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RFID無線技術介紹

來源:百家號：物聯網電子世界

RFID 即 Radio Frequency Identification，也就是我們常說的射頻識別技術，也叫電子標簽技術。其原理是利用電磁場自動識別和跟蹤附著在物體上的標簽。標簽包含電子存儲的信息。RFID分為分為有源標簽和無源標簽，無源標簽沒有電池，它從附近的RFID閱讀器的無線電波中收集能量來給自己供電并且發送信息。有源標簽有一個本地電源(如電池)，可以被RFID閱讀器在百米內識別。與條形碼不同的是，標簽不需要在閱讀器的視線范圍內，因此它可能嵌入到被跟蹤的對象中。RFID是一種自動識別和數據捕獲(AIDC)的方法。
RFID標簽在許多行業都有應用。例如，在汽車生產過程中附加的RFID標簽可以用來跟蹤其在裝配線上的進度，帶有RFID標簽的藥品可以通過倉庫進行跟蹤，在家畜和寵物身上植入RFID微芯片可以對動物進行主動識別。
RFID的分類
RFID根據工作頻率可以分為低頻卡，高頻卡，超高頻卡，微波，NFC卡。低頻卡的頻率一般是125KHz-134KHz，高頻卡和NFC卡頻率是13.56M，超高頻卡一般是433Mhz和915Mhz，微波是2.4GHz、5.8Ghz或更高。低頻卡和高頻卡,NFC卡一般是無源的，UHF和微波的卡大部分是有源的。頻率越高，傳輸速度越快，所以低頻卡只能傳遞很有限的信息，而高頻卡可以傳遞大量的信息。
RFID系統的組成
RFID系統一般由電子標簽，讀卡器，計算機三部分組成。
電子標簽：
無源電子標簽里面含有芯片和天線，天線接收射頻的無線電信息，并感應出一定的電動勢，給芯片供電，無源電子標簽由于沒有電池，傳輸距離比較近，只有幾厘米到十幾厘米，由于無源電子標簽沒有電池，只有一個芯片和天線，可以做成非常小巧和超薄形狀。有源電子標簽里面有電池，就相當于一個無線電發射器，所以傳輸距離比無源卡要遠很多，可以長達幾百米，但由于含有電池，所以體積不容易做的很小和薄，并且壽命有限，成本較高。
讀卡器：
讀卡器是利用射頻技術讀寫電子標簽的設備，對于無緣標簽來說需要產生一定的電磁場來感應無源標簽的天線，對有源標簽則需要一個接收天線，讀卡器讀取電子標簽的數據，把它轉換成一定的格式，并傳遞給計算機。
RFID的工作原理
RFID 的基本工作原理大致是這樣的，下面是無源標簽的工作過程。
1. RF標簽接收來自讀寫器的無線電波。
2.由于電磁感應，電磁感應的電電動勢在RF標簽中產生。
3. IC芯片由電動勢激活，并且IC芯片的信息被編碼。
4.從RF標簽的天線發送信號。
5.讀寫器天線接收信號。
6.讀寫器對信號進行解碼（解碼）并將數據傳輸到外部。
電磁感應
有源標簽的工作原理和無源標簽的主要不同點在不需要RFID標簽接收讀寫器的無線電波，而感應出電動勢，它是主動的向RFID讀卡器發送信號，RFID讀卡器對有源標簽發送的信號進行解碼。
電磁波輻射方法
低頻RFID
低頻的RFID工作頻率大致為125k到134k之間，這個頻率的電磁波，除了金屬材料，一般的材料都可以穿透，它的讀寫區域磁場比較均勻，工作較為穩定。由于頻率較低，要使用很多匝線圈才能接受到比較強的信號，使得這種射頻卡的厚度比較大。
低頻RFID卡
低頻卡線圈
EM4095低頻讀卡器原理圖
上圖為常用的em4095芯片的低頻讀卡器原理圖，它的數據輸出是曼徹斯特編碼。數據格式如下圖
頻卡使用最多的場景是小區的門禁卡。
高頻RFID
這個頻率的感應線圈不需要那么多銅線進行繞制，可以通過印刷電路板的方式制作天線，體積比低頻的RFID卡薄很多。高頻RFID卡工作頻率是13.56兆赫茲，除了金屬材料外，大多數的材料都可以被穿透，但是會降低讀寫距離，感應器需要離開金屬一段距離。
使用最廣泛的高頻卡是S50卡，S50 卡工作距離最高可達 100mm（由天線的結構決定），工作頻率為 13.56Mhz，數據傳送速度可達106Kbit/s，由于有16位的CRC校驗，奇偶校驗等措施所以數據高度可靠。 S50卡中的數據存儲介質為EEPROM，大小為 1K，分成 16 個區，每個區又分成 4 個段，每個段中有 16 個字節，用戶可以定義每個存儲器段的訪問條件，存儲介質中的數據可以存放 10 年，可以寫入數據的次數為 100000 次。 S50 卡具有超高的保密性，在讀取數據時需要三輪確認， RF 信道的數據也有加密，每個區都有兩套獨立的秘鑰。每個設備有唯一的序列號。
NFC卡
NFC (Near Field Communication)近場通信，這個技術由非接觸式射頻識別（ RFID）演變而來，由飛利浦半導體（現恩智浦半導體公司）、諾基亞和索尼共同研制開發，其基礎是 RFID 及互連技術。 NFC 是一種短距離高頻的無線電技術，在 13.56Mhz 頻率運行于 20cm 距離內。其傳輸速度有 106Kbit/s， 212Kbit/s或者 424Kbit/s 三種。從工作頻率上和看和高頻RFID沒有區別，但他們差距最哪里呢？
NFC 與 RFID 區別：
第一、 NFC 將非接觸讀卡器、非接觸卡和點對點功能整合進一塊單芯片，而 rfid 必須有閱讀器和標簽組成。 RFID 只能實現信息的讀取以及判定，而 NFC 技術則強調的是信息交互。通俗的說 NFC 就是 RFID 的演進版本，雙方可以近距離交換信息。 NFC 手機內置 NFC 芯片，組成 RFID 模塊的一部分，可以當作 RFID無源標簽使用進行支付費用；也可以當作 RFID 讀寫器，用作數據交換與采集，還可以進行 NFC 手機之間的數據通信。
第二、 NFC 傳輸范圍比 RFID 小， RFID 的傳輸范圍可以達到幾米、甚至幾十米，但由于 NFC 采取了獨特的信號衰減技術，相對于 RFID 來說 NFC 具有距離近、帶寬高、能耗低等特點。
第三、應用方向不同。 NFC 看更多的是針對于消費類電子設備相互通訊，有源 RFID 則更擅長在長距離識別。
NFC 的工作模式有卡模式和點對點模式：
卡模式：這個模式其實就是相當于一張采用 RFID 技術的 IC 卡?？梢蕴娲罅康?IC 卡（包括信用卡）場合商場刷卡、公交卡、門禁管制，車票，門票等等。此種方式下，有一個極大的優點，那就是卡片通過非接觸讀卡器的 RF 域來供電，即便是寄主設備（如手機）沒電也可以工作。
點對點模式：這個模式和紅外線差不多，可用于數據交換，只是傳輸距離較短，傳輸創建速度較快，傳輸速度可快些，功耗低（藍牙也類似）。將兩個具備 NFC 功能的設備鏈接，能實現數據點對點傳輸，如下載音樂、交換圖片或者同步設備地址簿。一次通過 NFC，多個設備如數碼相機、 PDA、計算機和手機之間都可以交換資料或者服務。
超高頻RFID和微波RFID卡
我們最常用的微波RFID卡就是我們汽車上的etc卡了，Etc電子標簽機發射信號，高速收費站的接收機接收，可以傳遞車牌照信息，收費信息等。
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