RFID系统的基本工作原理

文章目录

1. RFID的定义
2. RFID与条码技术相比有哪些优势
3. RFID标签的分类
4. RFID系统的基本工作原理
- 4.1 RFID系统的组成
- 4.2 RFID标签的组成
- 4.3 RFID读写器的组成
- 4.4 RFID天线
- 4.5 RFID基本交互原理
- 4.6 被动式RFID标签工作原理
- 4.7 主动式RFID标签工作原理
- 4.8 半主动RFID标签工作原理

1. RFID的定义

RFID（Radio Frequency Identification）是利用无线射频信号空间耦合的方式，实现无接触的标签信息自动传输与识别的技术。

RFID标签又称为“射频标签”或“电子标签”。

RFID标签由RFID芯片、天线、电路三部分组成。

2. RFID与条码技术相比有哪些优势

不需要光源，甚至可以透过外部材料读取数据。
使用寿命长，能在恶劣环境下工作。
能够轻易嵌入或附着在不同形状或类型的产品上。
读取距离更远。
可以写入及存取数据，写入时间相比打印条码更少。
标签的内容可以动态改变。
能够同时处理多个标签。
标签的数据存取有密码保护，安全性更高。
可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位。

3. RFID标签的分类

以6种不同的分类方式进行如下分类

4. RFID系统的基本工作原理

4.1 RFID系统的组成

最基本的RFID系统由三部分组成：
(1) 电子标签(即RFID标签)
(2)阅读器（读写器）
(3)天线

4.2 RFID标签的组成

如图所示

数据读出：
时钟把所有电路功能时序化，以使存储器中的数据在精确时间内被传送到读写器；
存储器中的数据是应用系统规定的唯一性编码，在电子标签被安装在识别对象上以前已经被写入。
数据读出时，编码发生器把存储器中的数据编码，调制器接收由编码器编码后的信息，并通过天线电路将此信息发射/反射到读写器

数据写入：
数据写入时，由控制器将天线接收到的信号解码后写入存储器

4.3 RFID读写器的组成

RFID阅读器（读写器）通过天线与RFID电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。

典型的阅读器包含有射频接口模块（发送器和接收器）、逻辑控制单元以及阅读器天线。

射频接口模块
主要包括发射器、射频接收器、时钟发生器和电压调节器，是读写器的射频前端，同时也是影响读写器的关键部位，负责射频信号的发射、接收；
调制电路负责将需要发给电子标签的信号加以调制后再发送；
解调电路负责将解调标签送过来的信号进行放大；
时钟发生器负责产生系统的正常工作时钟
控制模块
是整个读写器工作的控制中心、智能单元，是读写器的“大脑”，读写器工作时由逻辑控制模块发出指令，射频接口模块按照不同的指令做出不同的操作；
主要由微控制器、存储单元和应用接口驱动电路；
微控制器可以完成信号的编解码，数据的加密以及执行防碰撞算法；
存储单元负责存储一些程序和数据；
应用接口负责与上位机进行输入输出的通信
天线
是发射接收射频载波信号的设备；
负责读写器中的电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签，或者接收标签发送过来的射频载波信号并将其转化成电流信号；
内置、外置；
天线的设计对阅读器的工作性能来说非常重要，对于无源标签来说，其工作能量均有天线提供

4.4 RFID天线

天线部分包括读写器天线和标签天线。当工作频率增加到微波区域的时候，天线与标签芯片之间的匹配问题变得更加重要。

4.5 RFID基本交互原理

电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据交换。

发生在阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种：电感耦合方式(磁耦合)和反向散射耦合方式(电磁场耦合)两大类。

4.6 被动式RFID标签工作原理

被动式RFID标签也叫做“无源RFID标签”
无源RFID标签接近读写器时，标签处于读写器天线辐射形成的近场范围内
RFID标签天线通过电磁感应产生感应电流，感应电流驱动RFID芯片电路
芯片电路通过RFID标签天线将存储在标签中的标识信息发送给读写器，读写器天线再将接收到的标识信息发送给主机
无源标签工作过程就是读写器向标签传递能量，标签向读写器发送标签信息的过程
读写器与标签之间能够双向通信的距离称为“可读范围”或“作用范围”

4.7 主动式RFID标签工作原理

主动式RFID标签也叫做“有源RFID标签”
处于远场的有源RFID标签由内部配置的电池供电
从节约能源、延长标签工作寿命的角度，有源RFID标签可以不主动发送信息
当有源标签接收到读写器发送的读写指令时，标签才向读写器发送存储的标识信息
有源标签工作过程就是读写器向标签发送读写指令，标签向读写器发送标识信息的过程

4.8 半主动RFID标签工作原理

半主动式RFID标签继承了无源标签体积小、重量轻、价格低、使用寿命长的优点，内置的电池在没有读写器访问的时候，只为芯片内很少的电路提供电源
只有在读写器访问时，内置电池向RFID芯片供电，以增加标签的读写距离较远，提高通信的可靠性
半主动式RFID标签一般用在可重复使用的集装箱和物品的跟踪上