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RFID 介绍与集成案例解析

RFID 介绍与集成案例解析. 目录. 概要性介绍 各领域典型案例简析 实际案例详解 如何成功实现 RFID 解决方案 需求分析 硬件选择 软件设计. 第一部分 概要性介绍. RFID 概念、原理、各种应用简介. 何谓 RFID?. 无线射频识别技术（ RFID ， Radio Frequency Identification ）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或者电磁耦合）传输特性，实现对被识别物体的自动识别。 我们称无线射频识别技术也为电子标签系统. RFID 系统组成.

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RFID 介绍与集成案例解析

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Presentation Transcript

  1. RFID介绍与集成案例解析

  2. 目录 • 概要性介绍 • 各领域典型案例简析 • 实际案例详解 • 如何成功实现RFID解决方案 • 需求分析 • 硬件选择 • 软件设计

  3. 第一部分 概要性介绍 RFID概念、原理、各种应用简介

  4. 何谓RFID? • 无线射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或者电磁耦合）传输特性，实现对被识别物体的自动识别。 • 我们称无线射频识别技术也为电子标签系统

  5. RFID系统组成 • 天线(Antenna , or coil) • 读取器(Reader , transceiver) • 感应标签(Transponder, or RF Tag, 或硅芯片)

  6. RFID优点 • 体积小：Hitachi研发的被动式RFID芯片仅0.4mm X 0.4mm大小，与一颗沙粒相仿，可贴附在任何大小的商品上。 • 成本低廉：估计RFID芯片被大量应用时单颗成本降至5分美金以下。 • 不易被仿制：RFID可隐藏于物品内，除大型IC制造厂外无法被仿制。 • 可储存大量数据：芯片内藏96 bits容量，可辨识1600万种产品，680亿个不同序号。相对条形码方式常遭遇序号重复等问题。 • 快速非接触式读取方式：间隔7米（某些超高频设备）即可感应，每秒可读取250个标签，比条形码辨识快数十倍，无须人工手持条形码机逐个扫描。 • 其它特色：减少人工手动错误确保品质降低成本，提供实时性数据等。

  7. 感应标签(Transponder)的分类 (Page 1 of 3) • 感应标签(Transponder)的主要功用在于接收到Reader的命令后，将本身所储存的编码(Code)回传给Reader。根据不同的功能可区分为 ： • 只读(RO)： 成本最低，其程序及数据编码于制造时便写入，使用者无法更改数据内容。 • 单次写入多次读取( OTP)： • 允许使用者单次写入数据，在写入数据后便成为只读， 数据无法更改。 • 因良率问题，故目前市面上此规格芯片较少。 • 多次读写(RW)： 价格最为昂贵，但它却可以让使用者多次写入。

  8. 感应标签(Transponder)的分类 (Page 2 of 3) • 根据有无电源而区分为Passive和Active两种： • Passive Tag (被动式) • Passive感应器本身并无电源，其电源是来自Reader，由Reader发射一频率使感应器产生能量而将数据回传给Reader。 • 体积比较轻薄短小并且拥有相当长的使用年限。 • 感应的距离较短 。 • Battery Assisted(半主动) • 本身有电池,电池只对自身的数字电路供电,数据发送通过阅读器的能量场激活后,通过反射方式发送。 • 感应的距离较远 。 • Active Tag (主动式) • 价格较高；因内建电池，所以体积比Passive tag大。 • 有使用之年限 。 • 较长的感应距离 。

  9. 感应标签(Transponder)的分类 (Page 3 of 3) • 根据频率的高低，大致上可分为以下三类: • 低频率(Low Frequency)： 100~500KHz低频率的感应距离较短以及读取速度较慢， 以125KHz为主。 穿透能力好。 • 高频率(High Frequency)： 10~15MHz高频率的感应距离略长，读取速度也较低频率来的快，以13.56MHz为主 。 • 超高频率(Ultra High Frequency/Microwave)介于860~960MHz(UHF)以及2.45GHz之间，超高频率的感应距离最长，速度也最快 。穿透性差. • 复合频率 • 双频125KHz+6.8MHz • 混频/复合卡LF+HF

  10. RFID频率特征─低频(LF:125-134KHz) • 用于:门禁管理、家畜识别、运动计时、托盘跟踪、汽车点火、无线商务等 • 电感耦合 • 天线很多圈，不能印刷 • 阅读距离短（最远1米）,可以通过增加功率提高距离 • 存储容量64-2k bits • 带宽窄，数据传输速率较低 • 不能多标签同时识别 • 识别速度慢 • 对干扰不敏感,在金属或液体(潮湿)环境中拥有较高的识读能力

  11. RFID频率特征─高频（HF：6-13.56MHz） • 应用于：供应链、无线商务、票务、产品防伪 • 电感耦合 • 比低频线圈圈数少，天线可以印刷 • 阅读距离可达1.5米 • 传输速率高于低频 • 可以多标签同时识别 • 对金属比较敏感会减少识读距离和识读率 • 在高湿环境和液体中识读能力较差

  12. RFID频率特征─超高频（UHF:433－960MHz） • 用于：供应链、收费、实时监控等 • 电磁传播 • 天线比低频和高频小,印刷容易 • 阅读距离可达20米 • 传输速率高 • 阅读速度快 • 多标签同时识别(80张/秒) • 对高湿和金属敏感,基本无法识读

  13. RFID频率特征─微波（2.45GHz-5.8GHz） • 用于交通工具控制和管理等 • 电磁传播 • 简单的双极天线 • 阅读距离大于10米 • 传输速率高 • 阅读速度快 • 对高湿和金属敏感,基本无法识读

  14. 频谱划分及用途

  15. RFID运作原理 (Page 1 of 3)

  16. RFID运作原理 (Page 2 of 3)

  17. RFID运作原理 (Page 3 of 3) 以汽车收费站监控的例子说明。 RFID 系统由 Tag 芯片、天线、 读卡器所组成，接收信息并传至计算机系统处理

  18. 标签生产过程

  19. RFID芯片卡构造示例

  20. RFID芯片卡构造示例

  21. 标签天线

  22. 电子标签的未来发展 • 无源系统是未来主流趋势 • 性能更加优越：作用距离更远、无线读写性能更加完善、高度移动识别、快速多标签读写、一致性更好、环境适应性更好、体积更小。 • 标签功能多元化，如带有蜂鸣器的标签等。 • 新技术的应用，使标签成本更加低廉。和市场的发展相关。 • 专用标签的研发与应用。 • RFID的工业应用：传感器功能

  23. RFID读卡器示例

  24. 阅读器的结构

  25. 阅读器简介 • 读头也称为阅读器，它在射频识别（RFID）系统中在起到举足轻重的作用。首先读头的频率决定了射频识别系统的工作频段，其次，读头的功率直接影响到射频识别的距离。 • 对于有的厂家提供的标签芯片来讲，是全频段的。即，对于所有频率（超高频、微波等）而言，芯片是一样的。在实际应用中，不同频率的阅读器均可以读出相同的芯片。但在标签封装时，根据不同的应用和标识的产品频率范围需要采取不同的天线和封装形式。

  26. RFID 读取流程 资料中心 读卡器 Radio Frequency 外部天线 RFID芯片 标签 资料显示

  27. 阅读器的发展趋势 • •读头模块化，甚至可以将不同协议集成在一个读头模块上。 • •智能多天线接口，采用相位控制技术。 • •多种通信数据接口，适应不同的应用系统需求。接口之间是可以转化的。 • •多制式兼容，可以兼容读取多种协议的标签，如EPC、ISO18000-6等。 • •小型化、便携化、嵌入化、模块化。 • •多频段兼容。 • •多种自动识别技术集成，如条码与RFID集成。 • •更多新技术的应用。如智能信道分配技术、扩频技术、码分多址技术等。

  28. 电子标签系统基本参数 • 识别距离 • 抗冲撞性能 • 识别速度 • 系统频率 • 发射功率 • 识别率 • 电子标签系统应用环境 • 无线电政府监管 • 隐私权 • 认证体系

  29. 数据安全性 • •只读卡仅存ID信息，相关内容在后台 • •可写卡 • –一次写入/锁存/多次读出 • –密码访问机制 • •数字签名方式 • –防止伪造/防止抵赖 • •金融领域一般采用CPU卡（3DES/椭圆曲线加密算法

  30. RFID应用方式 • 在RFID的实际应用中，电子标签附着在被识别的物体上（表面或者内部），当带有电子标签的被识别物品通过读头的可识读区域时，读头自动以无接触的方式将电子标签中的约定识别信息取出，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。读头系统又包括读头和天线，有的读头是将天线和读头模块集成在一个设备单元中的，成为集成式读头。

  31. RFID的应用模式与应用级别 RFID的应用模式 • •出入门通道式 • •货架位置式 • •叉车（堆垛机）移动式 • •人工移动式 • •便携式 RFID应用层级 • •单品级：1盒烟 • •基本包装级：1条烟 • •集约包装级：1箱烟 • •托盘级：8箱烟 • •集装箱/卡车级：1集装箱或者1卡车香烟（若干箱）

  32. 射频芯片通信标准 • –目前国际上与RFID相关的通信标准主要有:ISO/IEC 18000标准（包括7个部分，涉及125KHz, 13.56MHz, 433MHz, 860－960MHz, 2.45GHz等频段），ISO11785（低频） • –ISO/IEC 14443标准（13.56MHz），ISO/IEC 15693标准（13.56MHz） • –EPC标准（包括Class0, Class1和GEN2等三种协议,涉及HF和UHF两种频段）(Auto-ID Center推出，推行的EPC电子产品编码标准。 • UID-日本泛在公司负责推广(分为CLASS0~6)

  33. EPC 按照EPC，电子标签系统可以分为： • •CLASS 0：只读 • •CLASS 1：一次写入，多次读出 • •CLASS 2：可读写 • •CLASS 3：半主动系统(有电池,激活工作) • •CLASS 4：主动系统 • •CLASS 5：主动系统(GPS或INTERNET)

  34. ISO-18000 • ISO-18000-1全球通用频率借口通信一般参数 • ISO-18000-2 135KHZ以下的非接触接口通信参数 • ISO-18000-3 13.56MHZ非接触接口通信参数 • ISO-18000-4 2.45GHZ非接触接口通信参数 • ISO-18000-5 5.8GHZ非接触接口通信参数 • ISO-18000-6 860~915MHZ 非接触接口通信参数

  35. 中国标准情况 • 低频125KHZ 颁布为标准GB18937-2003,TB/T3070-2002应用与动物识别和人员出入管理 • 高频13.56MHZ 将颁布15693-1,2,3 • UHF标准未定,正在917~922MHZ之间测试频率一般会采用ISO-18000-6 • 超高频一般在2.45GHZ 标准未定

  36. RFID主要应用 • 门禁管理/身份辨识 • 最成熟之市场。 • 低成本、大量之RFID卷标或卡片。 • 125KHz以及ISO15693规格(13.56MHz)主导这个市场。 • 运输系统 • 城市公交及一卡通系统(14443规格) • 运输与配送：车辆 • 制造与加工：生产自动化 • 安全与认证：人员识别 • 动物识别 • 废弃物管理 • 邮包跟踪 • 航空行李跟踪 • 道路收费管理

  37. 第二部分 各领域典型案例简析 RFID经典应用领域 ■ ■ ■ 运输与配送：车辆 制造与加工：生产自动化 安全与认证：人员识别 积极试点，高成长性领域■ ■ ■ 动物识别 废弃物管理 会议与计时 邮包跟踪 航空行李跟踪 道路收费管理

  38. RFID特殊应用领域 • 电子物品监视（EAS） • 贵重仪器设备的防盗管理、非授权使用管理或者资产管理 • 车辆、停车场及加油站/仓库设施管理 • 过路过桥费的自动收取 • 重要、危险场合的门禁控制管理 • 动物管理/个性化喂养 • 数控机床工具的自动识别 • 柔性加工系统中产品数量与过程控制 • 运动计时 • 犯罪嫌疑人的监视 • 车辆防盗系统和汽车点火系统

  39. Data Center RFID 防伪领域应用示例-主机板产品防伪－现存问题 伪造厂商将伪造品 流入市场中 不知情的零售商或通路商 采购到伪造品 维修服务人员无法辨识产品 之真伪，无奈只得接受换修。 不知情的消费者 购买到伪造品 公司蒙受利润及商誉损失。

  40. RFID 防伪领域应用示例-主机板产品防伪－解决方案 渠道商/零售商读取RFID芯片 以提供客户辨别产品真伪并 获得产品数据。 于制造过程中设置检查点，采用 RFID芯片读取器读取芯片并与 计算机系统联机。 将RFID芯片置于主机板上。 维修人员读取RFID芯片 以辨别产品真伪并获得 产品相关数据。 资料中心系统

  41. 超过设定之使用次数便 淘汰以免影响产品品质 资料中心系统 RFID 防伪领域应用示例-主机板产品防伪－生命周期 于使用时读取RFID 以纪录/检查使用次数 将RFID标签贴于Box上

  42. RFID 医疗领域应用示例-药品管理 医师开处方： 1.A00123 2.C00456 药房显示应取药品□1.A00123 □2.C00456 RFID标签贴在瓶上 读取该药品后记录 1.A00123 □2.C00456 纪录每一笔药品使用纪录， 确保用药安全性。 资料中心系统

  43. RFID 医疗领域应用示例-病历/文件管理 • 将RFID应用在病历表上，于每一步骤进行追踪确认。 • 改善Bar code条形码读取不易以及读取速度慢之问题。 电话挂号 现场挂号 网络挂号 资料处理中心 资料处理中心 读取确认病历刷出 病历室 病历刷出/刷入诊疗室

  44. RFID识别卡 RFID识别卡 编码:EFFF-FFFF-FFC0-0000 读卡器 读卡器 读卡器 编号 项目 管理电脑 管理电脑 1 品名 2 最后使用日期 3 最后使用者编号 4 药柜编号 5 RFID 医疗领域应用示例-管制性药品管理 RFID 管制锁 确认授权后开启管制药柜 取出药品 将使用者及药品数据 逐笔记录至数据中心 使用完毕 读取识别证关闭药柜

  45. RFID 医疗领域应用示例-人员/门禁/付费管理 • 于每位病患手上配置RFID手环带，由RFID所提供之唯一编码作为身分识别。 • 相关医疗人员亦佩带RFID识别证以供进出重要实验室或库房之管理。 • 于重要进出口设置门禁以管制人员/病患之进出。 • 人员于医院内或相关商店消费购物，可利用RFID以签帐方式消费。

  46. Block D1 Block D2 Block D3 Block D4 Access control Access control Block C1 Block C2 Block C3 Block C4 Gate B Gate C Block B1 Block B2 Block B3 Block B4 识别卡号码:1234567= RFID编码:EEE00001 Block A1 Block A2 Block A3 Block A4 Main Gate Access control RFID 医疗领域应用示例-人员追踪流程图示(1 of 2) 识别卡号码:1234567 进入日期: Nov.25,03 时间: 10h:25m:30s 区域: Main Gate

  47. Block D1 Block D2 Block D3 Block D4 Access control Access control Block C1 Block C2 Block C3 Block C4 Gate B Gate C Block B1 Block B2 Block B3 Block B4 Block A1 Block A2 Block A3 Block A4 Main Gate Access control RFID 医疗领域应用示例-人员追踪流程图示(2 of 2) 识别卡号码:1234567 进入日期: Nov.25,03 时间: 10h:35m:16s 区域: Block B3 识别卡号码:1234567 进入日期: Nov.25,03 时间: 10h:27m:25s 区域: Block A3 识别卡号码:1234567 进入日期: Nov.25,03 时间: 11h:15m:20s 区域: Block A3 识别卡号码:1234567 离开日期: Nov.25,03 离开时间: 11h:55m:45s 区域: Main Gate ***Record filed***

  48. RFID 门禁应用：门禁及产品管理 • 身分查验(门禁管制) 资料中心 RFID reader RFID标签 Data enquiry 资料显示 RFID编码 • 物料管理/产品管理 资料中心 RFID标签 资料显示 Handheld reader

  49. RFID 应用示例：自动辨识馆藏管理

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