不同價格差別也很大,從幾美元到幾美分。即使最簡單且無內(nèi)置芯片的標(biāo)簽,即使對數(shù)據(jù)信息要求不高,也具有條形碼所不具備的防偽功能。
五、天線制作
天線制作對網(wǎng)印、標(biāo)牌業(yè)者來說是最有吸引力的,因?yàn)樗俏覀償U(kuò)大業(yè)務(wù)領(lǐng)域的又一片廣闊天地。無線電波的接收、發(fā)射,都少不了天線,就如煤氣、自來水輸送離不開管道一樣,無線電離不開天線。我們這里所說的天線制作,是指RFID標(biāo)簽中的天線。這種天線,根據(jù)標(biāo)簽的作用和設(shè)計(jì)者不同的意圖,有多種多樣,下面展示幾個例子,如圖2所示。
制作這種天線可以有多種方法,如真空鍍、削括法、沖裁法、網(wǎng)印銀漿、蝕刻覆銅柔性板等等。最方便可靠的辦法是后者,用制作柔性印制電路板的成熟工藝。沃爾瑪公司已經(jīng)在全球沃爾瑪超市中全部采用RFID標(biāo)簽,超市中幾元甚至更便宜的商品,能用柔性電路板樣的標(biāo)簽嗎?問題是如何制造出質(zhì)量符合要求,價格低廉,且具大批量生產(chǎn)能力的RFID標(biāo)簽天線。以前電子元件行業(yè)都有這樣一個概念:產(chǎn)量過不了"億",就無法盈利。同樣,天線也屬電子元件,沒有量的觀念是不行的。
有人認(rèn)為用導(dǎo)電油墨印制RFID標(biāo)簽是最佳途徑,這種導(dǎo)電油墨由導(dǎo)電粒子或其它特殊材料(如導(dǎo)電聚合物等)組成,印刷到承印物上后,可起到導(dǎo)線、天線和電阻的作用。這種油墨印刷在柔性或硬質(zhì)承印物上,可制成印制電路,用導(dǎo)電油墨印刷天線,可接收RFID專用無線電信號。如今,在高速印刷中使用導(dǎo)電油墨來制作RFID標(biāo)簽天線,優(yōu)勢突出:
1.導(dǎo)電效果出色
眾所周知,智能標(biāo)簽是那些比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)簽有更強(qiáng)大功能的新型標(biāo)簽,包括RFID標(biāo)簽、顯性/隱性防偽標(biāo)簽及具有指示產(chǎn)品狀態(tài)的傳感器標(biāo)簽。在RFID標(biāo)簽中,導(dǎo)電油墨可用于連接標(biāo)簽的各組成部分,充當(dāng)導(dǎo)線、傳感器和天線的作用。
2.降低成本
在RFID標(biāo)簽的推廣應(yīng)用中,最大的問題就是成本。對一些高檔商品,1美元以內(nèi)的價格,還能夠被廠商和消費(fèi)者接受,因?yàn)閷λ麄兌?,RFID標(biāo)簽是一種出色的跟蹤裝置,它所帶來的方便與效益更劃算。然而,對于中、低檔的日常消費(fèi)品,RFID標(biāo)簽的價格就不容易被接受了,誰也不愿意為了使用RFID標(biāo)簽,而讓一支普通牙膏再加價0.5美元。導(dǎo)電油墨從兩方面節(jié)約了RFID標(biāo)簽的成本,首先,從材料成本上,油墨要比沖壓或蝕刻金屬線圈的價格低;其次,從材料耗用量上說,沖壓或蝕刻要消耗大量金屬,而導(dǎo)電油墨印刷天線或電路速度快、材料省、成本低、效率高。
過去,導(dǎo)電油墨只用絲網(wǎng)印刷,如今已擴(kuò)展到膠印、柔性版印刷和凹印。美國富林特公司就針對RFID標(biāo)簽,組建了名為Precisia LLC的新部門,專門開發(fā)導(dǎo)電油墨,其目的是制造低成本的RFID標(biāo)簽,從而推動RFID技術(shù)的應(yīng)用。它還與R.T.Circuits公司簽署了獨(dú)家授權(quán),允許其在膠印中使用導(dǎo)電油墨。這是一項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步,促進(jìn)了RFID標(biāo)簽的生產(chǎn)和使用,特別是大型零售商,他們可以要求供貨商提供貼有RFID標(biāo)簽的商品。
六、應(yīng)用實(shí)例
RFID標(biāo)簽作為一種智能標(biāo)簽,正在被越來越多的使用者和標(biāo)簽制造者所重視,但這類標(biāo)簽又不同于其它標(biāo)簽產(chǎn)品,可以完全由印刷來完成。若要利用印刷技術(shù)完成RFID標(biāo)簽的加工,只能求助于新型的導(dǎo)電油墨。在實(shí)踐中,無論是工業(yè)、商業(yè)、物流、倉儲、服務(wù)業(yè),在數(shù)據(jù)采集的每一個環(huán)節(jié),都可以使用RFID標(biāo)簽。RFID技術(shù)也可以作為其它數(shù)據(jù)捕獲技術(shù)的補(bǔ)充,以解決這些技術(shù)在實(shí)用中遇到的一些難題。對于制造商、零售商和消費(fèi)者來說,RFID標(biāo)簽提供了一種實(shí)時、可見的產(chǎn)品信息,可以幫助用戶更好地掌握商品的狀況和供應(yīng)鏈上的每一個環(huán)節(jié)。
目前,國外的RFID技術(shù)主要應(yīng)用于以下方面:
▲物品的電子管理,主要是服裝、零售商店的出口環(huán)節(jié);
▲貴重物品防盜保護(hù)、非授權(quán)移動或資產(chǎn)管理;
▲停車場與燃油設(shè)施的進(jìn)出控制管理;
▲道路、橋梁的自動收費(fèi);
▲重要機(jī)構(gòu)或危險(xiǎn)地點(diǎn)的人員進(jìn)出控制;
▲考勤用,取代傳統(tǒng)的"打卡";
▲用于特殊的動物飼養(yǎng);
▲在數(shù)控機(jī)床加工中,對刀具的自動識別;
▲產(chǎn)品派生的識別與在柔性加工系統(tǒng)中,進(jìn)行過程控制;
▲體育競賽的時間控制;
▲家庭中防盜等安全監(jiān)控;
▲車輛的防盜系統(tǒng)與監(jiān)控等。
中國鼓勵和支持在公共安全、生產(chǎn)管理與控制、現(xiàn)代物流與供應(yīng)鏈管理、交通管理、國防應(yīng)用、重大工程與活動等領(lǐng)域中優(yōu)先應(yīng)用RFID技術(shù),為其大規(guī)模廣泛應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。我國分3個階段來發(fā)展:
第一階段為培育期(2006~2008年)。在產(chǎn)業(yè)化核心技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面取得突破,通過典型行業(yè)示范應(yīng)用,初步形成RFID產(chǎn)業(yè)鏈及良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。
第二階段為成長期(2008~2012年)。擴(kuò)展RFID應(yīng)用領(lǐng)域,形成規(guī)模生產(chǎn)能力,建立公共服務(wù)體系,推動并形成規(guī)?;袌?,促進(jìn)RFID產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。
第三階段為成熟期。整合產(chǎn)業(yè)鏈,適應(yīng)新一代技術(shù)的發(fā)展,輻射多個應(yīng)用領(lǐng)域,提高RFID應(yīng)用效率和效益。
隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展與完善,RFID標(biāo)簽的使用數(shù)量也會越來越大,其價格也會逐漸降低。根據(jù)預(yù)測,RFID標(biāo)簽技術(shù)將在未來2~5年逐漸開始大規(guī)模應(yīng)用,到2008年RFID標(biāo)簽僅在全球供應(yīng)鏈領(lǐng)域的市場需求,就要達(dá)到40億美元。這真是一個極具吸引力的好市場,大市場。