什么是 RFID 及其工作原理？

一、自动识别技术

????????自1999年麻省理工学院研究人员的首创开始，自动识别技术（简称auto-ID）的领域不断扩大。自动识别技术形成了多种技术路线，使我们能够自动、精确地捕获、识别和存储与物体、物品或个人相关的数据，从而减少手动数据输入。这些技术帮助我们优化数据采集、提高准确性并提高各个行业的效率。

? ? ? ? 自动识别技术主要是条形码、QR 码、接触式存储器、RFID技术、生物识别、磁条、光学字符识别(OCR)、语音识别、实时定位系统 (RTLS) 和其他新兴技术。

? ? ? ? 目前各行各业主要是条码、二维码占据主要市场，但是RFID在很多领域依然是使用者众多。

二、什么是RFID？

????????射频识别被称为RFID。它是一种利用磁感应或无线电波帮助我们无线识别和跟踪物品或人员的技术。

????????RFID使用存储在微芯片上并且可以自动读取的唯一数字来识别事物、人员和信息，这与需要手动扫描的条形码不同。

????????所有 RFID 系统均由三个主要组件组成：

????????RFID标签，我们也称为应答器，位于需要识别的物体上，是RFID系统中的数据载体。?

????????RFID 读取器或收发器。我们使用该组件向应答器读取和写入数据。?

????????RFID中间件。这是数据处理组件，我们以某种方式利用它来处理从收发器获得的数据。?

三、RFID的种类

????????在 RFID 技术领域，主要有近场RFID、远场RFID。

????????对于近场RFID，使用法拉第磁感应原理，通常称为磁耦合。这个技术路线种阅读器和标签都包含线圈，需要贴近使用。

????????近场 RFID 系统的可视化表示：

????????近场RFID主要用于卡和门禁控制。

????????远场 RFID 系列中使用电磁波，通过位于读取器和标签中的天线传播信息。

????????下图展示了远场 RFID 配置的基本原理图：

????????远场 RFID 的通信范围比近场更广泛，因此我们将其用于各种应用，例如访问控制、货物管理等。

????????这里我们主要探讨远场 RFID 技术的功能和属性，所以下面都是指远场RFID。

四、RFID系统组件

1、标签

????????如前所述，RFID系统具有三个主要组件，即标签、阅读器和中间件。

????????RFID 标签，称为应答器或标签，是带有微芯片和天线的小型电子设备。我们在 RFID 系统中使用它们来唯一地识别和无线跟踪物体或人员。

????????由于 RFID 标签可用于自动识别和数据收集，因此我们可以使用它们来有效管理库存、追踪供应链、控制访问以及跨行业的各种其他应用。

????????RFID 标签有很多类别，如下面的 RFID 标签树所示：

????????我们将讨论两类主要的 RFID 标签，即基于电源的标签和基于存储器类型的标签。

（1）按电源分类的标签

????????在这一类中，我们有三种类型，即有源标签、无源标签和半无源标签。

????????有源标签

????????有源标签之所以被称为有源标签，是因为我们为它们提供单独的电源，从而赋予它们独立传输信号的自主权。这种固有的功能使我们能够无缝跟踪和追踪最远 100 米甚至更远距离的物品。当实时监控优先时（例如综合库存管理系统），这一功能对我们来说非常有用。

????????有源标签的另一个巨大好处是我们将它们设计为具有大量的内存空间，这有助于我们解决需要同时读取大量标签的环境中带来的挑战。

????????然而，值得注意的是，与无源或半无源标签相比，有源标签的这些优势相对应的自然是成本相对较高，并且需要定期更换电池才能维持其令人印象深刻的性能。

????????无源标签

????????在无源标签中，与有源标签不同，我们不直接向无源标签供电。相反，我们将它们设计为利用阅读器本身发出的信号中的能量，使它们能够识别物体。

????????无源标签通常比有源标签更小、更便宜并且具有更长的使用寿命。我们通常将它们用于库存管理、资产跟踪、供应链物流和访问控制等应用中。

????????然而，无源标签的读取范围比有源标签更短，并且需要更接近读取器才能成功通信。

????????半无源标签

????????也称为电池辅助无源 (BAP) 标签，融合了有源标签和无源标签的功能。在这些标签中，我们集成了电源（通常是电池）来为某些功能供电。然而，与有源标签不同，我们不使用电池为整个通信过程供电。

????????这种独特的设计使我们能够取得平衡。得益于补充电源，我们受益于扩展的读取范围和更快的响应时间，这些属性类似于有源标签。同时，与无源标签类似，缺乏全面的电池供电通信，确保了一种经济高效的方法。

（2）按内存类型分类的标签

????????我们将基于内存的标签分为两种，即具有可读写内存的标签和具有只读内存的标签。

? ? ? ? 可读写

????????读写内存标签使我们不仅可以从标签中检索信息，还可以更新和修改它。通过这种类型的标签，我们可以享受双向的数据交互流。我们可以读取标签中存储的现有数据，同时我们可以向其写入新数据。

????????这种多功能使我们能够根据需要调整和完善信息，从而提供动态的数据管理方法。无论是调整库存记录中的详细信息还是微调识别数据，读写内存标签都有助于实现无缝的交互式过程。在数据准确性、实时更新和适应性信息存储是关键考虑因素的场景中，该标签被证明是非常有价值的。

? ? ? ? 只读

????????只读存储器标签提供单向数据流。使用这种类型的标签，我们可以访问其中存储的信息，但无法修改或更新数据。这种只读性质确保了数据的完整性和安全性。

????????实际上，我们受益于可靠且不可更改的信息检索源。无论是出于身份验证、访问参考数据还是确保数据一致性的目的，只读内存标签在维护原始数据状态至关重要的场景中都至关重要。该标签提供了一种安全可靠的方式来访问重要信息，同时防止意外更改。

2、阅读器

????????RFID 阅读器是 RFID 系统中的重要组成部分。这些设备在管理与 RFID 标签的通信方面发挥着作用。当我们发出命令时，阅读器会生成射频载波，我们会持续监控调制指示。检测到这种调制会提醒我们 RFID 标签的存在。

????????阅读器通过天线传输该载波信号，并将其传送到标签。当信号到达标签时，它会触发一系列动作。一旦标签收集到足够的能量，它就会调整载波信号并返回调制信号。该信号包含重要数据，我们的读者会主动捕获它。然后我们继续解码和处理数据，提取有意义的信息。

? ? ? ? 常见的主要是两种类型的 RFID 读取器：

（1）固定式 RFID 读取器

????????这些是我们经常在特定位置看到的固定阅读器。当物品或个人经过必须读取其标签的指定点时，我们会使用它们。这些读卡器提供一致且可靠的性能，与我们现有的设置无缝集成。它们有多种用途，包括访问控制、库存管理和自动数据收集。

（2）移动RFID阅读器

????????当需要移动性时，会使用手持式移动阅读器。这些便携式设备的灵活性在库存审计、资产跟踪或现场操作期间非常有价值。借助这些手持式阅读器，我们可以在不同环境下快速、轻松地读取标签，无需固定安装。

????????我们对这两种类型的 RFID 读取器的选择取决于任务的具体要求。

3、中间件

????????中间件是我们 RFID 系统中的重要组成部分。它在管理和优化 RFID 读取器与后端系统之间的数据流方面发挥作用。通过中间件，我们可以有效地处理从 RFID 标签收集的信息。????????

五、远场RFID系统工作流程

????????主机会管理阅读器并发出命令，之后阅读器和标签通过射频信号进行通信。

????????我们让阅读器不断生成射频载波正弦波，始终观察调制的发生。当我们检测到磁场的调制时，它表明标签的存在。

????????我们通过天线发出载波信号。

????????载波信号击中标签。

????????一旦标签接收到足够的能量以正确运行，它就会对载波进行分频，并开始将其数据计时到输出晶体管，该晶体管通常连接在线圈输入端。

????????标签接收并修改载波信号并发回调制信号。标签的输出晶体管对线圈进行分流，顺序对应于从存储器阵列中输出的数据。电感耦合和负载调制用于较低频率（用于近场 RFID），与在 2.45 GHz 及更高频段运行的系统不同，我们使用真正的 RF 通信链路和反向散射原理（用于远场 RFID）。

????????分流线圈会导致载波的瞬时波动（阻尼），我们将其视为载波幅度的轻微变化。

????????天线接收调制信号并将其发送给我们。

????????我们对数据进行解码。我们对调幅数据进行峰值检测，并根据编码和数据调制方法处理生成的比特流。

????????最后，我们将结果返回给主机应用程序。

六、RFID频段分配

????????RFID 技术依靠特定的射频 (RF) 频段在 RFID 标签和阅读器之间进行有效通信。这些频段在世界各地的分配方式有所不同，并且这种分配受到国际电信联盟 (ITU) 等国际组织和当地监管机构的监督。

? ? ? ? 下表中提供了全球 RFID 使用的关键频段的详细信息：

????????这些频段内的确切频率分配可能因国家/地区而略有不同，而且法规也可能有所不同。不同地区可能会为特定应用指定特定频段，而其他地区可能会提供更大的灵活性。

????????860 – 960 MHz 是 UHF RFID 频率的一部分，在全球范围内使用受到限制。在下表中，我们展示了该特定频率在全球范围内的使用情况：

????????一般来说，为了 RFID 技术的无缝运行并防止与其他通信系统的干扰，遵守这些频率分配至关重要。因此，为了有效使用 RFID，我们必须熟悉当地法规和频率分配，以确保我们的 RFID 系统平稳、高效、不间断地运行。?