RFID的原理及应用

RFID无线射频识别这个技术相信很多人都会认为它是门禁系统中的一种应用，其实RFID识别的应用非常广泛。目前RFID技术已经应用于很多领域，人员、运输、零售、医疗、汽车、称重、环卫等不同领域，RFID产品虽小但不得不说它是个"大胃王”。RFID技术及其应用正处于迅速上升的时期，被业界公认为是本世纪最具潜力的技术之一，它的发展和应用推广将是自动识别行业的一场技术革命。

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

1.快速扫描。RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签。

2.体积小型化、形状多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。

3.抗污染能力和耐久性。传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损;RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。

4.可重复使用。现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。

5.穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。

6.数据的记忆容量大。一维条形码的容量是50Bytes，二维条形码最大的容量可储存2至3000字符，RFID最大的容量则有数MegaBytes.随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。

7.安全性。由于RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。

近年来，RFID因其所具备的远距离读取、高储存量等特性而备受瞩目。RFID技术不仅可以大幅提高货物、信息管理的效率，还可以让销售企业和制造企业互联，从而更加准确地接收反馈信息，控制需求信息，优化整个供应链。

RFID是一项易于操控，简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术，识别工作无须人工干预，它既可支持只读工作模式也可支持读写工作模式，且无需接触或瞄准;它可自由工作在各种恶劣环境下：短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境。RFID技术的诸多优势，其灵活的应用特点正为其带来可观的应用市场，此项技术也将与我们的生活有更多更密切的联系。

　RFID是一种非接触的自动识别技术。目前，RFID虽然得到了巨大的发展，但对于远程的RFID还是存在着传输距离、防碰撞算法等一些问题。本文通过对RFID技术原理、特点、应用，让读者更好的了解这个技术。

RFID技术原理、特点及应用

　　远程RFID原理

　　1 )远程RFID的组成

　　在探讨远程RFID的原理之前，我们必须先要研究一下RFID的组成。RFID的系统包括以下3个部分：电子标签(TAG)、读写器(Reader)和计算机及其应用软件。电子标签主要由内置天线和电路芯片组成的，功能是与射频天线之间完成通信;读写器主要由天线、控制单元、射频收发前段和通信接口这四个部分组成的，主要功能是读取或写入电子标签的信息;计算机和应用软件的功能则是通过读写器的通信接口而连接外部计的算机，或者是连接上位机主系统，从而实现数据的交换。

　　2 )远程RFID的工作原理

　　读写器(Reader)与电子标签(TAG)组成了应答器(Transponder)，其工作原理是。Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder用以驱动Transponder电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。

　　远程RFID系统的特点

　　目前无源远距离远程RFID系统有两种工作频段UHF和2.45 GHz。无源超高频系统的读写距离可以长达十米以上，比2.45 GHz系统要远很多，因此已经成为了远程识别系统的主流部分。其优点主要有以下几点：

　　1)实时性：可以实时响应，自动读出ID号，得到其信息;

　　2)防伪性：形成的微波标示是不可伪造、更改和不可复制的;

　　3)联网性：通过计算机的网络对物流进行监控;

　　4)准确性：读出信息的准确率非常高，可以高达99.99%;

　　5)低成本：使用时，只需要数元;

　　6)可靠性：适应恶劣环境条件，如：多尘、潮湿等;

　　7)寿命长：使用时不需要电池，只需无源卡，并且终身免维修;

　　由于远程RFID系统采用的是无线传输模式，无线环境又极其复杂，因此有很多因素都会影响远程RFID系统读写距离，主要有如下几方面：

　　1)影响射频卡读写距离的因素是读写器的RF输出功率、反射的能量和射频卡的功耗、读写器的接收的能量和接收灵敏度;

　　2)影响上述指标的是射频卡天线的有效接收和反射截面积，读写器的接收天线有效面积;

　　3)在视场范围同样的条件下，当频率升高时，无源RFID系统的作用距离就会减小。、

　　RFID技术的应用

　　RFID应用十分广泛，已经在国内的金融支付、身份识别、交通管理、军事与安全、资产管理、防盗与防伪、金融、物流、工业控制等领域的应用中取得了突破性的进展，并在部分领域开始进入规模应用阶段。三胜咨询顾问张祥光表示，随着RFID 技术的进一步成熟和成本的进一步降低，RFID技术开始逐步应用到各行各业中。

　　(1)高速公路收费及智能交通系统

　　高速公路自动收费系统是射频识别技术最成功的应用之一。

　　目前中国的高速公路发展非常快，地区经济发展的先决条件就是有便利的交通条件，而高速公路收费却存在一些问题，一是交通堵塞，在收费站口，许多车辆要停车排队交费，成为交通瓶颈问题;二是少数不法的收费员贪污收取的过路费，使国家蒙受了财政收入损失。

　　REID技术应用在高速公路自动收费上能够充分体现该技术的优势。在车辆高速通过收费站的同时自动完成缴费，解决了交通的瓶颈问题，提高了车行速度，避免了拥堵，提高了收费计算效率，同时可以解决收费员贪污收取的过路费的问题。

　　(2)生产的自动化及过程控制

　　RFID技术因其具有抗恶劣环境能力强、非接触识别等特点，在生产过程控制中有很多应用。通过在大型工厂的自动化流水作业线上使用RFID技术，实现了物料跟踪和生产过程自动控制、监视，提高了生产效率，改进了生产方式，降低了成本：

　　在生产线的自动化及过程控制方面，德国BMW公司为保证汽车在流水线各位置准确地完成装配任务，将RFID系统应用在汽车装配线上。而Motoro 1 a公司则采用了RFID技术的自动识别工序控制系统，满足了半导体生产对环境的特殊要求，同时提高了生产效率。

　　(3)车辆的自动识别以及防盗

　　通过建立采用射频识别技术的自动车号识别系统，能够随时了解车辆的运行情况，不仅实现了车辆的自动跟踪管理，还可以大大减少发生事故的可能性，并且可以通过射频识别技术对车辆的主人进行有效验证，防止车辆偷盗发生，在车辆丢失以后可以有效寻找丢失的车辆。

　　采用射频识别技术可以对道路交通流量进行实时监控、统计、调度，还可以用作车辆闯红灯记录报警，被盗(可疑)车辆报警与跟踪，特殊车辆跟踪，肇事逃逸车辆排查等。据报道，英国计划在汽车上安装射频芯片，行驶超速时将被自动“举报”。

　　(4)电子票证

　　使用电子标签来代替各种“卡”，实现非现金结算，解决了现金交易不方便也不安全以及以往的各种磁卡、IC卡容易损坏等问题。同时电子标签用起来方便、快捷，还可以同时识别几张电子标签，并行收费。

　　射频识别系统，特别是非接触IC卡(电子标签)应用潜力最大的领域之一就是公共交通领域。用电子标签作为电子车票，具有使用方便、可以缩短交易时间、降低运营成本等优势。

　　1996年1月韩国在首尔的600辆公共汽车上安装射频识别系统用于电子月票，实现了非现金结算，方便了市民出行。而德国汉莎航空公司则开始试用射频卡(电子标签)作为飞机票，改变了传统的机票购销方式，简化了机场入关手续。

　　(5)货物跟踪管理及监控

　　射频识别技术为货物的跟踪管理及监控提供了方便、快捷、准确的自动化技术手段。

　　以射频识别技术为核心的集装箱自动识别，成为全球范围内最大的货物跟踪管理应用。将记录有集装箱位置、物品类别、数量等数据的电子标签安装在集装箱上，借助射频识别技术，就可以确定集装箱在货场内的确切位置。系统还可以识别未被允许的集装箱移动，有利于管理和安全。

　　在货物的跟踪、管理及监控方面，澳大利亚和英国的希斯罗机场将射频识别技术应用于旅客行李管理中，大大提高了分拣效率，降低了出错率。在几年前，欧共体就要求从1997年开始生产的新车型必须具有基于射频识别技术的防盗系统。目前我国铁路部门也计划推广行包自动追踪管理系统，但真正应用还要假以时日。

　　(6)仓储、配送等物流环节

　　将射频识别系统用于智能仓库货物管理，可以有效地解决仓库里与货物流动相关的信息的管理，监控货物信息，实时了解库存情况，自动识别货物，确定货物的位置。

　　(7)邮件、邮包的自动分拣系统

　　射频识别技术已经被成功应用到邮政领域的邮包自动分拣系统中，该系统具有非接触、非视线数据传输的特点，所以包裹传送中可以不考虑包裹的方向性问题。另外，当多个目标同时进入识别区域时，可以同时识别，大大提高了货物分拣能力和处理速度。另外，由于电子标签可以记录包裹的所有特征数据，更有利于提高邮包分拣的准确性。

　　(8)动物跟踪和管理

　　射频识别技术可以用于动物跟踪与管理。将用小玻璃封装的电子标签植于动物皮下，可以标识牲畜，监测动物健康状况等重要信息，为牧场的管理现代化提供了可靠的技术手段。在大型养殖场，可以通过采用射频识别技术建立饲养档案、预防接种档案等，达到高效、自动化管理牲畜的目的，同时为食品安全提供保障。

　　在动物的跟踪及管理方面，许多发达国家采用射频识别技术，通过对牲畜个体识别，保证牲畜大规模疾病爆发期间对感染者的有效跟踪及对未感染者进行隔离控制。

　　(9)门禁保安

　　未来的门禁保安系统都可以应用电子标签，一卡可以多用，比如做工作证、出入证、停车证、饭店住宿证甚至旅游护照等。使用电子标签可以有效地识别人员身份，进行安全管理以及高效收费，简化了出入手续，提高了工作效率，并且有效地进行了安全保护。人员出入时该系统会自动识别身份，非法闯入时会有报警。安全级别要求高的地方，还可以结合其他的识别方式，将指纹、掌纹或颜面特征存入电子标签。

　　(10)防伪

　　伪造问题在世界各地都是令人头疼的问题，现在应用的防伪技术如全息防伪等同样会被不法分子伪造。将射频识别技术应用在防伪领域有它自身的技术优势，它具有成本低而又很难伪造的优点。电子标签的成本相对便宜，且芯片的制造需要有昂贵的工厂，使伪造者望而却步。电子标签本身具有内存，可以储存、修改与产品有关的数据，利于进行真伪的鉴别。利用这种技术不用改变现行的数据管理体制，唯一的产品标识号完全可以做到与已用数据库体系兼容。

RFID技术到底还有多大的市场空间

一、我国RFID应用概况及效益

近几年，随着RFID技术的推广应用，中国RFID的市场规模呈现出良好的发展态势。中国的RFID应用主要集中在中低频领域(工作频率小于30MHz)，在身份识别、安全门禁、电子购票、交通等领域得到了一定规模的应用。我国高频RFID(工作频率大于400MHz)应用有很多政府参与的痕迹，整体规模不大，其中最典型的应用案例就是铁道部的车辆调度系统(ATIS)、海关的自动验放系统和高速公路自动收费系统。

在全国铁路调度和统计系统中，已有55万辆车厢、机车安装了无源RFID标签;东北几省的高速公司已经开始尝试使用RFID进行联网收费;上海市质量技术监督局也已应用RFID对全市16万只液化石油气瓶、1万只剧毒化学品容器、10万箱烟花爆竹和4万辆出租车车载 计价器进行电子跟踪。铁道部、香港机场、广州、上海、四川政府、中国重汽卡车公司、杭州卷烟厂和昆明市烟草公司已率先采用RFID技术，并获得了实实在在的效益。

中国高频RFID应用规模较小，主要集中在政府部门的试点项目，但随着标签价格逐渐下降，行业应用环境的逐步完善，预计在2008年前后，物流、供应链管理将会成为RFID的重要发展领域，整个高频RFID市场将得到极大的推动。2010年前后，RFID开始在零售业中应用，中国RFID市场将会迎来爆炸式的增长。随着应用的逐步推广，高频系统在整个RFID市场规模中的比例将会不断扩大。

RFID除了数据快速、准确获得和采集以外，还有如下好处：一是把货物发运的过程和发票处理的过程结合起来，也就是把整个交货和支付或收账的过程自动匹配，给企业节省很多时间和成本;二是可以控制店内存货，可以和厂商协商，货到付款，减少存款积压的资金，降低财务费用;三是发挥其监控的功能，比如在零售业中，可以在确保进行技术检验时会万无一失，企业可以通过RFID监控其所委托的企业是否真的检验过;此外，在恶劣的环境中比如产品摔坏、灰尘多或是集装箱内部，条形码无法使用，而通过RFID技术可以监控资产是否及时返还公司，第三方采集的信息是否准确等等。

铁道部铁路车号自动识别系统(ATIS)是我国最早应用RFID的系统，也是应用RFID范围最广的系统。早在20世纪90年代中期，铁道部在中国铁路车号自动识别系统建设中，就最终确定RFID技术为解决“货车自动抄车号”的最佳方案。采用RFID技术以后，铁路车辆管理系统实现了统计的实时化、自动化，降低了管理成本。据相关报道，自动抄号后，货运物流每年的直接经济效益达到3亿多元。再如，中国重汽卡车公司全面启用的车辆智能电子标签把整车的产、供、销和售后服务贯穿成一体，从而实现整车物流信息化管理。采用这种全新的管理模式，不但能够彻底解决整车生产、库存管理和销售管理等方面存在的一些难题，而且还可以有效的克服售后服务、质量跟踪和索赔等方面存在难以掌握的现象。

二、我国RFID产业链构建情况

RFID整个产业链包括了标准制订、芯片设计与制造、天线设计与制造、芯片封装、读写设备开发与生产、系统集成和数据管理软件平台以及应用系统开发等7个方面。

在标准制定方面，国家标准委已经联合科技部、信息产业部以及上海标准化研究院等十四个部委，共同进行中国RFID标准的研究，并将形成《中国RFID发展技术白皮书》。现在，我国已经完成了对动物应用RFID标准草案的起草。在芯片设计与制造方面，目前已经有上海华虹、上海复旦微电子、上海贝岭等企业涉足，2004年8月，中国已经推出了超高频的芯片;在天线设计与制造方面，中国电子科技集团第五十研究所等专业院所正在专门对不同频段的天线进行研究;在读写设备方面，上海华申智能、深圳远望谷都在进行研发，已经开发出了900兆RFID超高频的读写器;在系统集成和数据管理软件平台方面，上海交通大学和AUTO-ID中国实验室已和SAP合作，正在进行电子标签中间件的开发;在应用系统开发方面，上海海鼎对RFID在商业流通领域的应用进行开发，上海通用卫星导航有限公司正在尝试将RFID运用于航空物流管理，上海国际港务正在进行RFID在集装箱管理中的应用测试。另外，北京维深电子、江苏瑞福和江苏盛科也参与其中。在RFID测试技术方面，科技部正在联合建设国家的电子标签测试，提供最新的RFID技术测试和应用测试，为行业应用提供示范和服务。

国家信息安全高于一切，在RFID标准的制定过程中，应牢牢把握这个核心。RFID标准中涉及国家安全的核心问题是编码规则、传输协议、中央数据库等，我国必须警惕信息侵略，国家必须掌握电子标签领域发展的主动权。RFID的使用离不开中央数据库，谁掌握了产品信息的中央数据库和电子标签的注册登记和密码发放权，谁就获得了全部产品、产品身份、产品结构、物流及市场信息的拥有权。没有自主知识产权的RFID编码标准、芯片和核心技术，就不可能有真正的信息安全。以采用EPCglobal为例，EPC系统的中央数据库在美国，且美国国防部是EPCglobal的强力支持者，如果我国使用EPCglobal的编码体系必然使我们物资有关信息被美国所掌控，这显然会对我国国民经济运行、信息安全甚至国防安全造成重大隐患。

我国已经规划的RFID的频段有50kHz-190kHz，高频波段是13.56MHz加减7kHz，还有是432MHz-434.79MHz，这些开放频段的所有指标都是参照我们国家微功率(短距离)无线电设备技术要求进行的。我国规划的另外一个频段就是900MHz、910MHz、910.1MHz这三个频点，已广泛应用于列车车辆识别，在这方面的使用非常成功。但是这些频点是2005年之前授权铁道部临时使用，到现在为止使用期已经到期，所以对新设备国家不再审批，也就不再重新核准。原因在于我们在使用的过程当中已经出现了对现有无线电业务的干扰。所以，国家正在考虑对这一段的频率规划做进一步技术上的考虑，不然对我国的公共移动通信的干扰的影响面是非常大的，这方面的频率规划我们也在做。但是，做完以后也是专门应用于列车车辆的识别，不会应用到其他场所。另外一个频段就是5.725GHz-5.850GHz，应用于不停车收费管理。也是我们国家专门规划的RFID频率。

目前进入RFID产业链的企业，有很多是原来从事条码行业的企业。这些企业无疑将会把在条码行业的成功经验移植进RFID电子标签领域。专家认为，虽然RFID发展前景很好，但RFID并不能完全取代传统条码技术。在相当一段时间内，RFID电子标签将和商品条码技术同时存在。

三、RFID在我国的应用案例

1. 铁路车号自动识别系统

铁路车号自动识别系统(ATIS)是我国最早应用RFID的系统，也是应用RFID范围最广的系统。深圳远望谷为铁道部开发的“ATIS”(铁路车号自动识别系统)，可实时、准确无误地采集机车、车辆运行状态数据，如机车车次、车号、状态、位置、去向和到发时间等信息，实时追踪机车车辆。目前，深圳远望谷的铁路车号自动识别系统已遍及全国18个铁路局、7万多公里铁路线，包括拥有自备铁路线和自备车辆的大企业，也广泛使用车号自动识别系统进行车辆运输和调度管理。

车号自动识别系统能为机务折返段内部的运输调度管理和部门的管理自动提供连贯性的基础数据信息。因此，结合机务折返段的具体管理需求，在车号自动识别系统的基础上，可开发出各种应用功能，进行科学的数据统计、数据查询和数据分析，使该系统的应用效果得到充分的发挥，使得折返段的运输活动逐步走向协调统一，减少各种与折返段运输相关的辅助时间，从而提高机务折返段的管理效率，节约生产与运输成本。

XC型车号自动识别系统采用了微波射频技术、计算机技术和网络技术，能够将采集到的车号数据进行处理后通过计算机网络传送到运输管理信息中心。铁路车号自动识别系统由车载设备、地面设备、网络传输设备和数据处理系统(铁道部中央数据库、数据处理软件等)四部分组成。其中，ATIS的车载设备由机机车电子标签、机车标签编程器、车辆标签组成。

ATIS可以为铁路运输带来的直接效益主要体现在三个方面：首先是准确的货车占用费清算，避免了货车占用费的流失，每年可为铁道部增收近3亿元;第二，配合“5T”系统，根据车次、车号、车辆的端位对运行车辆进行故障准确预报和跟踪。举例来说，单THDS(红外线轴温探测系统)一项，原来没有车次、车号信息，每年误扣、甩车数量高达1万辆(即1万列)以上，因此而打乱行车秩序造成的经济效益无法估量。第三，系统信息为列车实时追踪和电子确保系统提供了实时、准确的基础数据，有利于铁路现场管理和车辆调度，提高了铁路运输效率。

过去，车号的抄录和汇总全靠口念、笔记、手抄的人工方式进行，错漏多、效率低，劳动强度大，由于漏抄车号造成了铁道部货车占用费的大量流失。此外，路用货车数量庞大，车辆分散于全国各地，铁道部每年都需要抽调大量人力、物力进行清查、盘点，耗时费力。

2.海关车辆自动核放系统

海关是境内与境外日益连接的桥梁和纽带，为国家肩负着安全和防走私稽查的重任，海关闸口车辆日通行量大，容易造成闸口瞬间堵塞，为关口的管理带来了不必要的麻烦。远望谷公司推出的海关车辆自动核放系统利用射频识别技术对通行车辆进行自动识别，能有效地提高闸口通行效率并对各种过关车辆进行追踪管理。系统包括汽车电子标识读写系统、图像工作站、监控计算机、车道控制设备。当车辆或集装箱车进入通道， 被入口感应圈检测到时，将激活读写器，读写器在7-10米的距离和0.5 秒内读取汽车挡风玻璃上的电子标签，对车辆的合法身份进行有效性检验。车外读写设备一般与车辆信息管理系统连网工作， 可通过车辆信息管理系统实时地交换信息。必要时可发出指令，禁止该车通行。车外读写设备也可以不联网脱机工作，读取车辆电子标签信息，并利用存在机内的黑名单进行对比，采取必要的措施。当离开监测区，出口感应圈检测到车辆时， 清除电子车辆显示器(选件)上的内容，关闭自动栏杆(选件)，将出入车辆数据提交到信息管理系统。

四、RFID应用中存在的问题

政府、企业在采用RFID技术的同时也存在一定不足和隐忧。如铁道部车号自动识别系统目前还是封闭的，无法和其它系统相连接。如果系统开放，将有利于推动整个物流行业的信息化和标准化，有利于RFID技术得到更有效地应用，有利于物流与信息的有效整合。

由于工作在低频和受张贴物的材质的限制，在遇到一些磨损、水封或者磁化等干扰问题时，识别效果很容易受到影响，甚至当批量的产品同时经过API识别装置时，也很有可能出现丢读、错读的情况。广州、上海、四川虽然给生猪及猪肉刻上了电子标签，但对于市民来讲，价格和电子标签阅读的方面都存在一定问题。

香港机场管理局也由于成本过高和读取率较低，导致RFID计划并未获得航空公司的普遍支持，测试成功尚需时日，正式运营更是遥遥无期。香港机场管理局对RFID技术有着巨大的业务需求：随着香港国际机场的客运量不断增加，正在使用中的行李输送系统，其负荷量已接近饱和。要确保机场最终处理能力每年达到8700万人次(即每天24万人次)的目标，有必要采取RFID技术代替。香港机场管理局RFID计划原打算在2005年初推出。但由于未得到航空公司的普遍支持而“搁浅”。香港机场管理局认为，造成这一结果的原因一方面在于现阶段使用的卷标成本太贵，香港机场管理局现时在处理行李运送的条形码卷标，每个售价仅为15至25美分，但使用RFID的成本较前者高数倍以上，所以很难说服航空公司合作采用RFID技术。另一方面在于香港机场管理局正在测试中的系统，卷标成功读取率只有85%，效果并不理想。这在一定程度上阻碍了航空公司与之合作的积极性，香港机场管理局相关负责人表示，只有读取率达到百分之九十七以上方能为航空公司接受。

这些问题是RFID在推广过程中不得不面对的问题，连世界上最大的零售商美国沃尔玛集团也并没有很好的调和这种矛盾，最终导致RFID应用计划放缓，而国内的零售大腕物美集团对RFID技术也是喊得多做得少，没有真正应用起来。