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1、图!#$%系统基本原理框图数据管理接口模块控制模块读写模块天线天线控制模块存储器收发模块阅 读 器电 子 标 签无线射 频 识 别 技 术!&()#*+,-+./0$+.1(2(/&1().345#$%#或称射频 识别技 术 是 从二十 世纪67年代 兴起的一项非接触式自动识别技术$它是利用射频方式进行非接触双向通信以达到自动识别目标对象并获取相关数据具有精度高%适应环境能力强%抗干 扰强%操作快捷等许多优点$目前常用的自动识别技术中 条码和磁卡的成本较低 但是 都容易 磨损 且数据 量很 小&接 触式$8卡 的 价格 稍 高 些 数 据 存 储 量 较 大 安 全 性 好 但 是 也 容 易
2、 磨损 寿命短&而射频卡实现了免接触操作应 用便利 无机械磨损寿命长无需可见光源穿透性 好抗 污染 能力和耐久性强而且可以在恶劣环境下工作对环境要求低读取距离远无需与目标接触就可以得到数据支持写入数据无需重新制作新的标签可重复使用并且使用了防冲撞技术能够识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡$近 年 来 无 线 射 频 识 别 技 术 在 国 内 外 发 展 很 快 9$:产品种类很多像;$%(?(A%(等世界著名厂家都生产9$:产品并且各有特点自成系列$9$:已被广泛应用于工业自动化%商业自动化%交通运输控制管理等众多领域例如汽车或火车等的交通监控系统%高速公路自动收费系统%物品管理%流水线
3、生产 自 动 化%门 禁 系 统%金 融 交 易%仓 储 管 理%畜 牧 管 理%车辆防盗等$随着成本的下降和标准化的实施9$:技术的全面推广和普遍应用将是不可逆转的趋势$!无线射频识别技术!#$%&系统的组成及其工作原理9$:系统因应用不同其组成会有所不同但基本都由 电 子 标 签!;&B%阅 读 器!+&+*和 数 据 交 换 与 管 理系 统!=*)/+AA)*三 大 部 分3C5组 成$电 子 标 签!或 称 射 频卡%应答器等由耦合元件及芯片组 成 其 中包含 带加密 逻 辑%串 行DD=E!电 可 擦 除 及 可 编 程 式 只 读 存 储器%微处理器F=G以及射频收发及相关电 路
4、$电 子标签具有智能读写和加密通信的功能它是通过无线电波与读写设备进行数据交换工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供$阅读器有时也被称为查询器%读写器或读出装置主要由无线收发模块%天线%控制模块及接口电路等组成$阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签再 把从 主机发 往电 子标 签的数 据加 密 将电 子标签返回的数据解密后送到主机$数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理%对卡进行读写控制等$9$:系统的 工作 原理如 下(阅 读器 将 要 发 送 的 信号 经 编码 后加 载在某 一频 率 的 载 波 信 号 上 经 天 线 向外 发送 进 入阅 读器 工作区 域 的 电 子 标 签
5、 接 收 此 脉 冲信 号 卡 内 芯 片 中 的 有 关 电 路 对 此 信 号 进 行 调 制%解码%解密然后对命令请求%密码%权 限等进 行判 断$若为读命 令控 制逻辑 电路 则从 存储器 中读 取有 关信息 经 加 密%编 码%调 制 后 通 过 卡 内 天 线 再 发 送 给 阅 读 器 阅读器 对接 收到的 信号 进行 解调%解 码%解 密后送 至中央信 息系统 进行 有关数 据处 理&若 为 修 改 信 息 的 写 命令有 关控 制逻辑 引起 的内 部电荷 泵提 升工作 电压 提供 擦写DD=E中 的内 容 进 行 改 写 若 经 判 断 其 对 应的密码和权限不符 则返回出错
6、信息$9$:基本原理框图如图H所示$在9$:系统中 阅读器必须在可阅读的距离范围内产生一个合适的能量场以激励电子标签$在当前有关的射频约束下欧洲的大部分地区各向同性有效辐射功率限制在I77JK这样的辐射功率在LM7NO可近似达无线射频识别技术及其应用和发展趋势蒋皓石!张 成!林嘉宇!国防科学技术大学 电子科学与工程学院 湖南 长沙P!Q7RS#摘要!无线射频识别技术9$%#作为一种新兴的自动识别技术!近年来在国内外已经得到了迅速发展$本文简述了目前9$%技术的优势和发展状况!详细介绍了9$%系统的组成及其工作原理!9$%技术的分类!相关技术标准!并且列出了四种典型产品!最后讨论了9$%技术应用
7、和发展趋势$关键词!9$%电子标签阅读器典型产品专 家 论 谈H位序号信息说明!动物应用于非动物应用#应答器是否用于动物识别$!%保留未来应用!&后面有数据库!没有数据识别代码是否有数据!(!$&国家代码说明使用国家!)表明是测试应答器$(!&*国内定义唯一的国内专有的登记号表!+,-!(.*和+,-!(.%标准代码结构到/(米 美国#加拿大以及其他一些国家!无需授权的辐射约束为各向同性辐射功率为*0!这样的功率将达到$米的阅读距 离!在 获得授 权的 情况 下!在美 国发 射10的功率将使阅读区增大到%/%米左右!#$%&技术的分类23+4技术的分类方法516常见的有下面四种$根 据 电 子
8、 标 签 工 作 频 率 的 不 同 通 常 可 分 为 低 频71#89:!1#89:;#中频719:!19:;和高频系统719:!1=9:;23+4系 统 的 常 见 的 工 作 频 率 有 低 频!$%89:#!1*/$89:!中频!1/%&9:!高频.&9:!)19:#$/*%=9:#%/.=9:等 低频系统特点是电子标签内保存的数据量较少!阅读距离较短!电子标签外形多样!阅读天线方向性不强等主要用于短距离#低成本的应用中!如多数的门禁控制#校园卡#煤气表#水表等%中频系 统则 用于需 传送大量数据的应用系统%高频系统的的特点是电子标签及阅读器成本均 较高!标签内 保存 的数 据量较
9、大!阅 读距离较远&可达十几米!适应物 体高速 运动!性能好阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性!但其天线 波束方 向较 窄且 价格较 高!主 要用于需要较长的读写距离和高读写速度的场合!多在火车监控#高速公路收费等系统中应用根 据 电 子 标 签 的 不 同 可 分 为 可 读 写 卡&20#一 次 写 入 多 次 读 出 卡&0-2和 只 读 卡&2-20卡一般比0-2卡和2-卡贵得多!如电话卡#信用卡等%0-2!#年!且价 格较高%无源电子标签不含电池!它接收到阅读器&读出装置发出的微波 信号 后!利用 阅读 器发射 的电 磁波 提供能 量!一 般 可 做 到 免 维 护#重 量 轻#
10、体 积 小#寿 命 长#较便宜!但它的发射距离受限制!一般是几十厘米!且需要阅读器的发射功率大根 据 电 子 标 签 调 制 方 式 的 不 同 还 可 分 为 主 动 式&?ABCD AEF和被动式&GEHHBCD AEF 主动式 的电 子标签用自身的射频能量主动地发送数据给读写器!主要用于有障碍物的应用中!距离较远&可达1米%被动式的电子标签!使用调制 散射 方式发 射数 据!它 必须利 用阅 读器读写器的载波调制自己的信号!适宜在门禁或交通的应用中使用!($%&技术标准目前常 用的23+4国际标 准5*6主 要有 用 于 对 动 物 识别 的+,-!(.*和+,-!(.%!用 于 非 接
11、 触 智 能 卡 的+,-!%1&IJKHD KLMJDN EONH#+,-!%&)1&PBBQBAR EONH#+,-!*1&GOKSBTBAR EONH!用于集装箱识别的+,-!1(*等 目前国际上制定23+4标准的组织比较著名的有三个$+,-!以美国为首的UGI FJKVEJ以及日本的WVBXLBAKLH+4 IDQADO!而这三个组织对23+4技术应用规范都有各自的目标与发展规划 下面对常见的几个标准加以简介+,-!(.*和+,-!(.%技术标准$+,-!(.*和+,-!(.%分 别 规 定 了 动 物 识 别 的 代码结构和技术准则!标准中没有对应答器样式尺寸加以规 定!因此 可以
12、设计成 适合 于所 涉 及 的 动 物 的 各 种 形式!如玻璃管状#耳标或项圈等 代码结构为&*位!如表!所示!其中的$(至&*位可由各个国家自行定义 技术准则规定了应答器的数据传输方法和阅读器规范 工作频率为!1*/$89:!数据传输方式有全双工和半双工两种!阅读 器数 据以差 分双 相 代 码 表 示!应 答 器 采 用3,Y调制!Z2编码 由于存在较长的应答器充电时间和工作频率的限制!通信速率较低+,-!%1&#+,-!%&)1和+,-!*1技术标准$+,-!%1&标准发展于!)$到!)%年间!由于这种卡的成本高!与接触式+I卡相比优点很少!因此这种卡从 未 在 市 场 上 销 售+,
13、-!*1和+,-!%&)1标 准 在!)%年开始操作!其完成则是在$年之后!二者皆以!1/%&9:交变信号为载波频率+,-!%&)1读写距离较远!而+,-!*1读写距离稍近!但应用较广泛 目前的第二代电子身份证采用的标准是+,-!*1 GU 协议+,-!*1定义了GU?#GU 两种类型协议!通信速率为!#&8VBA_H!它们的不同主要在于载波的调制深度及位的编码方式GU?采用开关键控&-Q-aa8DRBQF的EQbDHADO编码!GU 采用Z2c的G,Y编码GU 与GU?相比!具有传输能量不中断#速率更高#抗干扰能力更强的优点23+4的核心是防冲撞技术!这也是和接触式+I卡的主要区别+,-!*
14、11规定了GU?和GU 的防冲撞 机制 二者 防冲撞 机 制 的 原 理 不 同!前 者 是 基 于 位 冲 撞 检 测 协 议!而GU 通过系列命令序列完成防冲撞+,-!%&)1采用轮寻机制#分时查询的方式完成防冲撞机制 防冲撞机制使 得同时 处于 读写区 内的 多张 卡 的 正 确 操 作 成 为 可能!既方便了操作!也提高了操作的速度+,-!.技术标准$+,-!.是一系 列标 准!此标 准是 目前 较新的 标准!原因是 它可 用于 商品的 供应 链!其中 的部 分标 准也正在形成之中+,-!.&基本上是整合了一些现有专 家 论 谈$注!#$%规定了%&()参数但已被否决 不会成为国际标准
15、标准号内容应用领域!#$!一般参数定义!#$*!+%,()以下空气接口参数适合短距离纸类标签-如门禁卡!#$+!+&%./()空气接口参数适合中距离使用-如货架!#$0空气接口参数适合较长距离使用!#$.#/($1+#/()空气接口参数适合较长距离!#$20+&1*/()空气接口参数只是作为一种选择-易被其他通信器材干扰表*345!#标准代码结构表+四种典型的6738产品比较!/9:;卡?=9A=%!3卡B/0!#*38卡?:C$9D(7$3标签卡所在公司荷兰EF9G9HI公司德国?=9A公司瑞士B/公司美国?3公司芯 片EF9G9HI/9;:=!4%#?=9AJKD=GL=%!4M:DAF
16、NOH?:C$9D(7$3B0!#*P:;=&KX4&EB?&ES&KX4&EB?ES和KX4EB?和KX4EB?&#&!+铜线常用于巡更&考勤&门禁主要应用在感应式智能多用于身份识别&考勤常用于会议人员识别&物流管理&典型应用系统&企业一卡通&公交门锁&企业一卡通系统&系统&门禁系统&财物安全门锁系统&航空包裹管理&储值卡&高速公路收费&门禁系统&通道系统标识等系统 瓦斯钢瓶管理#名烟名酒防伪#停车场#小区管理等系统(等系统中(公交快速付费&体育运动计时&各类门票管理&动物标签等系统(性 能名 称6738厂 商 的 产 品 规 格 和BKY$Z所 提 出 的 标 签 架 构要求而订出的规范(
17、345!#只规定了空气接口协议对数据内容和数据结构无限制 因此可用于BE(345!#标准代码结构如表*所示(!#$%的典型产品介绍通常6738的产品按其使用功能可以分为身份识别38卡&消费3卡&物流标记卡&远距离识别卡 等(目 前各家厂商的6738产品在功能上各有侧重!瑞士B/公司的38卡主要用于身份识别 荷兰EF9G9HI公司的/9;:=5=卡主要用于消费美国?3公司的标签卡主要用于物流 瑞典?:C/:ID=公司的远距离卡主要用于停车人员物资远距离识别等(表+为EF9G9HI公司的/9;:卡&?=9A公司的?=9A=%!3卡&B/公司B0!#*38卡&?3公 司 的?:C$9D(7$!标 签
18、 卡 四 种 典 型 的6738产品.2的比较(&应用和发展趋势当 前6738应 用 和 发 展 面 临 着 几 个 关 键 问 题 是 标准&成本&技术和安全(&(标准目前行业标准以及相关产品标准还不统一电子标专 家 论 谈+签迄今为止全球也还没有正式形成一个统一的!包括各个频段国际标准#标准!特别是关于数据格式定义的标准的不统一是制约!#$发展的重要因素$而数据格式的标准问题又涉及到各个国家自身的利益和安全#标准的 不 统 一 也 使 当 前 各 个 厂 家 推 出 的!%$产 品 互 不 兼容$这势必阻碍了未来!%$产品的 互通 和发 展$因此$如何使这些标准相互兼容$让一个!%$产品能
19、顺利地在世界范围中流通是当前重要而紧迫的问题#目前$很多国家都正在抓紧时间制定各自的标准$我国电子标签技术还正处在研发阶段#!#成本目 前 美 国 一 个 电 子 标 签 最 低 的 价 格 是&美 分 左右$这样 的价 格是无 法应 用于某 些价 值较 低 的 单 件 商品$只有电子标签的单价下降到(美分以下$才可能大规模应用于整箱整包的商品#随着技术的不断提升和在各大行业的日益推广$!)%$的各个组成部分$包括电子标签%阅读器和天线等$制造成本都有望大幅度降低#!技术虽 然 在!)%$电 子 标 签 的 单 项 技 术 上 已 经 趋 于 成熟$但总体上产品技术 还不 够成熟$还存 在较
20、高的差 错率!)%$被误读 的 比 率 有 时 高 达&*$在 集 成 应 用 中也还需要攻克大量的技术难题#!$安全当前广泛使用的无源!)%$系统还没有非常可靠的安全机制$无法对数据进行很好的保密$!)%$数据还容易受到攻击$主要是因为!)%$芯片本身$以及芯片在读或者写数据的过程中都很容易被黑客所利用#此外$还有识别率的的问题$由于液体和金属制品等对无线电信号 的 干 扰 很 大$!)%$标 签 的 准 确 识 别 率 目 前 还 只 有+*左右$离大规模实际应用所要求的成熟程度也还有一定差距#从 总 体 上 而 言$!%$技 术 已 经 逐 步 发 展 成 为 一 个独立的跨学科的专业领
21、域$它将大量来自完全不同专业领域的技术综合到一起&如高频技术%电磁兼容性%半导体技术%数据保护和密码学%电信%制造技术和许多专业领域#!%$技术所能应用和发挥效应的主要方面包括节省人工成本$提高作业精确性$加快处理速度$有效跟踪物流动态等$目前!%$技术已被广泛应用于工业自动化%商业自动化%交通运输控制管理等众多领域#&,年-月初$美国./!01234522(杂志完成的一项技术状况调查报告$评出了&667年)七大热门科技走向*$其中把射频识别技术!%$作为&667年科技业的突破性技术#美 国 沃 尔 玛 及 美 国 国 防 部 等 正 在 推 进 全 面 导 入!%$的计划$许多高科技公司也正
22、在开发!%$专用的软件和硬件$这些公司包括英特尔$微软$甲骨文和89:等#/0#估计$到&66+年$!)#$电子标签%阅读器和相关软件与服务的销售额可望增至;6亿美元$!)%$技术市场在未来五年内将有数万亿美元的市场空间#参考文献(!?.A8A/4=B5CB35D=E FGH2GII5C5J CJ3=EC5K154GL3J54I3E3GI3=4 2L2I5M N!)%$OAP3GC=DB5 Q=4E5C54G5R(SSS/23TUG3E3GR.=V1M5W;R(SSSR TX5N2OWY,Z!Y,S B=VA;A&PD3445L$AP3GC=DB5 IX 3J54I3E3GI3=4 2L2I5M2A!Q/!5BR-S+;,R7+S!Z-;张益强$郑 铭$张其善A远距离射频识别系统及其应用前景A中国数据通信$&,年第&期,赵昼辰$何伟$张晓华A!)%$前端技术标准体系简述A计算机世界报$第,&期7沈宇超$沈树群A射频识别技术及其发展现状A电子技术应用$-SSS年第-期Z IIWDDDAM4X=AG=MAG4Y IIWDDDA7-JIAG=M!收稿日期&7U-U&专 家 论 谈,