嵌入式設計中的RFID技術應用方案解析

來源：RFID世界網

RFID(射頻識別)技術有潛力成為嵌入式系統設計中的一種常見的重要組成部分。除了在庫存管理領域的傳統作用以外，RFID標簽和高速長距離閱讀器的新進展使嵌入式系統設計者能輕松納入多種特性，比如門禁、防偽、簡便支付、醫學鑒定、動態定價、產品歷史、遠程資產跟蹤。嵌入式RFID應用一般是把閱讀器包含在產品或系統中，以便添加本地數據收集特性，它們增強了產品的基本功能。如今，人們會在酒店、監獄、醫院、零售網點、農場、賭場、收費公路、工廠以及多種商用和軍用車輛中發現嵌入式RFID應用。隨著嵌入式系統開發者認識到這種技術的價值，并且在新設計中采用它，這些非傳統RFID應用將成為家常便飯。

關于RFID的構想出現于20世紀中期，而如今，它即將成為下一項重大技術。早在第二次世界大戰期間，美國軍方就在使用早期形式的RFID，用來區分敵我的飛機。首批商用RFID應用是在20世紀70、80年代出現的，用于跟蹤和識別單一地點內的物品。但是，在早期部署的RFID當中，許多RFID應用的開發者都把專有技術作為它們的基礎，每一種都使用獨特的通信方法，并且要求由生產標簽的公司提供專門的閱讀器硬件。標準化的缺乏導致行業分散、采用速度緩慢，并且實際表現落后于對RFID技術的大肆宣傳。如今，開發者正在糾正大多數早期問題，RFID也成為成長中的行業，在物流、門禁、防偽、物品級(item-level)庫存、非接觸支付和多種新型嵌入式系統應用中有專用系統。

RFID技術最基本而又最普遍的用途之一就是EAS(商品電子防盜)系統，零售商用它來發起一場針對入店行竊犯罪的高科技“戰爭”。這類犯罪使該行業每年損失數十億美元，損失如此之大，零售商很容易找到理由購買昂貴的電子系統來遏制盜竊。EAS系統采用了大型天線板和各種尺寸的保安標簽，前者安裝于商店出口，后者掛在高風險商品上。所有EAS系統的基本原理均包括使用發射器和接收器，前者在商店出口區創建電磁場，后者則能檢測電磁場里的變化。在經過出口時，保安標簽內的小型調諧電路或磁性材料會使電磁場發生足夠大的變化，使接收器能檢測到變化并啟動警報。當顧客購買物品后，店員必須取下保安標簽或使其失效，防止在顧客離開商店時響起報警聲。

反射數據

多數較新型RFID體系結構的開發者都把低成本轉發器(或稱標簽)作為體系結構的基礎，它們由一塊用于數據存儲與通信的IC以及一根外部天線組成。標簽有兩個基本類型：無源型和有源型。無源標簽不含電源，并依靠來自閱讀器的射頻信號在天線中感生小電流，該電流足以發射響應信號。RFID標簽通過改變來自閱讀器的射頻信號的反射能量大小來發射數據。無源標簽的工作距離可達30英尺，這取決于閱讀器的功率輸出、天線結構、工作頻率。BielomaTIk公司的RF-LoopTag是一種可擴充的天線裝置，同時提供短距離和中距離無源RFID標簽。

可以用自帶電源(如內部電池)的有源RFID標簽來顯著延長距離。有源標簽能以更高的功率級別發射數據，并且一般比無源類型更準確。有源標簽一般用于軍用車輛或者集裝箱等高價物品。RFID系統的天線結構取決于應用、閱讀期間的環境、工作頻率。

政府部門已為RFID分配了幾個頻帶，但在全球并不統一。LF(低頻)器件工作于125kHz至134kHz范圍，并用于門禁、動物識別、資產跟蹤、汽車安全密鑰卡等應用。HF(高頻)13.56MHz標簽用于閱讀距離小于3英尺的應用。與其它頻帶不同的是，HF標簽在金屬或水附近發射數據時，不易受干擾。860MHz～960MHzUHF(超高頻)頻帶在新應用中很流行，這是因為它的閱讀距離為3m～5m，數據交換速率更高。典型的UHF應用包括某些資產跟蹤，其中的標簽掛于托盤和集裝箱，在它們經過裝有閱讀器的入口時，操作工能發現它們并做記錄。

過去幾年，人們集中精力來為每個頻帶的標簽和閱讀器創建一套統一的標準。ISO和IEC已創建了若干包含頻率、數據編碼方法、RFID技術使用等多個方面的RFID標準。例如，ISO/IEC14443和15693標準為支付系統、非接觸智能卡、近程卡中使用的RFID標簽定義了通信接口協議。ISO還為RFID標簽和閱讀器的性能測試創建了標準。另外，ISO/IEC18000系列包含了用于跟蹤供應鏈貨物的自動識別系統與物品管理系統專用的空中接口協議。

轉發器

有幾家制造商生產標簽中使用的RFID轉發芯片。例如，德州儀器公司(TI)提供一個Tag-itHF-1加轉發器IC產品線，符合ISO/IEC15693全球標準，該標準面向產品驗證、門禁、資產標簽、供應鏈管理、票務應用。這些產品提供用戶可訪問的存儲器和一個內容廣泛的命令集，前者容量達2048bit，由64個塊組成，后者用于選擇標簽并閱讀、寫入或鎖定存儲的數據。這些器件通過一個工廠編程和鎖定的唯一識別碼來識別出現在閱讀器的射頻場中的多個轉發器。依照ISO/IEC15693，使用工作于高數據速率或低數據速率的ASK或FSK調制來完成閱讀器與轉發器之間的通信或下行鏈路通信。轉發器的回答方式與閱讀器用來詢問它的方式相同。該技術對上行鏈路通信和下行鏈路通信執行幀同步，并用CRC校驗來保證它們的安全。