浅谈物联网之RFID技术

浅谈物联网及RFID技术

摘要：RFID作为物联网的核心基础之一，这个产业能否健康发展将直接关系到物联网建设的成败。本文主要介绍了物联网的相关知识和其中一项关键技术RFID的相关原理及其实际使用。

关键词：物联网，RFID,感应器

1．前言

无所不在的物联网通信时代即将来临，物联网是继计算机、互联网之后世界信息技术的第三次革命，据美国独立市场研究机构Forreter预测，物联网所带来的产业价值要比互联网大30倍，将形成下一个上万亿元规模的高科技市场。不管是IBM提出的智慧地球，还是温家宝总理在无锡提出的感知中国，都意味着物联网将是当下最热门最具竞争性的产业。而物联网的关键技术RFID在2006年高科技项目申报国家拨款1亿2800乃人民币用以支持20项课题研究中，RFID研究约占全部经费的50％。由此可见，RFID技术对于物联网的重要性。

2．物联网

2.1物联网概念、定义

“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品和物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。念“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品和物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、

全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品和互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概。其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品和互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。

2.2物联网的体系结构

图1 物联网体系结构图

2.3 物联网的关键技术

（1）RFID（Radio Frequency IDentification）又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术。

（2）无线传感技术：借助于各种传感器，探测和集成包括温度、湿度、压力、速度等物质现象的技术。

（3）M2M（Machine-to-Machine/Man）是一种以机器终端智能交互为核心的、网络化的使用和服务技术。

（4）云计算指IT基础设施的交付和使用模式，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源。

2.4 物联网的开展步骤

可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。

（1）标识：对物体属性进行标识,属性包括静态和动态的属性,静态属性可以直接存储在标签中,动态属性需要先由传感器实时探测。

（2）感知：需要识别设备完成对物体属性的读取。

（3）处理：将信息转换为适合网络传输的数据格式。

（4）信息传送：将物体的信息通过网络传输到信息处理中心，由处理中心完成物体通信的相关计算。

在物联网中有一项关键的技术就是RFID射频识别技术，下面我就来着重的介绍一下它

3．RFID

3.1 RFID的定义和组成

RFID射频识别是由20世纪90年代兴起的一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID系统一般由RFID系统由阅读器、应答器（标签）和使用系统三部分组成，通过电波在响应媒介和询问媒介间传递信息。阅读器，一般是一

台内含天线和芯片解码器的阅读(有时还可以写入)设备，可设计为手持式或固定式；阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别体的目的。通常阅读器和电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。使用系统，一般是由计算机支撑的有线或无线管理系统。视不同使用要求，对于实时型的智能型控制器，不一定必须要有后台使用系统。标签，主要是射频标签，响应端内含天线，两者组成所谓的“雷达收发机”，以卡、标签等形式存在。

3.2 RFID的基本工作原理

工作原理是阅读器发射一特定频率的无线电波能量给应答器, 用以驱动转发器电路将内部的数据送出，此时阅读器便依序接收解读数据, 送给使用程序做相应的处理。以RFID 卡片阅读器及

电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成, 感应偶合(Inductive Coupling) 及后向散射偶合(Backscatter Coupling)两种, 一般低频的RFID大都采用第一种式, 而较高频大多采用第二种方式

3.3 RFID工作频率及特性

目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频的频率范围内的符合不同标准的不同的产品,而且不同频段的RFID产品

会有不同的特性。其中感应器有无源和有源两种方式。

3.3.1无源感应器

（1）低频(从125KHz到134KHz)

其实RFID技术首先在低频得到广泛的使用和推广。该频率主要是通过电感耦合的方式进行工作, 也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器耦合作用.通过读写器交变场的作用在感

应器天线中感应的电压被整流,可作供电电压使用. 磁场区域能够很好的被定义，但是场强下降的太快。

特性：

a)工作在低频的感应器的一般工作频率从120KHz到134KHz, TI 的工作频率为134.2KHz。该频段的波长大约为2500m.

b)除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离。

c)工作在低频的读写器在全球没有任何特殊的许可限制。

d)低频产品有不同的封装形式。好的封装形式就是价格太贵，但是有10年以上的使用寿命。

e)虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域。

f)相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢。

g)感应器的价格相对和其他频段来说要贵。

(2)高频(工作频率为13.56MHz)

在该频率的感应器不再需要线圈进行绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式进行工作。也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天

线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。如果人们通过数据控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从感应器传输到读写器。

特性：

a)工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m。

b)除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。感应器需要离开金属一段距离。

c)该频段在全球都得到认可并没有特殊的限制。

d)感应器一般以电子标签的形式。

e)虽然该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域.

f)该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签。

g)可以把某些数据信息写入标签中。

h)数据传输速率比低频要快，价格不是很贵。

(3)超高频(工作频率为860MHz到960MHz之间)

超高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是很快，但是读取的区域不是很好进行定义。该频段读取距离比较远，无源可达10m左右。主要是通过电容耦合的方式进行实现。

特性：

a)在该频段，全球的定义不是很相同－欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz，北美定义的频段为902到905MHz之间，在日本建议的频段为950到956之间。该频段的波长大概为30cm左右。

b)目前，该频段功率输出目前统一的定义(美国定义为4W，欧洲定义为500mW)。可能欧洲限制会上升到2W EIRP。

c)超高频频段的电波不能通过许多材料，特别是水，灰尘，雾等悬浮颗粒物资。相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来。

d)电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计，满足不同使用的需求。

e)该频段有好的读取距离，但是对读取区域很难进行定义。

f)有很高的数据传输速率，在很短的时间可以读取大量的电子标签。

3.3.2 有源RFID技术（2.45GHz、5.8G）

有源RFID具备低发射功率、通信距离长、传输数据量大,可靠性高和兼容性好等特点,和无源RFID相比,在技术上的优势非

常明显。被广泛地使用到公路收费、港口货运管理等使用中。3.4 RFID技术的使用体现

（1）工业领域：使用在制造业供应链管理、生产过程工艺优化、产品设备监控管理、环保监测及能源管理、工业安全生产管理等方面。可大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。

（2）农业领域：使用在温室环境信息采集和控制、节水灌溉、环境信息和动植物信息监测、智能粮库系统等方面。可以根据用户需求，随时进行处理，为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动

控制和智能化管理提供科学依据。

（3）智能电网领域：智能电网将会形成一个以电网为依托，覆盖城乡各用户及用电设备的庞大的物联网络，成为"感知中国"的最重要基础设施之一。智能电网和物联网的相互渗透、深度融合和广泛使用，将能有效整合通信基础设施资源和电力系统基础设施资源，进一步实现节能减排，提升电网信息化、自动化、互动化水平，提高电网运行能力和服务质量。

（4）智能家居：将各种家庭设备通过程序设置，使设备具有自动功能，通过中国电信的宽带、固话和3G无线网络，可以实现对家庭设备的远程操控。和普通家居相比，智能家居不仅提供舒适宜人且高品位的家庭生活空间，还能实现更智能的家庭安防系统。

（5）医疗领域：智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备，对家中病人或老人的生理指标进行自测，并将生成的生理指标数据通过中国电信的固定网络或3G无线网络传送到护理人或有关医疗单位。

（6）城市安保领域：智能城市产品实现对城市的数字化管理和城市安全的统一监控、统一存储和统一管理、为城市管理和建设者提供一种全新、直观、视听觉范围延伸的管理工具。

（7）环境监测领域：环境监测领域使用是通过对实施地表水水质的自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况，预警预报重大或流域性水质污染事故，解决跨行政区域的水污染事故纠纷，监督总量控制制度落实情况。

（8）智能交通领域：智能交通系统包括公交行业无线视频监控平台、智能公交站台、电子票务、车管专家和公交手机一卡通五种业务。这几种业务更是和在城市生活的百姓们息息相关，为群众提供了很大的便利。

（9）智能司法领域:智能司法是一个集监控、管理、定位、矫正于一身的管理系统,能够帮助各地各级司法机构降低刑罚成本、提高刑罚效率。为工作人员的日常工作提供了信息化、智能化的高效管理平台。

（10）智能校园领域：中国电信的校园手机一卡通和金色校园业务，促进了校园的信息化和智能化。手机一卡通实现的功能包括电子钱包、身份识别、门禁、考勤、图书借阅、短信互动等

金色校园更适合中小学行业，帮助他们实现了学生管理电子化，老师排课办公无纸化和学校管理的系统化。

4. 总结

物联网的到来，标志着人类正在酝酿着一场更大的科技革命，物联网开始在概念和现实的对接中萌芽。作为物联网核心技术的RFID 技术，也在正逐步走入成长的新局面，但在发展的道路上，也必将面临多个困难，这就需要全社会在物联网业务模式和关键技术上同步进行努力。我相信物联网及RFID技术未来的推广将实现最大智能化使用，提高我们的生活质量。