「阿库课堂」第一期 · RFID基础知识之原理篇1

阿库得知，迪卡侬、优衣库、Zara等零售巨头都用上了RFID技术，据说能有效提高商品盘点及结算效率；以往需要人工几分钟才能完成的工作，现在只需要几十秒便可完成。这种技术的原理到底是什么？本期小课堂将带你揭开RFID的“神秘面纱”。

迪卡侬RFID快速自助结算台（图源自RFID世界网）

服装标牌的RFID标签（图源自RFID世界网）

广州大学图书馆RFID自助借还设备（图源自网络）

【RFID是何方神圣？】

射频识别就是无线电频率识别(Radio Frequency ldentification，RFID）的简称。

我们通常在服装标牌上看到的就是由天线和芯片组成的RFID标签，就像每个人独一无二的身份证，存放着物品自身的识别信息；想要读取物品的“身份信息”，就需要阅读器的配合。标签和阅读器之间通过无线电波“互通心意”，既可读取RFID标签上现存的内容，也可以将新的信息写入标签中。

一般来说，一个完整的RFID系统，必须同时存在RFID标签、RFID阅读器及应用软件。

【RFID系统的交流方式】

聊微信，有的人喜欢打字，有的人喜欢发语音。RFID标签和阅读器的交流方式也有两种：分别是电感耦合和反向散射耦合。

电感耦合的标签采用无源防水传输，需要从阅读器身上获得能量（电源）。依据电磁感应定律，通过空间高频交变磁场实现耦合。电感耦合方式一般适合于高、低频工作的近距离RFID系统。

反向散射耦合则是依据电磁波的空间传播规律，发射出去的电磁波碰到目标后发生反射，从而携带回相应的目标信息。电磁反向散射耦合方式一般适合于超高频、微波工作的远距离RFID系统。

【RFID系统的部门分工】

根据工作频率不同，RFID系统又分成了一下几个“部门”，它们“职能”不同，分管的“领域”也有所差异。

(1) 低频(LF，频率范围为30~300 kHz)：工作频率低于135 kHz，最常用的是125 kHz和134.2kHz。

(2) 高频（HF，频率范围为3~30 MHz)：工作频率为13.56 MHz士7 kHz。

(3) 超高频(UHF，频率范围为300 MHz~3 GHz)：工作频率为433 MHz，866~960 MHz.和2.45 GHz。

(4) 特高频(SHF，频率范围为3~30 GHz):工作频率为5.8 GHz和24 GHz，但目前24 GHz基本没有采用。

其中，后3个频段为ISM (Industrial Scientific Medical）频段。ISM频段是为，工业、科学和医疗应用而保留的频率范围，不同的国家可能会有不同的规定。UHF 和 SHF 都在微波频率范围内，微波频率范围为300 MHz~300 GHz。

【RFID系统的老大——应用软件（Application）】

应用软件作为RFID系统里的“头号老大”，主要负责对阅读器的控制、设置及对读取标签信息的管理应用。

既然是“老大”，自然不会轻易“出手”。

像公交车阅读器可以独立实现对票卡验读及收费的小case，并不值得应用软件出手；当需要对多阅读器构成网络架构的信息系统，这位“老大”可以针对RFID具体应用，将多个阅读器获取的数据进行有效整合，从而实现查询、历史档案等相关管理和服务。更进一步，通过对数据的加工、分析和挖掘，应用软件可以为正确决策提供依据，这就是所谓的信息管理系统和决策系统。

应用软件要“日理万机”，没两个得力助手怎么行？这就不得不介绍一下RFID中间件了。

【应用软件的得力助手——RFID中间件】

RFID中间件将信息由一个程序传达到另一个程序或多个程序，是位于应用系统与RFID系统之间的数据信息的传递。根据应用程序和架构的不同，RFID中间件的工作方向可以分为两个大类：

1、以应用程序为中心。此种方法设计由RFID硬件厂商提供API，以增减的方式直接编写特定的RFID设备读取数据的Adapter，并传送给后端系统的应用程序或数据库，达到与后端系统串接的目的。

2、以架构为中心。企业使用众多应用系统或复杂度过高，企业无法做到增减的方式为每个应用程序编写Adapter，同时可能对面临其他标准的问题。企业需要考虑与能提供标准的中间件厂商合作或采用硬件厂商所提供标准规格的RFID中间件。

RFID中间件示例图（图源自网络）

【RFID系统的颜值担当——RFID阅读器（RFID Reader）】

RFID阅读器作为读取、写入标签信息的工具，也常被成为读写器；因其具有相当于基站的功能，也有些人称其为基站。

从外形上来看，阅读器们“高矮胖瘦 ”各不相同；在实际应用中，一般分为移动式和固定式读写器。

几种典型的阅读器实物图

作为RFID系统的门面担当，阅读器拥有的何止是颜值？！

虽然因频率范围、通信协议和数据传输方法的不同，各种阅读器在一些方面会有很大的差异，但阅读器通常都应具有下述功能:

(1）以射频方式向RFID标签传输能量；

(2）从RFID标签中读出数据或向其写入数据；

(3）完成对读取数据的信息处理并实现应用软件交互操作。

【RFID系统的力量支柱——RFID标签（RFID Tag）】

RFID系统中“成员”数量最多的莫过于RFID标签了，俗称电子标签或智能标签，它通常由耦合元件及芯片组成，每个RFID标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。

RFID标签组成示意图（图源自网络）

在RFID标签成员共有三位，分别是无源标签、半无源标签以及有源标签，三者最大的区别在于能量来源不同。

无源标签：无源标签是没有感情的没有电池的标签类型。在阅读器的阅读范围之外，标签处于无源状态，在阅读器的阅读范围之内，标签从阅读器发出的射频能量中提取工作所需的电能。采用电感耦合方式的标签多为无源标签。

无源标签（图源自网络）

半无源标签：半无源标签内装有电池，但电池仅起辅助作用，它对维持数据的电路供电或对标签芯片工作所需的电压作辅助支持。标签电路本身耗能很少，平时处于休眠状态。当标签进入阅读器的阅读范围时，受阅读器发出的射频能量的激励而进入工作状态，它与无源标签一样，用于传输通信的射频能量源自阅读器。

半无源标签（图源自恩赛福官网）

有源标签：有源标签的工作电源完全由内部电池供给，同时内部电池能量也部分地转换为标签与阅读器通信所需的射频能量。

有源标签（图源自网络）