「阿庫課堂」第一期 · RFID基礎(chǔ)知識之原理篇1

阿庫得知，迪卡儂、優(yōu)衣庫、Zara等零售巨頭都用上了RFID技術(shù)，據(jù)說能有效提高商品盤點(diǎn)及結(jié)算效率；以往需要人工幾分鐘才能完成的工作，現(xiàn)在只需要幾十秒便可完成。這種技術(shù)的原理到底是什么？本期小課堂將帶你揭開RFID的“神秘面紗”。

迪卡儂RFID快速自助結(jié)算臺（圖源自RFID世界網(wǎng)）

服裝標(biāo)牌的RFID標(biāo)簽（圖源自RFID世界網(wǎng)）

廣州大學(xué)圖書館RFID自助借還設(shè)備（圖源自網(wǎng)絡(luò)）

【RFID是何方神圣？】

射頻識別就是無線電頻率識別(Radio Frequency ldentification，RFID）的簡稱。

我們通常在服裝標(biāo)牌上看到的就是由天線和芯片組成的RFID標(biāo)簽，就像每個(gè)人獨(dú)一無二的身份證，存放著物品自身的識別信息；想要讀取物品的“身份信息”，就需要閱讀器的配合。標(biāo)簽和閱讀器之間通過無線電波“互通心意”，既可讀取RFID標(biāo)簽上現(xiàn)存的內(nèi)容，也可以將新的信息寫入標(biāo)簽中。

一般來說，一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)，必須同時(shí)存在RFID標(biāo)簽、RFID閱讀器及應(yīng)用軟件。

【RFID系統(tǒng)的交流方式】

聊微信，有的人喜歡打字，有的人喜歡發(fā)語音。RFID標(biāo)簽和閱讀器的交流方式也有兩種：分別是電感耦合和反向散射耦合。

電感耦合的標(biāo)簽采用無源防水傳輸，需要從閱讀器身上獲得能量（電源）。依據(jù)電磁感應(yīng)定律，通過空間高頻交變磁場實(shí)現(xiàn)耦合。電感耦合方式一般適合于高、低頻工作的近距離RFID系統(tǒng)。

反向散射耦合則是依據(jù)電磁波的空間傳播規(guī)律，發(fā)射出去的電磁波碰到目標(biāo)后發(fā)生反射，從而攜帶回相應(yīng)的目標(biāo)信息。電磁反向散射耦合方式一般適合于超高頻、微波工作的遠(yuǎn)距離RFID系統(tǒng)。

【RFID系統(tǒng)的部門分工】

根據(jù)工作頻率不同，RFID系統(tǒng)又分成了一下幾個(gè)“部門”，它們“職能”不同，分管的“領(lǐng)域”也有所差異。

(1) 低頻(LF，頻率范圍為30~300 kHz)：工作頻率低于135 kHz，最常用的是125 kHz和134.2kHz。

(2) 高頻（HF，頻率范圍為3~30 MHz)：工作頻率為13.56 MHz士7 kHz。

(3) 超高頻(UHF，頻率范圍為300 MHz~3 GHz)：工作頻率為433 MHz，866~960 MHz.和2.45 GHz。

(4) 特高頻(SHF，頻率范圍為3~30 GHz):工作頻率為5.8 GHz和24 GHz，但目前24 GHz基本沒有采用。

其中，后3個(gè)頻段為ISM (Industrial Scientific Medical）頻段。ISM頻段是為，工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用而保留的頻率范圍，不同的國家可能會(huì)有不同的規(guī)定。UHF 和 SHF 都在微波頻率范圍內(nèi)，微波頻率范圍為300 MHz~300 GHz。

【RFID系統(tǒng)的老大——應(yīng)用軟件（Application）】

應(yīng)用軟件作為RFID系統(tǒng)里的“頭號老大”，主要負(fù)責(zé)對閱讀器的控制、設(shè)置及對讀取標(biāo)簽信息的管理應(yīng)用。

既然是“老大”，自然不會(huì)輕易“出手”。

像公交車閱讀器可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)對票卡驗(yàn)讀及收費(fèi)的小case，并不值得應(yīng)用軟件出手；當(dāng)需要對多閱讀器構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的信息系統(tǒng)，這位“老大”可以針對RFID具體應(yīng)用，將多個(gè)閱讀器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合，從而實(shí)現(xiàn)查詢、歷史檔案等相關(guān)管理和服務(wù)。更進(jìn)一步，通過對數(shù)據(jù)的加工、分析和挖掘，應(yīng)用軟件可以為正確決策提供依據(jù)，這就是所謂的信息管理系統(tǒng)和決策系統(tǒng)。

應(yīng)用軟件要“日理萬機(jī)”，沒兩個(gè)得力助手怎么行？這就不得不介紹一下RFID中間件了。

【應(yīng)用軟件的得力助手——RFID中間件】

RFID中間件將信息由一個(gè)程序傳達(dá)到另一個(gè)程序或多個(gè)程序，是位于應(yīng)用系統(tǒng)與RFID系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息的傳遞。根據(jù)應(yīng)用程序和架構(gòu)的不同，RFID中間件的工作方向可以分為兩個(gè)大類：

1、以應(yīng)用程序?yàn)橹行?。此種方法設(shè)計(jì)由RFID硬件廠商提供API，以增減的方式直接編寫特定的RFID設(shè)備讀取數(shù)據(jù)的Adapter，并傳送給后端系統(tǒng)的應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)庫，達(dá)到與后端系統(tǒng)串接的目的。

2、以架構(gòu)為中心。企業(yè)使用眾多應(yīng)用系統(tǒng)或復(fù)雜度過高，企業(yè)無法做到增減的方式為每個(gè)應(yīng)用程序編寫Adapter，同時(shí)可能對面臨其他標(biāo)準(zhǔn)的問題。企業(yè)需要考慮與能提供標(biāo)準(zhǔn)的中間件廠商合作或采用硬件廠商所提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的RFID中間件。

RFID中間件示例圖（圖源自網(wǎng)絡(luò)）

【RFID系統(tǒng)的顏值擔(dān)當(dāng)——RFID閱讀器（RFID Reader）】

RFID閱讀器作為讀取、寫入標(biāo)簽信息的工具，也常被成為讀寫器；因其具有相當(dāng)于基站的功能，也有些人稱其為基站。

從外形上來看，閱讀器們“高矮胖瘦 ”各不相同；在實(shí)際應(yīng)用中，一般分為移動(dòng)式和固定式讀寫器。

幾種典型的閱讀器實(shí)物圖

作為RFID系統(tǒng)的門面擔(dān)當(dāng)，閱讀器擁有的何止是顏值？！

雖然因頻率范圍、通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸方法的不同，各種閱讀器在一些方面會(huì)有很大的差異，但閱讀器通常都應(yīng)具有下述功能:

(1）以射頻方式向RFID標(biāo)簽傳輸能量；

(2）從RFID標(biāo)簽中讀出數(shù)據(jù)或向其寫入數(shù)據(jù)；

(3）完成對讀取數(shù)據(jù)的信息處理并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件交互操作。

【RFID系統(tǒng)的力量支柱——RFID標(biāo)簽（RFID Tag）】

RFID系統(tǒng)中“成員”數(shù)量最多的莫過于RFID標(biāo)簽了，俗稱電子標(biāo)簽或智能標(biāo)簽，它通常由耦合元件及芯片組成，每個(gè)RFID標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。

RFID標(biāo)簽組成示意圖（圖源自網(wǎng)絡(luò)）

在RFID標(biāo)簽成員共有三位，分別是無源標(biāo)簽、半無源標(biāo)簽以及有源標(biāo)簽，三者最大的區(qū)別在于能量來源不同。

無源標(biāo)簽：無源標(biāo)簽是沒有感情的沒有電池的標(biāo)簽類型。在閱讀器的閱讀范圍之外，標(biāo)簽處于無源狀態(tài)，在閱讀器的閱讀范圍之內(nèi)，標(biāo)簽從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取工作所需的電能。采用電感耦合方式的標(biāo)簽多為無源標(biāo)簽。

無源標(biāo)簽（圖源自網(wǎng)絡(luò)）

半無源標(biāo)簽：半無源標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，但電池僅起輔助作用，它對維持?jǐn)?shù)據(jù)的電路供電或?qū)?biāo)簽芯片工作所需的電壓作輔助支持。標(biāo)簽電路本身耗能很少，平時(shí)處于休眠狀態(tài)。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的閱讀范圍時(shí)，受閱讀器發(fā)出的射頻能量的激勵(lì)而進(jìn)入工作狀態(tài)，它與無源標(biāo)簽一樣，用于傳輸通信的射頻能量源自閱讀器。

半無源標(biāo)簽（圖源自恩賽福官網(wǎng)）

有源標(biāo)簽：有源標(biāo)簽的工作電源完全由內(nèi)部電池供給，同時(shí)內(nèi)部電池能量也部分地轉(zhuǎn)換為標(biāo)簽與閱讀器通信所需的射頻能量。

有源標(biāo)簽（圖源自網(wǎng)絡(luò)）