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RFID无线技术介绍

来源:百家号：物联网电子世界

RFID 即 Radio Frequency Identification，也就是我们常说的射频识别技术，也叫电子标签技术。其原理是利用电磁场自动识别和跟踪附着在物体上的标签。标签包含电子存储的信息。RFID分为分为有源标签和无源标签，无源标签没有电池，它从附近的RFID阅读器的无线电波中收集能量来给自己供电并且发送信息。有源标签有一个本地电源(如电池)，可以被RFID阅读器在百米内识别。与条形码不同的是，标签不需要在阅读器的视线范围内，因此它可能嵌入到被跟踪的对象中。RFID是一种自动识别和数据捕获(AIDC)的方法。
RFID标签在许多行业都有应用。例如，在汽车生产过程中附加的RFID标签可以用来跟踪其在装配线上的进度，带有RFID标签的药品可以通过仓库进行跟踪，在家畜和宠物身上植入RFID微芯片可以对动物进行主动识别。
RFID的分类
RFID根据工作频率可以分为低频卡，高频卡，超高频卡，微波，NFC卡。低频卡的频率一般是125KHz-134KHz，高频卡和NFC卡频率是13.56M，超高频卡一般是433Mhz和915Mhz，微波是2.4GHz、5.8Ghz或更高。低频卡和高频卡,NFC卡一般是无源的，UHF和微波的卡大部分是有源的。频率越高，传输速度越快，所以低频卡只能传递很有限的信息，而高频卡可以传递大量的信息。
RFID系统的组成
RFID系统一般由电子标签，读卡器，计算机三部分组成。
电子标签：
无源电子标签里面含有芯片和天线，天线接收射频的无线电信息，并感应出一定的电动势，给芯片供电，无源电子标签由于没有电池，传输距离比较近，只有几厘米到十几厘米，由于无源电子标签没有电池，只有一个芯片和天线，可以做成非常小巧和超薄形状。有源电子标签里面有电池，就相当于一个无线电发射器，所以传输距离比无源卡要远很多，可以长达几百米，但由于含有电池，所以体积不容易做的很小和薄，并且寿命有限，成本较高。
读卡器：
读卡器是利用射频技术读写电子标签的设备，对于无缘标签来说需要产生一定的电磁场来感应无源标签的天线，对有源标签则需要一个接收天线，读卡器读取电子标签的数据，把它转换成一定的格式，并传递给计算机。
RFID的工作原理
RFID 的基本工作原理大致是这样的，下面是无源标签的工作过程。
1. RF标签接收来自读写器的无线电波。
2.由于电磁感应，电磁感应的电电动势在RF标签中产生。
3. IC芯片由电动势激活，并且IC芯片的信息被编码。
4.从RF标签的天线发送信号。
5.读写器天线接收信号。
6.读写器对信号进行解码（解码）并将数据传输到外部。
电磁感应
有源标签的工作原理和无源标签的主要不同点在不需要RFID标签接收读写器的无线电波，而感应出电动势，它是主动的向RFID读卡器发送信号，RFID读卡器对有源标签发送的信号进行解码。
电磁波辐射方法
低频RFID
低频的RFID工作频率大致为125k到134k之间，这个频率的电磁波，除了金属材料，一般的材料都可以穿透，它的读写区域磁场比较均匀，工作较为稳定。由于频率较低，要使用很多匝线圈才能接受到比较强的信号，使得这种射频卡的厚度比较大。
低频RFID卡
低频卡线圈
EM4095低频读卡器原理图
上图为常用的em4095芯片的低频读卡器原理图，它的数据输出是曼彻斯特编码。数据格式如下图
频卡使用最多的场景是小区的门禁卡。
高频RFID
这个频率的感应线圈不需要那么多铜线进行绕制，可以通过印刷电路板的方式制作天线，体积比低频的RFID卡薄很多。高频RFID卡工作频率是13.56兆赫兹，除了金属材料外，大多数的材料都可以被穿透，但是会降低读写距离，感应器需要离开金属一段距离。
使用最广泛的高频卡是S50卡，S50 卡工作距离最高可达 100mm（由天线的结构决定），工作频率为 13.56Mhz，数据传送速度可达106Kbit/s，由于有16位的CRC校验，奇偶校验等措施所以数据高度可靠。 S50卡中的数据存储介质为EEPROM，大小为 1K，分成 16 个区，每个区又分成 4 个段，每个段中有 16 个字节，用户可以定义每个存储器段的访问条件，存储介质中的数据可以存放 10 年，可以写入数据的次数为 100000 次。 S50 卡具有超高的保密性，在读取数据时需要三轮确认， RF 信道的数据也有加密，每个区都有两套独立的秘钥。每个设备有唯一的序列号。
NFC卡
NFC (Near Field Communication)近场通信，这个技术由非接触式射频识别（ RFID）演变而来，由飞利浦半导体（现恩智浦半导体公司）、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是 RFID 及互连技术。 NFC 是一种短距离高频的无线电技术，在 13.56Mhz 频率运行于 20cm 距离内。其传输速度有 106Kbit/s， 212Kbit/s或者 424Kbit/s 三种。从工作频率上和看和高频RFID没有区别，但他们差距最哪里呢？
NFC 与 RFID 区别：
第一、 NFC 将非接触读卡器、非接触卡和点对点功能整合进一块单芯片，而 rfid 必须有阅读器和标签组成。 RFID 只能实现信息的读取以及判定，而 NFC 技术则强调的是信息交互。通俗的说 NFC 就是 RFID 的演进版本，双方可以近距离交换信息。 NFC 手机内置 NFC 芯片，组成 RFID 模块的一部分，可以当作 RFID无源标签使用进行支付费用；也可以当作 RFID 读写器，用作数据交换与采集，还可以进行 NFC 手机之间的数据通信。
第二、 NFC 传输范围比 RFID 小， RFID 的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于 NFC 采取了独特的信号衰减技术，相对于 RFID 来说 NFC 具有距离近、带宽高、能耗低等特点。
第三、应用方向不同。 NFC 看更多的是针对于消费类电子设备相互通讯，有源 RFID 则更擅长在长距离识别。
NFC 的工作模式有卡模式和点对点模式：
卡模式：这个模式其实就是相当于一张采用 RFID 技术的 IC 卡。可以替代大量的 IC 卡（包括信用卡）场合商场刷卡、公交卡、门禁管制，车票，门票等等。此种方式下，有一个极大的优点，那就是卡片通过非接触读卡器的 RF 域来供电，即便是寄主设备（如手机）没电也可以工作。
点对点模式：这个模式和红外线差不多，可用于数据交换，只是传输距离较短，传输创建速度较快，传输速度可快些，功耗低（蓝牙也类似）。将两个具备 NFC 功能的设备链接，能实现数据点对点传输，如下载音乐、交换图片或者同步设备地址簿。一次通过 NFC，多个设备如数码相机、 PDA、计算机和手机之间都可以交换资料或者服务。
超高频RFID和微波RFID卡
我们最常用的微波RFID卡就是我们汽车上的etc卡了，Etc电子标签机发射信号，高速收费站的接收机接收，可以传递车牌照信息，收费信息等。
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