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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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