有源RFID

RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，由兩個基本器件組成，詢問器(或閱讀器)和很多應(yīng)答器(或標(biāo)簽)，同時輔以天線、外圍網(wǎng)絡(luò)、中間件、管理系統(tǒng)，從而形成完整的RFID應(yīng)用系統(tǒng)。

有源RFID電子標(biāo)簽由中心處理器(MCU)、通訊芯片和外圍電路組成。

有源RFID閱讀器由中心處理器(MCU)、通訊芯片、接口電路、存儲單元和外圍電路組成，可以實(shí)現(xiàn)對接收數(shù)據(jù)的解析、處理和分析。

有源電子標(biāo)簽按照工作頻率可以分為433MHz、900MHz、2.45GHz。

按照通訊方式可以分為單向標(biāo)簽、雙向標(biāo)簽。

按照封裝方式可以分為卡式標(biāo)簽、腕式標(biāo)簽、封條標(biāo)簽、鑰匙式標(biāo)簽等

有源閱讀器一般按照接口的方式進(jìn)行劃分，可分為串口型、網(wǎng)口型、CAN總線型等。

按照有源閱讀器的形式可以分為固定式閱讀器、手持式閱讀器、天線閱讀器一體機(jī)。

還可以按照閱讀器的功能進(jìn)行劃分。

RFID標(biāo)簽俗稱電子標(biāo)簽，RFID標(biāo)簽中存儲一個唯一編碼，其地址空間大大高于條碼所能提供的空間，因此可以實(shí)現(xiàn)單品級的物品編碼。標(biāo)簽上電后，按照預(yù)設(shè)的規(guī)則周期性的進(jìn)行信號發(fā)射，當(dāng)RFID標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的作用區(qū)域，閱讀器獲取到標(biāo)簽發(fā)射出來的信息，即完成了對標(biāo)簽的識別過程。

閱讀器是對RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀/寫操作的設(shè)備，主要包括射頻模塊和數(shù)字信號處理單元兩部分。讀寫器是RFID系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，一方面，RFID標(biāo)簽返回的電磁信號通過天線進(jìn)入讀寫器的射頻模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)過讀寫器的數(shù)字信號處理單元對其進(jìn)行必要的加工整形，最后從中解調(diào)出返回的信息，完成對RFID標(biāo)簽的識別或讀/寫操作;另一方面，上層中間件及應(yīng)用軟件與讀寫器進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)操作指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)匯總上傳。在上傳數(shù)據(jù)時，讀寫器會對RFID標(biāo)簽原子事件進(jìn)行去重過濾或簡單的條件過濾，將其加工為讀寫器事件后再上傳，以減少與中間件及應(yīng)用軟件之間數(shù)據(jù)交換的流量，因此在很多讀寫器中還集成了微處理器和嵌入式系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一部分中間件的功能，如信號狀態(tài)控制、奇偶位錯誤校驗(yàn)與修正等。

1)工作頻段

2)讀寫器讀取距離

3)防碰撞性能(讀寫器同時讀取標(biāo)簽數(shù)量)

4)讀寫器靈敏度

5)標(biāo)簽存儲器容量

6)標(biāo)簽電池壽命、發(fā)射功率、接收靈敏度

7)標(biāo)簽尺寸、形狀、防護(hù)(防水、防塵、防腐、防爆性)等級

8)抗干擾能力(同頻信號干擾下是否正常工作)

9)穩(wěn)定性(標(biāo)簽漏讀率)

10)安全性(加密方式)

11)擴(kuò)展性(是否支持RSSI、TDOA等算法定位、傳感器結(jié)合)

目前有源RFID的主要頻段為:433MHz、900MHz、2.45GHz、5.8GHz

如何選擇合適的頻段?頻率越高，波長越短，信號的直射能力越強(qiáng)，繞射能力越差。頻率越低，波長越長，信號的繞射能力越強(qiáng)，直射能力越差。

RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜，標(biāo)簽進(jìn)入磁場后主動發(fā)送某一頻率的信號，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

一般來說有源RFID的通訊方式分為兩種類型:

1)單工:信息在兩點(diǎn)之間只能單方向發(fā)送的工作方式，一般對應(yīng)單向標(biāo)簽;

2) 半雙工:信息在兩點(diǎn)之間能夠在兩個方向上進(jìn)行發(fā)送，但不能同時發(fā)送的工作方式。一般對應(yīng)雙向標(biāo)簽或是雙頻標(biāo)簽。

有源RFID的通訊距離在百米以上，一般為120-150米。可以通過軟硬件的調(diào)整在最遠(yuǎn)通訊范圍內(nèi)調(diào)節(jié)通訊距離。

標(biāo)簽發(fā)射功率是指標(biāo)簽發(fā)射信號的能量，一般用功率(W)或分貝毫瓦(dBm)來表示。

通信協(xié)議又稱通信規(guī)程，是指通信雙方對數(shù)據(jù)傳送控制的一種約定。約定中包括對數(shù)據(jù)格式，同步方式，傳送速度，傳送步驟，檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守。RFID通訊協(xié)議即標(biāo)簽與閱讀器之間通訊的一種約定。

就是當(dāng)標(biāo)簽電壓低于額定電壓的一種保護(hù)裝置，防止電壓過低，導(dǎo)致線圈電流激增，燒毀標(biāo)簽線路。

標(biāo)簽ID即區(qū)別標(biāo)簽的符號，每個標(biāo)簽都有一個專屬的ID號用于表示自己的身份，即表示所對應(yīng)物品/人的身份。

標(biāo)簽ID是RFID識別的核心，即建立起唯一的、獨(dú)立的表示方式，把標(biāo)簽與所示的人/物綁定在一起，通過唯一不可復(fù)制的標(biāo)簽ID進(jìn)行身份識別。

標(biāo)簽參數(shù)設(shè)置可以在MCU程序中植入，直接寫入標(biāo)簽，也可以在標(biāo)簽成產(chǎn)完成后，在標(biāo)簽上電初始化時，通過閱讀器進(jìn)行無線寫入。

一般來說電子標(biāo)簽可以設(shè)置的參數(shù)有:發(fā)射時間間隔、標(biāo)簽ID、發(fā)射功率;其他參數(shù)如:傳感器數(shù)據(jù)處理等需要根據(jù)標(biāo)簽定制化設(shè)計(jì)來確定。

標(biāo)簽發(fā)射一次信號所需要的時間，一般為ms級。

標(biāo)簽發(fā)射一次信號時所產(chǎn)生的電流，一般為mA級。

標(biāo)簽發(fā)射兩次信號之間的時間，即標(biāo)簽信號的發(fā)射頻率，可以根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)定。

標(biāo)簽處于發(fā)射狀態(tài)之外的情況下所產(chǎn)生的電流，也可以理解為標(biāo)簽不發(fā)射信號的狀態(tài)所產(chǎn)生的電流，一般為uA級。

1) 標(biāo)簽發(fā)射功率;

2) 標(biāo)簽與閱讀器兩端的天線匹配;

3) 閱讀器接收靈敏度;

4) 工作環(huán)境;

1) 提升標(biāo)簽發(fā)射功率;

2) 選用高增益，接收效果好的閱讀器天線;

3) 選擇良好的使用環(huán)境;

4) 提升閱讀器接收靈敏度

GFSK(高斯頻移鍵控)調(diào)制是把輸入數(shù)據(jù)經(jīng)高斯低通濾波器預(yù)調(diào)制濾波后,再進(jìn)行FSK調(diào)制的數(shù)字調(diào)制方式。它在保持恒定幅度的同時,能夠通過改變高斯低通濾波器的3dB帶寬對已調(diào)信號的頻譜進(jìn)行控制,具有恒幅包絡(luò)、功率譜集中、頻譜較窄等無線通信系統(tǒng)所希望的特性。因此,GFSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在移動通信、航空與航海通信等諸多領(lǐng)域中。

即電子標(biāo)簽使用的時間，由于有源電子標(biāo)簽需要電池供電，因此有源電子標(biāo)簽有一定的使用時長，超過一定時間后電子標(biāo)簽由于缺少電能將無法工作。

1) 增加電池容量;

2) 延長標(biāo)簽發(fā)射時間間隔;

3) 降低標(biāo)簽發(fā)射功率;

主要的解決方法還是以配備性能優(yōu)良、尺寸小的大容量電池為主。

有源電子標(biāo)簽電池主要以CR紐扣電池和柔性鋰電池為主，電池的選擇需要以尺寸符合外形要求，電池電量大為前提，這可以保證電子標(biāo)簽有較長的使用壽命。

有源標(biāo)簽與無源標(biāo)簽的最大差異性在于有源標(biāo)簽是電子線路構(gòu)成，可以通過中心處理器MCU控制外圍電路實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制、LED燈閃爍、傳感器控制、數(shù)據(jù)采集等諸多擴(kuò)展功能。

標(biāo)簽可以擴(kuò)展各種類型的傳感器，主要的限制就是中心處理器(MCU)的數(shù)據(jù)處理能力能否支持，同時是否有足夠的I/O接口能用于采集傳感器數(shù)據(jù)。

1)電池低壓時，標(biāo)簽信息的標(biāo)簽低電壓報(bào)警位置，上位機(jī)接收到報(bào)警信息后發(fā)出警告;

2)電池低壓時，標(biāo)簽上的電池低壓燈閃爍，發(fā)出報(bào)警信息;

標(biāo)簽可以同時工作，由于電子標(biāo)簽是MCU控制發(fā)射，采用靈活主動的發(fā)射方式，因此支持多個標(biāo)簽同時進(jìn)行工作。

多個標(biāo)簽處于閱讀器通訊范圍之內(nèi)，他們將同時和閱讀器進(jìn)行通訊，閱讀器不知道該和那個標(biāo)簽進(jìn)行"對話"，這就是所謂的標(biāo)簽碰撞問題。

1)合理控制標(biāo)簽與閱讀器的使用比例;

2)降低標(biāo)簽發(fā)射時間間隔;

3)良好的防碰撞算法;

一般來說，使用433MHz頻段時，同一臺閱讀器接受范圍內(nèi)標(biāo)簽數(shù)最高不能超過150個，以80~100為合理最高上限;使用2.45GHz頻段時，同一臺閱讀器接受范圍內(nèi)標(biāo)簽數(shù)最高不能超過250個，以100~150為合理最高上限，視標(biāo)簽工作復(fù)雜度而定。

標(biāo)簽的封裝可以輔助實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的防拆卸、一次性使用等要求，并且決定了標(biāo)簽電池的使用類型，直接決定標(biāo)簽壽命，一般封裝形式為卡式、腕帶式、鑰匙式、一次性封條式、防拆卸腕式等。一般封裝材質(zhì)為PVC、ABS，盡量避免用金屬液體等封裝以防止對標(biāo)簽發(fā)射信號產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

一般用于物品安裝的電子標(biāo)簽上面附有固定孔、磁鐵釘，其他佩戴于人身上的標(biāo)簽有扣、環(huán)、卡槽等固定安裝位置。

當(dāng)電子標(biāo)簽被拆卸時，能發(fā)出報(bào)警信息的電子標(biāo)簽即為防拆卸性電子標(biāo)簽，一般的報(bào)警方式為使標(biāo)簽發(fā)射的ID信息中報(bào)警位改變，或讓標(biāo)簽無法工作。

單向電子標(biāo)簽就是標(biāo)簽上電工作后只能按照預(yù)設(shè)的參數(shù)進(jìn)行周期性發(fā)射工作，不能接收閱讀器發(fā)出的指令。

雙向電子標(biāo)簽就是標(biāo)簽上電工作后仍然可以與閱讀器進(jìn)行通訊，可以接收閱讀器發(fā)出的指令并給予回應(yīng)。

傳感器型標(biāo)簽是指利用RFID實(shí)現(xiàn)識別、采集的標(biāo)簽，在標(biāo)簽外端外置多個傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集后通過RFID通訊傳輸數(shù)據(jù)至上位機(jī)。

有源RFID，又稱為主動式RFID(Active tag)，依據(jù)電子標(biāo)簽供電方式的不同進(jìn)行劃分的電子標(biāo)簽一種類型，通常支持遠(yuǎn)距離識別。電子標(biāo)簽可以分為有源電子標(biāo)簽(Active tag)、無源電子標(biāo) 簽(Passive tag)和半無源電子標(biāo)簽(Semi-passivetag)。有源電子標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，無源射頻標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池，半無源電子標(biāo)簽(Semi-passive tag)部分依靠電池工作。