2.3 RFID技术

2.3.1 RFID概述

在目前的自动识别领域应用技术中，应用最广泛的是光学技术和无线电技术。条码属于光学技术的范畴，而无线电技术在自动识别领域应用中更具体的技术名称为射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）。

起初，RFID技术是直接借用雷达技术的理念建立起来的，而1948年，哈里·斯托克曼发表的《利用反射功率的通信》奠定了RFID的理论基础。到了20世纪70年代末期，美国政府通过Los Alamos科学实验室将RFID技术转移到社会，RFID技术及产品进入商业应用阶段。近年来，随着电子技术的发展、标准化问题的出现、RFID产品成本的下降，RFID已经广泛应用于各个领域。RFID被认为是21世纪最重要的技术之一，2003年美国《技术评论》杂志评比对人类未来生活产生深远影响的十大新技术，RFID位居其一。RFID的发展和应用的推广将是世界自动识别行业的一场技术革命。

所谓射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的的技术。简单地说，RFID是利用无线电波进行数据信息读写的一种非接触式的自动识别技术。RFID俗称电子标签，其主要核心部件是一个电子标签，直径不到2毫米，通过相距几厘米到几米距离内传感器发射的无线电波，可以读取电子标签内储存的信息，识别电子标签代表的物品、人和器具的身份。

RFID系统的基本原理是：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作，如图2-8所示。

RFID的广泛应用渐渐有取代条码的趋势。RFID的优点主要包括以下内容。

（1）数据存储的容量大。RFID容量以64bits～256bits为主流，最大可达数百万字节（Mega Bits），可识别具体的物品如产品说明、包装、保存日期、色彩、价格等；而一维条码的容量是50Bytes，二维条码的最大容量仅2 000～3 000字节，单次仅能识别出单一种类的物品。

（2）可重复使用。RFID标签的读写方式为R/W（可读写多次）、R/O（唯读）和WORM（单次写入多次读取），R/W所存储的信息可以不断更新，而所有的RFID均能不断地被读取；而条码一经印刷即无法更改，而且会随着产品的耗损而寿终正寝。

（3）识别数据方便。在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信；而条码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条码。

（4）可同时读取多笔数据。某些先进的读取设备1秒中可读取1 200个RFID电子标签，但是条码扫描器一次只能读取一笔数据。

（5）安全性高。RFID有密码保护，不易被伪造，欧洲已率先在2005年将RFID标签嵌入欧元支票，以遏制伪钞泛滥，条码则没有防伪功能。

（6）能在恶劣环境下使用。依不同的材料，RFID标签的耐热性也有所不同，部分RFID标签即使在180℃的高温下也能正常运作，对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性；而条码一经污染便看不清楚。

（7）使用期限长。RFID电子标签的使用期限往往可达10年以上。

RFID电子标签的优点虽多，但并非没有缺点。其缺点如下。

（1）易受液体、电磁波、金属或导电环境干扰。若RFID电子标签和读取器中间有液体阻隔，或在有电磁波、金属或导电的环境下使用，RFID电子标签都会受到影响，使通信信号无法正常传送。

（2）无区分识别的适当性。只要任意一RFID电子标签进入读取器的感应范围，读取器便会按照接收到的无线电波进行识别，对于无意进行RFID标签识别的使用者将造成困惑。

【小案例】

米其林北美公司将RFID标签植入一些轮胎，跟踪它们在一个时期内的表现。米其林的工程师开发了一个RFID应答器，在轮胎制造过程中进行嵌入，使轮胎的识别号码与车辆识别号码（Vehicle Identification Number，VIN）相联系，从而使轮胎与车辆可以相互识别，并可以记录轮胎制造的时间、地点、最大胎压、轮胎大小等信息。而这些信息使用小型手持阅读扫描器就可以读取，就像杂货店的条形码扫描一样。

轮胎电子产品有3个主要用途，包括识别以及一些作业功能，如胎压监测系统和车辆性能检测系统，轮胎可以实际探测道路状况，并通过与车辆的操控系统进行联系以调整车辆的性能。除了能够存储有价值的信息，RFID技术还可以提供额外的物流好处，如通过减少手工检查而节省大量工作时间和提高效率，从而提高货运绩效。此外，RFID可以减少处理返回产品的时间，同时提高货运的准确性和减少销售损失。

（资料来源：《供应链设计与管理：概念、战略与案例研究》）

案例点评：应用RFID技术，可以将数据库存储的产品信息与实际产品联系起来，随时追踪产品来源、产品型号、产品性能等相关信息，增加产品的可追踪性，提高供应链的业务流程速度。

2.3.2 RFID系统的构成与分类

最基本的RFID系统由电子标签、阅读器和天线三部分组成。电子标签（Tag，也称为射频卡、射频卷标）由耦合元件及芯片组成，每个电子标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。电子标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。阅读器（Reader）是读取（在读写卡中还可以写入）电子标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。天线（Antenna）是在电子标签和读取器间传递射频信号的部分。

RFID标签与读写器之间交换的是数据，由于采用无接触方式通信，还存在一个空间无线信道。因而，RFID标签与读写器之间的数据交换构成的是一个无线数据通信系统。在这样的数据通信系统模型下，RFID标签是数据通信的一方，读写器是通信的另一方。要实现安全、可靠、有效的数据通信目的，数据通信的双方必须遵守相互约定的通信协议。没有这样一个通信双方公认的基础，数据通信的双方就互相听不懂对方在说什么，步调也无法协调一致，从而造成数据通信无法进行。

RFID一般可以依据电子标签的电源、存储器与频率加以分类。

1. 按电子标签的电源划分

RFID按电源分为被动式和主动式两大类。被动式电子标签（也称为无源标签）的能源由读取器提供，标签上不需附加电池，所以体积小、使用期限较长，但是读取（信号可传递的）距离较短。主动电子标签（也称为有源标签）拥有电源，系统具有唤醒装置，平时标签处于休眠状态，当标签进入唤醒装置的范围时，唤醒装置利用无线电波或磁场来触发或唤醒标签，标签这时才进入正常工作模式，开始传送相关信息。由于本身具备工作所需的电源，因而传送距离较长，但是需要相对较大的体积，需更换电池且成本较高。

2. 按电子标签上的存储器读写功能划分

RFID按照存储器读写功能划分为唯读、单次写入多次读取及可重复读写三大类。唯读RFID电子标签内的数据已于出厂时规定好了，使用者仅能读取标签内的信息，无法进行写入或修改操作。唯读RFID的成本较低，一般用于门禁管理、车辆管理、物流管理、动物管理等领域。单次写入多次读取RFID和唯读RFID的不同之处在于使用者可以往电子标签内写入数据一次，和唯读标签相同，也可进行多次读取。单次写入多次读取RFID的成本较高，一般应用于资产管理、生物管理、药品管理、危险品管理、军品管理等领域。可重复读写RFID的使用者可以通过读取器多次进行标签信息的读取与写入，成本较高，一般应用于航空货运及行李管理、快递票据、信用卡服务等领域。

3. 按电子标签的频率范围划分

RFID按频率范围可以划分为低频（Low Frequency）、高频（High Frequency）、超高频（Ultra High Frequency）及微波（Microwave）四大类。

低频标签的工作频率范围为10kHz～1MHz，常见的主要规格有125KHz和133KHz两种。一般来说，低频电子标签都是被动式的，其最大的优点在于标签靠近金属或液体的物体时可以有效发射信号，而高频率信号会被反射回来。低频电子标签的缺点是读取距离短，无法同时进行多标签读取以及信息容量较低，一般低频电子标签可用于门禁系统、动物芯片、汽车防盗器和玩具之上。

高频标签的工作频率范围为1MHz～400MHz，常见的主要规格有13.6MHz。这段频率的标签主要还是以被动式为主。和低频相比，高频RFID可进行多标签识别，一般用于图书馆管理、产品管理、智能卡等领域。

超高频标签的工作频率范围为400MHz～1GHz，常见的主要规格有433 MHz和868MHz～950MHz两种。主动式和被动式的应用在这个频段都很普遍，被动式电子标签的读取距离约为3～4米，传输速度较快，而且因为天线可采用蚀刻或印刷的方式制造，所以成本较低。虽然在金属与液状物体上的应用较不理想，但由于读取距离较远，信息传输速率较快，而且可以同时进行大数量标签的读取与识别，目前已成为市场的主流，未来将广泛使用在运输业的旅客与行李管理系统、货架及栈板管理、出货管理及物流管理上。

微波标签的工作频率在1GHz以上，常见的主要规格有2.45 GHz和5.8 GHz两种。微波频段的特性与应用和超高频段相似，读取距离约为2米，但是对环境的敏感性较高，一般用于行李追踪、物品管理和供应链管理等。

【小资料】

电子商品编码（Electronic Product Code，EPC），是国际条码组织推出的新一代产品编码体系。EPC码中既有代表制造厂商及其产品的编码，也有唯一标识该厂商该类产品每一个具体单品的编码。也就是说，EPC码能够对每个单品都赋予一个全球唯一编码。一般来说，条码识别只能识别一类产品，而不是唯一的商品。例如，牛奶纸盒上的条码到处都一样，要辨别哪盒牛奶先超过有效期将是不可能的，而作为每一个商品唯一号码的“EPC码”正是解决单品识别问题的最好方法。

EPC码采用96位（二进制）方式的编码体系，可以为2.68亿个公司赋码，每个公司可以有1 600万产品分类，每类产品有680亿的独立产品编码，形象地说可以为地球上的每一粒大米赋一个唯一的编码。

EPC系统是射频识别技术在物流领域的重要应用。EPC系统将RFID技术应用于物流，极大地拓展了RFID技术的应用领域，并推动EPC系统在供应链物流等领域的应用。

2.3.3 RFID在物流中的应用

以RFID为基础的软硬件技术构建的RFID信息系统，将使产品、仓储、采购、运输、销售及消费的全过程发生根本性的变化。目前，RFID技术已经在物流的诸多环节中发挥着重要的作用。

1. 生产环节

RFID技术应用于生产环节中的生产线上，能够实现生产线的自动化和原料、产品的识别定位，这将减少人工识读成本和出错率，同时也提高了生产的效率和质量。RFID技术还能够对产品进行信息的收集、处理，帮助生产人员轻松地掌握整个生产线的运作情况和产品的生产进度。

2. 配送/分销环节

在配送环节，采用射频技术能加快配送的速度和提高拣选与分发过程的效率与准确率，并能减少人工、降低配送成本。如果到达中央配送中心的所有商品都贴有RFID标签，在进入中央配送中心时，托盘通过一个阅读器，可以读取托盘上所有货箱上的标签内容。系统将这些信息与发货记录进行核对，以检测出可能的错误，然后将RFID标签更新为最新的商品存放地点和状态。

3. 运输环节

在运输环节中通过RFID技术，在运输的货物和车辆贴上RFID标签，运输线的检查点上安装上RFID接收装置，接收装置检测到RFID标签信息后，将标签信息、地理位置等经由Internet发送给运输调度中心，这样供应商和经销商就能够比较方便地查阅货物现在所处的位置状态。

4. 仓储环节

在仓库里，射频技术广泛应用于存取货物与库存盘点。当贴有RFID标签的货物进入仓储中心时，入口的RFID识读器将自动识别标签并完成库存盘点。在整个仓库管理中，将系统制定的收货、取货、装运等实际功能与RFID技术相结合，能够高效地完成各种业务操作，如指定堆放区域、上架取货与补货等。

5. 销售环节

在销售环节中，RFID可以改进零售商的库存管理。当货物被顾客取走时，装有RFID识读器的货架能够实时地报告货架上的货物情况，并通知系统在适当的时候补货。同时，对安装有RFID标签的货物能够监控其移动轨迹、存放位置等，所有的这些都节约了人工成本、减少了出错、提高了效率。

【小案例】

深圳海关是中国主要口岸海关之一。所有在海关的备案车辆，均按规定安装固定的写有车辆身份信息的电子车牌（RFID标签），所有备案司机都领用一张写有司机身份信息的司机卡。车辆在到达进（出）境地海关时，系统通过微波读写器自动获取电子车牌、司机卡信息，通过电子地磅获取车辆重量信息（如果载货，则同时通过条码阅读器获取载货清单的条形码信息），然后数据加密传至海关主机，与海关主机中数据库资料核对确认后，再返回查验信息。如果通关车辆为合法车辆，系统自动放行，同时向电子车牌实时写入车辆通关信息。如果通关车辆为异常车辆，系统报警并拦截，等待关员处理，关员处理完毕后，向系统发出车辆放行指令或到车检场进行查验。使用电子车牌通关系统后，车辆可不停车过关，通过带称重地磅的通道验放地段只需要20秒，验放通道每道最大通关速度可达到150辆次/小时，验放速度提高了8倍，通道数量减少75%，大大提高了效率，节约了人力，排除了人工漏读、误读、不读等人为因素的干扰，消除了口岸车辆堵塞日趋严重的现象，有效克服了海关“严密监管”与“快速通关”的矛盾。

深圳海关的电子车牌（RFID标签）使用UHF（902MHz～928MHz）频段的无源卡，可免维护长期、多次反复使用。该电子车牌采用防拆动技术安装在车辆前风挡玻璃，与车形成了唯一对应关系，成为该车唯一的电子身份标志，车辆的身份信息被严格固联在车上。使用双卡微波耦合技术，使安装在车辆上的玻璃介质的电子车牌和空气介质的司机卡能在同一个微波环境下同步工作，既实现对车辆的监管，同时也实现对司机的监管，并实现了人、车对应的合法性对比验证。

（资料来源：《RFID技术在交通中的典型应用案例》）

案例点评：应用RFID技术，海关可以将数据库存储的个人及车辆信息与实际车辆联系起来，能够快速识别车辆，解决“严密监管”与“快速通关”之间的矛盾，提高海关服务质量。