有源RFIDRFID常識

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)和很多應答器(或標簽)，同時輔以天線、外圍網(wǎng)絡、中間件、管理系統(tǒng)，從而形成完整的RFID應用系統(tǒng)。

有源RFID電子標簽由中心處理器(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，可以實現(xiàn)對接收數(shù)據(jù)的解析、處理和分析。

有源電子標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簽、雙向標簽。

按照封裝方式可以分為卡式標簽、腕式標簽、封條標簽、鑰匙式標簽等

有源閱讀器一般按照接口的方式進行劃分，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。

還可以按照閱讀器的功能進行劃分。

RFID標簽俗稱電子標簽，RFID標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，因此可以實現(xiàn)單品級的物品編碼。標簽上電后，按照預設的規(guī)則周期性的進行信號發(fā)射，當RFID標簽進入讀寫器的作用區(qū)域，閱讀器獲取到標簽發(fā)射出來的信息，即完成了對標簽的識別過程。

閱讀器是對RFID標簽進行讀/寫操作的設備，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)中最重要的基礎設施，一方面，RFID標簽返回的電磁信號通過天線進入讀寫器的射頻模塊中轉換為數(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標簽的識別或讀/寫操作;另一方面，上層中間件及應用軟件與讀寫器進行交互，實現(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標簽原子事件進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(讀寫器同時讀取標簽數(shù)量)

4)讀寫器靈敏度

5)標簽存儲器容量

6)標簽電池壽命、發(fā)射功率、接收靈敏度

7)標簽尺寸、形狀、防護(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(標簽漏讀率)

10)安全性(加密方式)

11)擴展性(是否支持RSSI、TDOA等算法定位、傳感器結合)

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，繞射能力越差。頻率越低，波長越長，信號的繞射能力越強，直射能力越差。

RFID技術的基本工作原理并不復雜，標簽進入磁場后主動發(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)進行有關數(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:信息在兩點之間只能單方向發(fā)送的工作方式，一般對應單向標簽;

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

有源RFID的通訊距離在百米以上，一般為120-150米?？梢酝ㄟ^軟硬件的調(diào)整在最遠通訊范圍內(nèi)調(diào)節(jié)通訊距離。

標簽發(fā)射功率是指標簽發(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)議即標簽與閱讀器之間通訊的一種約定。

就是當標簽電壓低于額定電壓的一種保護裝置，防止電壓過低，導致線圈電流激增，燒毀標簽線路。

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

標簽ID是RFID識別的核心，即建立起唯一的、獨立的表示方式，把標簽與所示的人/物綁定在一起，通過唯一不可復制的標簽ID進行身份識別。

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

一般來說電子標簽可以設置的參數(shù)有:發(fā)射時間間隔、標簽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)標簽定制化設計來確定。

標簽發(fā)射一次信號所需要的時間，一般為ms級。

標簽發(fā)射一次信號時所產(chǎn)生的電流，一般為mA級。

標簽發(fā)射兩次信號之間的時間，即標簽信號的發(fā)射頻率，可以根據(jù)需求進行設定。

標簽處于發(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) 標簽發(fā)射功率;

2) 標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)高斯低通濾波器預調(diào)制濾波后,再進行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)信號的頻譜進行控制,具有恒幅包絡、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)技術被廣泛地應用在移動通信、航空與航海通信等諸多領域中。

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

1) 增加電池容量;

2) 延長標簽發(fā)射時間間隔;

3) 降低標簽發(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，這可以保證電子標簽有較長的使用壽命。

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

標簽可以擴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，標簽信息的標簽低電壓報警位置，上位機接收到報警信息后發(fā)出警告;

2)電池低壓時，標簽上的電池低壓燈閃爍，發(fā)出報警信息;

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

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

1)合理控制標簽與閱讀器的使用比例;

2)降低標簽發(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)標簽數(shù)最高不能超過250個，以100~150為合理最高上限，視標簽工作復雜度而定。

標簽的封裝可以輔助實現(xiàn)標簽的防拆卸、一次性使用等要求，并且決定了標簽電池的使用類型，直接決定標簽壽命，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。一般封裝材質為PVC、ABS，盡量避免用金屬液體等封裝以防止對標簽發(fā)射信號產(chǎn)生嚴重干擾。

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

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

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

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

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

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