RFID无线技术介绍

来源:百家号
：物联网电子世界

RFID 即 Radio Frequency Identification， 也就是我们常说的射频识别技术， 也叫电子标签技术。其原理是利用电磁场自动识别和跟踪附着在物体上的标签。标签包含电子存储的信息。RFID分为分为有源标签和无源标签
，无源标签没有电池
，它从附近的RFID阅读器的无线电波中收集能量来给自己供电并且发送信息。有源标签有一个本地电源(如电池)
，可以被RFID阅读器在百米内识别。与条形码不同的是，标签不需要在阅读器的视线范围内，因此它可能嵌入到被跟踪的对象中
。RFID是一种自动识别和数据捕获(AIDC)的方法
。
RFID标签在许多行业都有应用。例如，在汽车生产过程中附加的RFID标签可以用来跟踪其在装配线上的进度

，带有RFID标签的药品可以通过仓库进行跟踪，在家畜和宠物身上植入RFID微芯片可以对动物进行主动识别。
RFID的分类
RFID根据工作频率可以分为低频卡，高频卡
，超高频卡
，微波

，NFC卡
。低频卡的频率一般是125KHz-134KHz，高频卡和NFC卡频率是13.56M
，超高频卡一般是433Mhz和915Mhz
，微波是2.4GHz、5.8Ghz或更高。低频卡和高频卡,NFC卡一般是无源的
，UHF和微波的卡大部分是有源的
。频率越高
，传输速度越快，所以低频卡只能传递很有限的信息
，而高频卡可以传递大量的信息
。
RFID系统的组成
RFID系统一般由电子标签，读卡器
，计算机三部分组成
。
电子标签：
无源电子标签里面含有芯片和天线，天线接收射频的无线电信息
，并感应出一定的电动势
，给芯片供电，无源电子标签由于没有电池，传输距离比较近，只有几厘米到十几厘米

，由于无源电子标签没有电池，只有一个芯片和天线，可以做成非常小巧和超薄形状

。有源电子标签里面有电池，就相当于一个无线电发射器
，所以传输距离比无源卡要远很多

，可以长达几百米，但由于含有电池


，所以体积不容易做的很小和薄，并且寿命有限，成本较高。
读卡器
：
读卡器是利用射频技术读写电子标签的设备，对于无缘标签来说需要产生一定的电磁场来感应无源标签的天线，对有源标签则需要一个接收天线，读卡器读取电子标签的数据
，把它转换成一定的格式，并传递给计算机。
RFID的工作原理
RFID 的基本工作原理大致是这样的
，下面是无源标签的工作过程。
1. RF标签接收来自读写器的无线电波。
2.由于电磁感应，电磁感应的电电动势在RF标签中产生。
3. IC芯片由电动势激活，并且IC芯片的信息被编码
。
4.从RF标签的天线发送信号。
5.读写器天线接收信号。
6.读写器对信号进行解码（解码）并将数据传输到外部
。
电磁感应
有源标签的工作原理和无源标签的主要不同点在不需要RFID标签接收读写器的无线电波，而感应出电动势，它是主动的向RFID读卡器发送信号，RFID读卡器对有源标签发送的信号进行解码。
电磁波辐射方法
低频RFID
低频的RFID工作频率大致为125k到134k之间
，这个频率的电磁波
，除了金属材料，一般的材料都可以穿透
，它的读写区域磁场比较均匀，工作较为稳定。由于频率较低，要使用很多匝线圈才能接受到比较强的信号，使得这种射频卡的厚度比较大。
低频RFID卡
低频卡线圈
EM4095低频读卡器原理图
上图为常用的em4095芯片的低频读卡器原理图，它的数据输出是曼彻斯特编码
。数据格式如下图
频卡使用最多的场景是小区的门禁卡。
高频RFID
这个频率的感应线圈不需要那么多铜线进行绕制
，可以通过印刷电路板的方式制作天线，体积比低频的RFID卡薄很多
。高频RFID卡工作频率是13.56兆赫兹，除了金属材料外
，大多数的材料都可以被穿透，但是会降低读写距离，感应器需要离开金属一段距离

。
使用最广泛的高频卡是S50卡

，S50 卡工作距离最高可达 100mm（由天线的结构决定），工作频率为 13.56Mhz，数据传送速度可达106Kbit/s，由于有16位的CRC校验，奇偶校验等措施所以数据高度可靠
。 S50卡中的数据存储介质为EEPROM
，大小为 1K，分成 16 个区，每个区又分成 4 个段，每个段中有 16 个字节，用户可以定义每个存储器段的访问条件，存储介质中的数据可以存放 10 年，可以写入数据的次数为 100000 次。 S50 卡具有超高的保密性，在读取数据时需要三轮确认
， RF 信道的数据也有加密， 每个区都有两套独立的秘钥
。每个设备有唯一的序列号。
NFC卡
NFC (Near Field Communication)近场通信
，这个技术由非接触式射频识别（ RFID）演变而来
，由飞利浦半导体（现恩智浦半导体公司）、 诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是 RFID 及互连技术。 NFC 是一种短距离高频的无线电技术
， 在 13.56Mhz 频率运行于 20cm 距离内。其传输速度有 106Kbit/s
， 212Kbit/s或者 424Kbit/s 三种。从工作频率上和看和高频RFID没有区别，但他们差距最哪里呢
？
NFC 与 RFID 区别：
第一、 NFC 将非接触读卡器
、非接触卡和点对点功能整合进一块单芯片
，而 rfid 必须有阅读器和标签组成
。 RFID 只能实现信息的读取以及判定，而 NFC 技术则强调的是信息交互
。通俗的说 NFC 就是 RFID 的演进版本
，双方可以近距离交换信息。 NFC 手机内置 NFC 芯片，组成 RFID 模块的一部分，可以当作 RFID无源标签使用进行支付费用
；也可以当作 RFID 读写器，用作数据交换与采集，还可以进行 NFC 手机之间的数据通信
。
第二
、 NFC 传输范围比 RFID 小， RFID 的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于 NFC 采取了独特的信号衰减技术，相对于 RFID 来说 NFC 具有距离近、带宽高、能耗低等特点。
第三
、应用方向不同。 NFC 看更多的是针对于消费类电子设备相互通讯，有源 RFID 则更擅长在长距离识别。
NFC 的工作模式有卡模式和点对点模式
：
卡模式：这个模式其实就是相当于一张采用 RFID 技术的 IC 卡。可以替代大量的 IC 卡（包括信用卡）场合商场刷卡、公交卡、门禁管制
，车票
，门票等等
。此种方式下，有一个极大的优点，那就是卡片通过非接触读卡器的 RF 域来供电，即便是寄主设备（如手机）没电也可以工作。
点对点模式
： 这个模式和红外线差不多， 可用于数据交换
， 只是传输距离较短， 传输创建速度较快
，传输速度可快些， 功耗低（蓝牙也类似）
。将两个具备 NFC 功能的设备链接，能实现数据点对点传输
，如下载音乐、交换图片或者同步设备地址簿

。一次通过 NFC，多个设备如数码相机、 PDA、计算机和手机之间都可以交换资料或者服务。
超高频RFID和微波RFID卡
我们最常用的微波RFID卡就是我们汽车上的etc卡了，Etc电子标签机发射信号
，高速收费站的接收机接收，可以传递车牌照信息，收费信息等。
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