第1章 射頻識(shí)別技術(shù)概述


學(xué)習(xí)目標(biāo)
　　1. 掌握自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的種類。
　　2. 了解RFID技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀。
　　3. 掌握RFID技術(shù)的體系及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。


　　
知識(shí)要點(diǎn)
　　自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)體系及產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。


1.1 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)
　　人類社會(huì)步入信息時(shí)代后，人們獲取和處理的信息量在不斷增大。傳統(tǒng)的信息采集是通過人工手段錄入的，不僅工作強(qiáng)度大，而且差錯(cuò)率高。以計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可以對(duì)目標(biāo)對(duì)象自動(dòng)辨認(rèn)，并可以工作在各種環(huán)境下，使人類能夠?qū)Υ罅啃畔⑦M(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的處理。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)可以對(duì)每個(gè)物品進(jìn)行標(biāo)識(shí)和識(shí)別，并可以實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，是構(gòu)建全球物品信息實(shí)時(shí)共享的基礎(chǔ)，是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。
1.1.1 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的概念
　　自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是用機(jī)器來識(shí)別不同物品的眾多技術(shù)的總稱。具體地說，就是使用識(shí)別裝置，通過被識(shí)別物品與識(shí)別裝置之間的接近運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)獲取被識(shí)別物品的相關(guān)信息。
　　自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是一種高度自動(dòng)化的信息(數(shù)據(jù))采集技術(shù)，可對(duì)記錄了字符、影像、條碼、聲音、信號(hào)等信息的載體進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)地獲取被標(biāo)識(shí)物品的相關(guān)信息，并提供給后臺(tái)的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，來完成相關(guān)的后續(xù)處理。
　　以往的信息識(shí)別和管理中，多采用單據(jù)、憑證、傳票為載體，以手工記錄、電話溝通、人工計(jì)算、郵寄或傳真等方法，對(duì)信息進(jìn)行采集、記錄、處理、傳遞和反饋，不僅極易出現(xiàn)差錯(cuò)，也使管理者對(duì)物品在流動(dòng)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)難以統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，不能系統(tǒng)地控制，更無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化和實(shí)時(shí)監(jiān)控，導(dǎo)致效率低下和人力、運(yùn)力、資金、場(chǎng)地的大量浪費(fèi)。
　　近幾十年來，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展，極大地提高了數(shù)據(jù)采集和信息處理的速度，改善了人們的工作和生活環(huán)境，提高了工作效率，并為管理的科學(xué)化和現(xiàn)代化做出了重要貢獻(xiàn)。
　　自動(dòng)識(shí)別技術(shù)可以在制造、物流、防偽和安全等多個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用，可以采用光識(shí)別、電識(shí)別、射頻識(shí)別等多種識(shí)別方式，是集計(jì)算機(jī)、光、電、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的高技術(shù)學(xué)科。
1.1.2 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的分類
　　根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和具體特征，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)可分為條碼識(shí)別技術(shù)、生物識(shí)別技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、磁卡識(shí)別技術(shù)、IC卡識(shí)別技術(shù)、光學(xué)字符識(shí)別技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)等。這里介紹幾種典型的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，分別采用了不同的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。其中，對(duì)條碼使用光識(shí)別技術(shù)、對(duì)磁卡使用磁識(shí)別技術(shù)、對(duì)IC卡使用電識(shí)別技術(shù)、對(duì)射頻標(biāo)簽使用無線識(shí)別技術(shù)。
1．條碼識(shí)別技術(shù)
　　條碼是由一組線條、空白條和數(shù)字符號(hào)組成的，按一定編碼規(guī)則排列的，用以表示一定字符、數(shù)字及符號(hào)的標(biāo)簽信息載體。條碼是利用紅外光或可見光進(jìn)行識(shí)別的。由掃描器發(fā)出的紅外光或可見光照射條碼，條碼中深色的"條痕"吸收光，淺色的"空白"將光反射回掃描器，掃描器將光反射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子脈沖，再由譯碼器將電子脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，最后傳至后臺(tái)，完成對(duì)條碼的識(shí)別。
　　目前，條碼的種類很多，大體上可以分為一維條碼和二維條碼兩種。一維條碼和二維條碼都有許多碼制。條碼中，條、空?qǐng)D案對(duì)數(shù)據(jù)不同的編碼方法，構(gòu)成了不同形式的碼制。不同碼制有各自不同的特點(diǎn)、可以用于一種或若干種應(yīng)用場(chǎng)合。
　　(1) 一維條碼。
　　一維條碼有許多種碼制，包括Code25碼、Code128碼、EAN-13碼、EAN-8碼、ITF25碼、庫(kù)德巴碼、Matrix碼和UPC-A碼等。如圖1-1所示為幾種常用的一維條碼樣圖。
(a) EAN-13碼 (b) EAN-8碼 (c) UPC-A碼
圖1-1 幾種常用的一維條碼樣圖
　　目前最流行的一維條碼是EAN-13條碼。EAN-13條碼由13位數(shù)字組成，其中，前3位數(shù)字為前綴碼，目前國(guó)際物品編碼協(xié)會(huì)分配給我國(guó)并已經(jīng)啟用的前綴碼為690~692。當(dāng)前綴碼為690或691時(shí)，第4~7位數(shù)字為廠商代碼，第8~12位數(shù)字為商品項(xiàng)目代碼，第13位數(shù)字為校驗(yàn)碼；當(dāng)前綴碼為692時(shí)，第4~8位數(shù)字為廠商代碼，第9~12位數(shù)字為商品項(xiàng)目代碼，第13位數(shù)字為校驗(yàn)碼。EAN-13條碼的構(gòu)成如圖1-2所示。


(a) 當(dāng)前綴碼為690時(shí) (b) 當(dāng)前綴碼為692時(shí)
圖1-2 EAN-13條碼的構(gòu)成
　　(2) 二維條碼。
　　二維條碼技術(shù)是在一維條碼無法滿足實(shí)際應(yīng)用需求的前提下產(chǎn)生的。二維條碼在橫向和縱向兩個(gè)方位同時(shí)表達(dá)信息，因此，能在很小的面積內(nèi)表達(dá)大量信息。目前有幾十種二維條碼，常用的碼制有Data Matrix碼、QR Code碼、Maxicode碼、PDF417碼、Code49碼、Code 16K碼和Codeone碼等。如圖1-3所示為幾種常用的二維條碼樣圖。
(a) Data Matrix碼 (b) QR Code碼 (c) Maxicode碼
圖1-3 幾種常用的二維條碼樣圖
　　


2．磁卡識(shí)別技術(shù)
　　磁卡，從本質(zhì)意義上講，與計(jì)算機(jī)用的磁帶或磁盤是一樣的，它可以用來記載字母、字符及數(shù)字信息。磁卡是一種磁介質(zhì)記錄卡片，通過黏合或熱合，與塑料或紙牢固地整合在一起，能防潮、耐磨且有一定的柔韌性，攜帶方便，較為穩(wěn)定可靠。
　　磁卡記錄信息的方法是變化磁極。在磁性變化的地方具有相反的極性(如S-N或N-S)，識(shí)讀器材能夠在磁條內(nèi)探測(cè)到這種磁性變化。使用解碼器，可以將磁性變化轉(zhuǎn)換成字母或數(shù)字的形式，以便由計(jì)算機(jī)來處理。
　　磁卡的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)可讀寫，即具有現(xiàn)場(chǎng)改變數(shù)據(jù)的能力，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得磁卡的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如信用卡、銀行ATM卡、會(huì)員卡、現(xiàn)金卡(如電話磁卡)和機(jī)票等。
　　磁卡的缺點(diǎn)，是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)間長(zhǎng)短受磁性粒子極性耐久性的限制。另外，磁卡存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性一般較低，如果磁卡不小心接觸磁性物質(zhì)，就可能造成數(shù)據(jù)的丟失或混亂。隨著新技術(shù)的發(fā)展，安全性能較差的磁卡有逐步被取代的趨勢(shì)。
　　但是，在現(xiàn)有條件下，社會(huì)上仍然存在大量的磁卡設(shè)備，再加上磁卡技術(shù)比較成熟和具有低成本，所以，短期內(nèi)，該技術(shù)仍然會(huì)在許多領(lǐng)域中繼續(xù)使用。如圖1-4所示為一種銀行磁卡，該銀行磁卡通過背面的磁條可以讀寫數(shù)據(jù)。
(a) 銀行卡正面 (b) 銀行卡背面的磁條
圖1-4 銀行磁卡
3．IC卡識(shí)別技術(shù)
　　IC(Integrated Circuit)卡是一種電子式數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別卡，IC卡分接觸式IC卡和非接觸式IC卡兩種，這里介紹的是接觸式IC卡。
　　接觸式IC卡是集成電路卡，通過卡里的集成電路來存儲(chǔ)信息，它將一個(gè)微電子芯片嵌入到卡基中，做成卡片的形式，通過卡片表面的8個(gè)金屬觸點(diǎn)與讀卡器進(jìn)行物理連接，來完成通信和數(shù)據(jù)交換。IC卡使用了微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，作為一種成熟的高技術(shù)產(chǎn)品，是繼磁卡之后出現(xiàn)的又一種新型的信息工具。
　　IC卡的外形與磁卡相似，區(qū)別在于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的媒體不同。磁卡是通過卡上磁條的磁場(chǎng)變化來存儲(chǔ)信息的，而IC卡是通過嵌入卡中的電擦除式可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息的。IC卡與磁卡相比，具有存儲(chǔ)容量大、安全保密性好、有數(shù)據(jù)處理能力、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
　　依據(jù)是否帶有微處理器，IC卡可分為存儲(chǔ)卡和智能卡兩種。存儲(chǔ)卡僅包含存儲(chǔ)芯片而無微處理器，一般的電話IC卡即屬于此類。將帶有內(nèi)存和微處理器芯片的大規(guī)模集成電路嵌入到塑料基片中，就制成了智能卡，它具有數(shù)據(jù)讀寫和處理功能，因而具有安全性高、可以離線操作等突出優(yōu)點(diǎn)，銀行的IC卡通常是指智能卡。如圖1-5所示為幾種IC卡。
(a) 中國(guó)電信IC卡 (b) 中國(guó)郵政儲(chǔ)蓄銀行IC卡
圖1-5 IC卡
4. 射頻識(shí)別技術(shù)
　　射頻識(shí)別技術(shù)是通過無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。與條碼識(shí)別技術(shù)、磁卡識(shí)別技術(shù)和IC卡識(shí)別技術(shù)等相比，它以特有的無接觸、可同時(shí)識(shí)別多個(gè)物品等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為自動(dòng)識(shí)別領(lǐng)域中最優(yōu)秀和應(yīng)用最廣泛的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。
1.1.3 RFID技術(shù)
　　RFID技術(shù)是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中的一種。RFID以電子標(biāo)簽來標(biāo)識(shí)某個(gè)物體，電子標(biāo)簽包含某個(gè)芯片和天線，芯片用來存儲(chǔ)物體的數(shù)據(jù)，天線用來收發(fā)無線電波。電子標(biāo)簽的天線通過無線電波，將物體的數(shù)據(jù)發(fā)射到附近的RFID讀寫器，RFID讀寫器就會(huì)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理。RFID與傳統(tǒng)的條碼識(shí)別相比，具有很大的優(yōu)勢(shì)。
　　(1) RFID電子標(biāo)簽抗污損能力強(qiáng)。
　　傳統(tǒng)的條碼載體是紙張，它附在物體和外包裝箱上，特別容易受到折損。條碼采用的是光識(shí)別技術(shù)，如果條碼的載體受到污染或者折損，將會(huì)影響信息的正確識(shí)別。而RFID采用電子芯片存儲(chǔ)信息，可以免受外部環(huán)境污損。
　　(2) RFID電子標(biāo)簽安全性高。
　　條碼制作容易，操作簡(jiǎn)單，但同時(shí)也產(chǎn)生了仿造容易、信息保密性差等缺點(diǎn)。RFID采用電子標(biāo)簽存儲(chǔ)信息，數(shù)據(jù)可以通過編碼實(shí)現(xiàn)密碼保護(hù)，內(nèi)容不易被偽造和更改。
　　(3) RFID電子標(biāo)簽容量大。
　　條碼的標(biāo)識(shí)容量有限。而RFID電子標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)容量可以做到比條碼大很多，實(shí)現(xiàn)真正的"一物一碼"，可以滿足信息流量不斷增大和信息處理速度不斷提高的需求。
　　(4) RFID可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽。
　　條碼識(shí)別一次只能有一個(gè)條碼接受掃描，而且要求條碼與讀寫器的距離比較近。射頻識(shí)別采用無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，RFID讀寫器能夠遠(yuǎn)距離同時(shí)識(shí)別多個(gè)RFID標(biāo)簽，并可以識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的標(biāo)簽。
　　(5) RFID是物聯(lián)網(wǎng)的基石。
　　條碼印刷上去就無法更改了。而RFID采用電子芯片存儲(chǔ)信息，可以隨時(shí)記錄物品在任何時(shí)候的任何信息，并可以很方便地新增、更改和刪除信息。RFID通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品透明化、實(shí)時(shí)的管理，實(shí)現(xiàn)真正意義上的"物聯(lián)網(wǎng)"。
1.2 射頻技術(shù)及其特點(diǎn)
　　射頻識(shí)別是無線電頻率識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)的簡(jiǎn)稱，即通過無線電波進(jìn)行識(shí)別。在RFID系統(tǒng)中，識(shí)別信息存放在電子數(shù)據(jù)載體中，電子數(shù)據(jù)裁體稱為應(yīng)答器。應(yīng)答器中存放的識(shí)別信息由閱讀器讀出。在一些應(yīng)用中，閱讀器不僅可以讀出存放的信息，而且可以對(duì)應(yīng)答器寫入數(shù)據(jù)，讀、寫過程是通過相互之間的無線通信來實(shí)現(xiàn)的。
　　射頻識(shí)別具有下述特點(diǎn)。
　　(1) 是通過電磁耦合方式實(shí)現(xiàn)的非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。
　　(2) 需要利用無線電頻率資源，必須遵守使用無線電頻率的眾多規(guī)范。
　　(3) 存放的識(shí)別信息是數(shù)字化的，因此，通過編碼技術(shù)，可以方便地實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用，如身份識(shí)別、商品貨物識(shí)別、動(dòng)物識(shí)別、工業(yè)過程監(jiān)控等。
　　(4) 容易對(duì)多個(gè)應(yīng)答器、多個(gè)閱讀器組合建網(wǎng)，以完成大范圍的系統(tǒng)應(yīng)用，并構(gòu)成完善的信息系統(tǒng)。
　　(5) 涉及計(jì)算機(jī)、無線數(shù)字通信、集成電路、電磁場(chǎng)等眾多學(xué)科，是一個(gè)新興的、融合了多種技術(shù)的領(lǐng)域。
1.2.1 RFID的發(fā)展簡(jiǎn)史
　　在過去的半個(gè)多世紀(jì)中，RFID技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段。
　　1941-1950年，雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了RFID技術(shù)，1948年奠定了RFID技術(shù)的理論基礎(chǔ)。
　　1951-1960年，早期RFID技術(shù)的探索階段，主要處于實(shí)驗(yàn)室研究中。
　　1961-1970年，RFID技術(shù)的理論得到了發(fā)展，開始了一些應(yīng)用嘗試。
　　1971-1980年，RFID技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個(gè)大發(fā)展時(shí)期，各種RFID技術(shù)測(cè)試得到加速，出現(xiàn)了一些最早的RFID技術(shù)應(yīng)用。
　　1981-1990年，RFID技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段，多種應(yīng)用開始出現(xiàn)，但成本成為制約進(jìn)一步發(fā)展的主要問題。國(guó)內(nèi)開始關(guān)注這項(xiàng)技術(shù)。
　　1991-2000年，大規(guī)模生產(chǎn)使得其成本可以被市場(chǎng)接受，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題和技術(shù)支撐體系的建立得到了重視，大量廠商進(jìn)入，RFID產(chǎn)品逐漸走入人們的生活，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)開始跟蹤和研究該技術(shù)。
　　2001-至今，RFID技術(shù)得到了進(jìn)一步豐富和完善，產(chǎn)品種類更加豐富，無源電子標(biāo)簽、半有源電子標(biāo)簽均得到了發(fā)展，電子標(biāo)簽成本也不斷降低，RFID技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，RFID與其他技術(shù)正在日益結(jié)合。
　　縱觀RFID技術(shù)的發(fā)展歷程，我們不難發(fā)現(xiàn)，隨著市場(chǎng)需求的不斷發(fā)展，人們對(duì)RFID技術(shù)的認(rèn)識(shí)水平正在日益提升，RFID技術(shù)已經(jīng)逐漸走入生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域；RFID技術(shù)及產(chǎn)品的不斷開發(fā)，必將帶來其應(yīng)用發(fā)展的新高潮，并引發(fā)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域新的變革。