RFID 技術允許非接觸式的信息傳輸(很像我們熟悉的條形碼) ，使其在生產環境和其他條形碼標簽無法生存的惡劣環境中有效。看看它是如何工作的，有什么優點和缺點。

無線射頻識別技術(RFID)是利用電磁或靜電耦合在射頻識別電磁波譜的射頻部分，以唯一地識別物體、動物或人。由于能夠跟蹤移動物體，它已經在包括牲畜識別和自動車輛識別在內的廣泛市場上確立了自己的地位。這項技術也已成為全世界自動數據收集、識別和分析系統的主要組成部分。

射頻識別系統的結構和工作原理

射頻識別標簽，通常稱為應答器，在射頻識別系統中既充當發射機又充當接收機。RFID 標簽的三個基本組成部分是天線、微芯片(存儲器)和封裝材料。

在一個典型的系統中，標記被附加到對象上。每個標簽都有一定數量的內部存儲器(EEPROM) ，其中存儲有關對象的信息，如其唯一的 ID (序列)號，或者在某些情況下存儲更多的細節，包括生產日期和產品組成。

當這些標記通過讀取器生成的字段時，它們將這些信息傳遞回讀取器，從而識別對象。天線利用無線電頻率波來傳輸信號，從而激活應答器。當激活時，標簽將數據傳輸回天線。這些數據被用來通知可編程序控制器應該采取行動。操作可以簡單到打開一個訪問門，也可以復雜到連接到一個數據庫來進行貨幣交易。

低頻(30-500千赫)射頻識別系統的傳輸距離較短(一般少于1.8米)。高頻(850-950兆赫及2.4-2.5吉赫)射頻識別系統的傳輸距離較長(超過27米)。一般來說，頻率越高，系統就越昂貴。RFID 有時被稱為專用短距離通信。

有兩種類型的 RFID 標簽

只讀標記和讀寫標記。在只讀標簽中，微芯片或內存在制造過程中只寫一次。這些信息以及只讀標記上的序列號永遠不能更改。在讀寫標簽中，在制造過程中只寫序列號。剩下的塊可以由用戶重寫。

直到最近，RFID 技術的焦點主要集中在標簽和閱讀器上，這些技術被應用于數據量相對較少的系統中。現在這種情況正在改變，因為供應鏈中的 RFID 預計會產生大量的數據，這些數據將不得不被過濾和路由到后端 IT 系統。為了解決這個問題，公司開發了一種特殊的軟件包，稱為“學者”，它充當 RFID 前端和 IT 后端之間的緩沖器。學者等同于 IT 行業中的中間件。

射頻識別閱讀器

RFID 閱讀器是用來從 RFID 標簽發送和接收信息的設備。它也被稱為“審問者”。它包括能夠讀取附近 RFID 標簽的傳感器。讀取器向標記發送一個信息請求。標簽用各自的信息進行響應，然后讀取器將這些信息轉發給數據處理設備。標簽和閱讀器通過無線電頻道相互通信。在某些系統中，讀者和計算機之間的連接是無線的。

配套基礎設施。支持基礎設施包括 RFID 系統所需的相關軟件和硬件。該軟件管理 RFID 閱讀器和 RFID 標簽之間的交互。

通信協議

閱讀器和標簽之間的通信過程是由幾個協議中的一個來管理和控制的，例如 ISO 15693和 ISO 18000-3標準用于 HF，ISO 18000-6標準和 EPC 18000-6標準用于 UHF。基本上，當閱讀器打開時，它開始在選定的頻帶發射信號(特別是860-915兆赫茲的 UHF 或13.56兆赫茲的 HF)。任何相應的標簽在附近的讀取器將檢測到信號，并使用能源從它喚醒和提供操作電源到其內部電路。一旦標記將信號編碼為有效，它就回

防撞

如果有很多標簽，它們都會同時回復。在閱讀器端，這被看作是信號碰撞和多個標記的指示。閱讀器通過使用防碰撞算法來管理這個問題，該算法允許對標記進行排序和單獨選擇。有許多不同類型的算法(二叉樹、 aloha 等)被定義為協議標準的一部分。

可識別的標簽數量取決于使用的頻率和協議，通常從 HF 的50個標簽/s 到 UHF 的200個標簽/s 不等。一旦選擇了標記，讀取器就能夠執行一些操作，例如讀取標記。這個過程在防碰撞算法的控制下繼續，直到所有的標簽都被選中。

電感耦合射頻識別標簽

這些最初的標簽是由金屬線圈、天線和玻璃組成的復雜系統。電感耦合 RFID 標簽由 RFID 閱讀器產生的磁場驅動。電流有一個電子元件和一個磁性元件，即，它是電磁的。“感應耦合”這個名稱來源于導線中電流感應的磁場。

射頻識別標簽的優點

RFID 標簽堅固耐用，可以在惡劣的溫度和環境下工作。即使在惡劣的條件下，RFID 系統也能以非常高的速度工作。

RFID 標簽有不同的形狀、大小、類型和材料。只讀標記上的信息不能更改或復制。讀寫標簽可以重復使用。RFID 標簽的讀取總是沒有任何錯誤。

標簽和閱讀器之間不需要直接的物理接觸，射頻技術用于通信。

可以同時讀取多個 RFID 標簽。射頻識別標簽可以一次讀取10到100個標簽。閱讀標簽是自動的，不需要勞動。

RFID 系統可以識別和跟蹤唯一的項目，不像條形碼系統只識別制造商和產品類型。

整個射頻識別系統非常可靠，可以使用射頻識別標簽作保安用途。

RFID 標簽的存儲容量比其他任何自動識別和跟蹤系統都要大。

射頻識別標簽的缺點

與其他自動識別系統相比，RFID 系統成本較高。如果 RFID 系統是針對特定應用而設計的，那么成本還會進一步增加。

與條形碼系統相比，標簽的大小和重量更大。電子元件，如天線，存儲器和標簽的其他部分使他們笨重。

雖然標簽在惡劣的環境下工作，但是當某些類型的標簽與某些金屬或液體密切接觸時，它們發出的信號就會受到影響。讀取這樣的標記變得困難，有時數據讀取是錯誤的。

沒有辦法追蹤損壞的標簽，并用完好無損的標簽替換。

雖然標簽不需要視線通信，但是只能在指定的范圍內讀取它們。

電容耦合標簽

這些標簽是為了降低技術成本而設計的。這些是一次性標簽，可以應用于較便宜的商品，并作出一樣普遍的條形碼。電容耦合標簽使用導電碳墨水代替金屬線圈來傳輸數據。墨水印在紙張標簽上，由讀者掃描。

摩托羅拉的 BiStatix RFID 標簽

他們是這項技術的領跑者。他們使用了一個只有3毫米寬的硅芯片來存儲96位的信息。這項技術并沒有在零售商中流行起來，BiStatix 在2001年被關閉。

電感耦合和電容耦合的 RFID 標簽由于價格昂貴且體積龐大而不像現在那樣普遍使用。RFID 行業的新創新包括主動、半主動和被動 RFID 標簽。這些標簽可以存儲多達2千字節的數據，由微芯片、天線以及在有源和半無源標簽情況下的電池組成。該標簽的組件封裝在塑料，硅或有時玻璃。表 i 給出了不同頻率被動標記的性能概述。

主動標簽和被動標簽

在考慮標簽時，第一個基本的選擇是在被動、半被動和主動之間。使用超高頻頻帶可以從4至5米的距離讀取無源標簽，而其他類型的標簽(半無源和有源)可以實現更遠的通信距離，半無源可達100米，有源可達數公里。溝通績效的巨大差異可以用以下原因來解釋:

被動式標簽使用讀取器字段作為芯片的能量來源以及與讀取器之間的通信。來自讀取器領域的可用電力不僅隨著距離迅速減少，而且還受到嚴格規定的控制，導致在使用 UHF 頻段(860-930兆赫)時通信距離有限，只有4-5米。

半無源(電池輔助后向散射)標簽有內置電池，因此不需要讀取器的能量來驅動芯片。這使得它們可以在低得多的信號功率水平下工作，從而使得它們的距離可以達到100米。距離是有限的，主要是因為標簽沒有一個集成的發射機，還必須使用讀寫器領域通信回到讀寫器。主動式標簽是一種電池供電的設備，內置一個主動式發射器。與無源標簽不同，這些標簽產生射頻能量，并將其應用于無線天線。這種自主從讀者意味著他們可以溝通距離超過幾公里。

HF 和 UHF 最適合于供應鏈。超高頻，由于其優越的讀取范圍，將成為主導頻率。低頻和微波在某些情況下不能使用

標簽的集成電路

RFID 標簽集成電路的設計和制造使用一些最先進和最小的幾何硅工藝可用。結果是令人印象深刻的，當你考慮到超高頻標簽芯片的大小約為0.3 mm2。

就計算能力而言，RFID 標簽非常笨拙，只包含能夠解碼簡單指令的基本邏輯和狀態機。這并不意味著它們的設計很簡單。事實上，非常現實的挑戰存在，如實現非常低的功耗，管理噪音射頻信號和保持在嚴格的發射規則。

其他重要電路允許芯片從閱讀器信號區域傳輸電力，并通過整流器將其轉換成電源電壓。芯片時鐘通常也是從讀取器信號中提取出來的。

標簽的類別

對 RFID 標簽進行分類的主要方法之一是根據其讀寫數據的能力。這導致了以下四類:

0類(只讀，工廠編程)

這些是最簡單的標簽類型，其中的數據(通常是簡單的 ID 號碼(EPC))在制造期間只寫入標簽一次。然后禁用任何進一步更新的內存。類0還用于定義一類稱為電子物品監視或防盜設備的標簽，這類標簽沒有 ID，只有通過天線場時才會顯示它們的存在。

第1類(只寫一次的只讀、工廠或用戶編程)

在這種情況下，制造標記時沒有將數據寫入內存。然后可以由標記制造商或用戶一次性寫入數據。在此之后，不允許進一步的寫操作，并且只能讀取標記。這種類型的標記通常充當簡單的標識符。

第2類(讀-寫)

這些是最靈活的標記類型，用戶可以訪問標記內存中的讀寫數據。它們通常用作數據記錄器，因此所包含的內存空間要大于一個簡單的 ID 號所需的內存空間。

第3類(帶有車載傳感器的讀寫)

這些標簽包含板載傳感器，通過寫入標簽的內存來記錄溫度、壓力和運動等參數。由于傳感器讀數必須在沒有閱讀器的情況下進行，標簽要么是半被動式，要么是主動式。

第4類(帶集成發射機的讀寫)

這些就像微型無線電設備，可以與其他標簽和設備通信，而不需要閱讀器。這意味著，他們是完全活躍與自己的電池電源。

如何選擇標記

為一個特定的 RFID 應用選擇正確的標簽是一個重要的考慮因素，并且應該考慮以下列出的許多因素:

大小和形狀因素ーー標簽必須放在哪里?

標簽之間的距離有多近?

耐用性ーー標簽是否需要有一個強有力的外部保護，以防止經常的磨損?

標記可重用嗎?

耐惡劣(腐蝕性、潮濕等)環境

極化ー標簽在閱讀器領域的方向

暴露于不同的溫度范圍

通訊距離

金屬和液體等材料的影響

環境(電氣噪聲、其他無線電設備和設備)

工作頻率(低頻、高頻或超高頻)

支持通信標準和協議(ISO，EPC)

區域(美國、歐洲和亞洲)規例

標記是否需要存儲比 EPC 這樣的 ID 號更多的內容?

防碰撞ー場中有多少標簽必須同時檢測到，檢測速度有多快?

標簽在閱讀器字段中的移動速度有多快?

讀者支持ー哪些讀者產品能夠讀取標簽?

標簽需要安全嗎?

未來

射頻識別技術的發展繼續產生更大的內存容量，更廣泛的閱讀范圍和更快的處理。

然而，這項技術最終取代條形碼的可能性很小。即使原材料不可避免地減少，

加上規模經濟，RF 標簽中的集成電路永遠不會像條形碼標簽那樣具有成本效益。

盡管如此，在條形碼和其他光學技術無效的領域，如化學容器和畜牧業，

RFID 仍將繼續發展。