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RFID電子標簽應(yīng)用
機器人配件
RFID電子標簽原理介紹：
RFID是什么？RFID是Radio Frequency
Identification的縮寫，即射頻識別，俗稱電子標簽。
什么是RFID技術(shù)？
RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，
操作快捷方便。
埃森哲實驗室首席科學家弗格森認為RFID是一種突破性的技術(shù)："第一，可以識別單個的非常具體的物體，而不是像條形碼那樣只能識別一類物體；第二，其采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)，而條形碼必須靠激光來讀取信息；第三，可以同時對多個物體進行識讀，而條形碼只能一個一個地讀。此外，儲存的信息量也非常大。"
什么是RFID的基本組成部分？
最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：
? 標簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；
? 閱讀器(Reader)：讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式；
? 天線(Antenna)：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。
RFID技術(shù)的基本工作原理是什么？
RFID技術(shù)的基本工作原理并不復雜：標簽進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive
Tag，無源標簽或被動標簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（Active
Tag，有源標簽或主動標簽）；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理�！ �
RFID技術(shù)的典型應(yīng)用是什么？
物流和供應(yīng)管理
生產(chǎn)制造和裝配
航空行李處理
郵件/快運包裹處理
文檔追蹤/圖書館管理
動物身份標識
運動計時
門禁控制/電子門票
道路自動收費
機器人傳感識別
系統(tǒng)組成和工作原理
最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：
1. 標簽(Tag，即射頻卡)：由耦合元件及芯片組成，標簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進行通信。
2. 閱讀器：讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標簽信息的設(shè)備。
3. 天線：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。
有些系統(tǒng)還通過閱讀器的RS232或RS485接口與外部計算機(上位機主系統(tǒng))連接，進行數(shù)據(jù)交換。
系統(tǒng)的基本工作流程是：閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調(diào)和解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構(gòu)動作。
在耦合方式(電感-電磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、從射頻卡到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法(負載調(diào)制、反向散射、高次諧波)以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區(qū)別，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設(shè)計構(gòu)造上都很相似，所有閱讀器均可簡化為高頻接口和控制單元兩個基本模塊。高頻接口包含發(fā)送器和接收器，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動射頻卡并提供能量；對發(fā)射信號進行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡；接收并解調(diào)來自射頻卡的高頻信號。不同射頻識別系統(tǒng)的高頻接口設(shè)計具有一些差異，電感耦合系統(tǒng)的高頻接口原理圖如圖1所示。
閱讀器的控制單元的功能包括：與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的命令；控制與射頻卡的通信過程(主-從原則)；信號的編解碼。對一些特殊的系統(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法，對射頻卡與閱讀器間要傳送的數(shù)據(jù)進行加密和解密，以及進行射頻卡和閱讀器間的身份驗證等附加功能。
射頻識別系統(tǒng)的讀寫距離是一個很關(guān)鍵的參數(shù)。目前，長距離射頻識別系統(tǒng)的價格還很貴，因此尋找提高其讀寫距離的方法很重要。影響射頻卡讀寫距離的因素包括天線工作頻率、閱讀器的RF輸出功率、閱讀器的接收靈敏度、射頻卡的功耗、天線及諧振電路的Q值、天線方向、閱讀器和射頻卡的耦合度，以及射頻卡本身獲得的能量及發(fā)送信息的能量等。大多數(shù)系統(tǒng)的讀取距離和寫入距離是不同的，寫入距離大約是讀取距離的40%～80%。
射頻識別系統(tǒng)讀寫設(shè)備基本原理簡介
射頻標簽讀寫設(shè)備是射頻識別系統(tǒng)的兩個重要組成部分（標簽與讀寫器）之一。射頻標簽讀寫設(shè)備根據(jù)具體實現(xiàn)功能的特點也有一些其他較為流行的別稱，如：閱讀器（Reader），查詢器（Interrogator），通信器（Communicator），掃描器（Scanner），讀寫器（Reader
and Writer），編程器（Programmer），讀出裝置（Reading Device），便攜式讀出器（Portable Readout
Device），AEI設(shè)備（ Automatic Equipment Identification Device）等。
通常情況下，射頻標簽讀寫設(shè)備應(yīng)根據(jù)射頻標簽的讀寫要求以及應(yīng)用需求情況來設(shè)計。隨著射頻識別技術(shù)的發(fā)展，射頻標簽讀寫設(shè)備也形成了一些典型的系統(tǒng)實現(xiàn)模式，本章的重點也在于介紹這種讀寫器的實現(xiàn)原理。
從最基本的原理角度出度，射頻標簽讀寫設(shè)備一般均遵循如圖所示的基本模式。
讀寫器即對應(yīng)于射頻標簽讀寫設(shè)備，讀寫設(shè)備與射頻標簽之間必然通過空間信道實現(xiàn)讀寫器向射頻標簽發(fā)送命令，射頻標簽接收讀寫器的命令后做出必要的響應(yīng)，由此實現(xiàn)射頻識別。此外，在射頻識別應(yīng)用系統(tǒng)中，一般情況下，通過讀寫器實現(xiàn)的對射頻標簽數(shù)據(jù)的無接觸收集或由讀寫器向射頻標簽中寫入的標簽信息均要回送的應(yīng)用系統(tǒng)中或來自應(yīng)用系統(tǒng)，這就形成了射頻標簽讀寫設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)程序之間的接口API（Application
Program
Interface）。一般情況下，要求讀寫器能夠接收來自應(yīng)用系統(tǒng)的命令，并且根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的命令或約定的協(xié)議作出相應(yīng)的響應(yīng)（回送收集到的標簽數(shù)據(jù)等）。
讀寫器本身從電路實現(xiàn)角度來說，又可劃分為兩大部分，即：射頻模塊（射頻通道）與基帶模塊。
射頻模塊實現(xiàn)的任務(wù)主要有兩項，第一項是實現(xiàn)將讀寫器欲發(fā)往射頻標簽的命令調(diào)制（裝載）到射頻信號（也稱為讀寫器/射頻標簽的射頻工作頻率）上，經(jīng)由發(fā)射天線發(fā)送出去。發(fā)送出去的射頻信號（可能包含有傳向標簽的命令信息）經(jīng)過空間傳送（照射）到射頻標簽上，射頻標簽對照射的其上的射頻信號作出響應(yīng)，形成返回讀寫器天線的反射回波信號。射頻模塊的第二項任務(wù)即是實現(xiàn)將射頻標簽反回到讀寫器的回波信號進行必要的加工處理，并從中解調(diào)（卸載）提取出射頻標簽回送的數(shù)據(jù)。
基帶模塊實現(xiàn)的任務(wù)也包含兩項，第一項是將讀寫器智能單元（通常為計算機單元CPU或MPU）發(fā)出的命令加工（編碼）實現(xiàn)為便于調(diào)制（裝載）到射頻信號上的編碼調(diào)制信號。第二項任務(wù)即是實現(xiàn)對經(jīng)過射頻模塊解調(diào)處理的標簽回送數(shù)據(jù)信號進行必要的處理（包含解碼），并將處理后的結(jié)果送入讀寫器智能單元。
一般情況下，讀寫器的智能單元也劃歸基帶模塊部分。智能單元從原理上來說，是讀寫器的控制核心，從實現(xiàn)角度來說，通常采用嵌入式MPU，并通過編制相應(yīng)的MPU控制程序?qū)崿F(xiàn)收發(fā)信號實現(xiàn)智能處理以及與后終應(yīng)用程序之間的接口API。
射頻模塊與基帶模塊的接口為調(diào)制（裝載）/解調(diào)（卸載），在系統(tǒng)實現(xiàn)中，通常射頻模塊包括調(diào)制/解調(diào)部分，并且也包括解調(diào)之后對回波小信號的必要加工處理（如放大、整形）等。射頻模塊的收發(fā)分離是采用單天線系統(tǒng)時射頻模塊必須處理好的一個關(guān)鍵問題。
射頻標簽內(nèi)存信息的寫入方式
射頻標簽讀寫裝置的基本功能是無接觸讀取射頻標簽中的數(shù)據(jù)信息。從功能角度來說，單純實現(xiàn)無接觸讀取射頻標簽信息的設(shè)備稱為閱讀器、讀出裝置、掃描器等。單純實現(xiàn)向射頻標簽內(nèi)存中寫入信息的設(shè)備稱為編程器、寫入器等。綜合具有無接觸讀取與寫入射頻標簽內(nèi)存信息的設(shè)備稱為讀寫器、通信器等。
射頻標簽信息的寫入方式大致可以分為以下三種類型：
（1）射頻標簽在出廠時，即已將完整的標簽信息寫入標簽。這種情況下，應(yīng)用過程中，射頻標簽一般具有只讀功能。只讀標簽信息的寫入，在更多的情況下是在射頻標簽芯片的生產(chǎn)過程中即標簽信息寫入芯片，使得每一個射頻標簽擁有一個唯一的標識UID（如64Bits）。應(yīng)用中，需再建立標簽唯一UID與待識別物品的標識信息之間的對應(yīng)關(guān)系（如車牌號）。只讀標簽信息的寫入也有在應(yīng)用之前，由專用的初始化設(shè)備將完整的標簽信息寫入。
（2）射頻標簽信息的寫入采用有線接觸方式實現(xiàn)，一般稱這種標簽信息寫入裝置為編程器。這種接觸式的射頻標簽信息寫入方式通常具有多次改寫的能力。例如，目前在用的鐵路貨車電子標簽信息的寫入即為這種方式。標簽在完成信息注入后，通常需將寫入口密閉起來，以滿足應(yīng)用中對其防潮、防水、防污等要求。
（3）射頻標簽在出廠后，允許用戶通過專用設(shè)備以無接觸的方式向射頻標簽中寫入數(shù)據(jù)信息。這種專用寫入功能通常與射頻標簽讀取功能結(jié)合在一起形成射頻標簽讀寫器。具有無線寫入功能的射頻標簽通常也具有其唯一的不可改寫的UID。這種功能的射頻標簽趨向于一種通用射頻標簽，應(yīng)用中，可根據(jù)實際需要僅對其
UID進行識讀或僅對指定的射頻標簽內(nèi)存單元（一次讀寫的最小單位）進行讀寫。
應(yīng)用中，還廣泛存在著一次寫入多次讀出WORM（Write Once Read
Many）的射頻標簽。這種WORM概念即有接觸式改寫的射頻標簽存在，也有無接觸式改寫的射頻標簽存在。這類WORM標簽一般大量用在一次性使用的場合，如航空行李標簽，特殊身份證件標簽等。
無論是怎樣的情況，對射頻標簽的寫操作均應(yīng)在一定的授權(quán)控制之下進行。否則，將失去射頻標簽標識物品的意義。
電子標簽耦合類型
根據(jù)射頻識別系統(tǒng)作用距離的遠近情況，射頻標簽天線與讀寫器天線之間的耦合可分為三類。
射頻識別系統(tǒng)中射頻標簽與讀寫器之間的作用距離是射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用中的一個重要問題，通常情況下這種作用距離定義為射頻標簽與讀寫器之間能夠可靠交換數(shù)據(jù)的距離。射頻識別系統(tǒng)的作用距離是一項綜合指標，與射頻標簽及讀寫器的配合情況密切相關(guān)。
根據(jù)射頻識別系統(tǒng)作用距離的遠近情況，射頻標簽天線與讀寫器天線之間的耦合可分為以下三類：（1）密耦合系統(tǒng)；（2）遙耦合系統(tǒng)；（3）遠距離系統(tǒng)。
1、密耦合系統(tǒng)
密耦合系統(tǒng)的典型作用距離范圍從0~1cm。實際應(yīng)用中，通常需要將射頻標簽插入閱讀器中或?qū)⑵浞胖玫阶x寫器的天線的表面。密耦合系統(tǒng)利用的是射頻標簽與讀寫器天線無功近場區(qū)之間的電感耦合（閉合磁路）構(gòu)成無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作的。密耦合系統(tǒng)的工作頻率一般局限在30MHz以下的任意頻率。由于密耦合方式的電磁泄露很小、耦合獲得的能量較大，因而可適合要求安全性較高，作用距離無要求的應(yīng)用系統(tǒng)，如電子門鎖等。
2、遙耦合系統(tǒng)
遙耦合系統(tǒng)的典型作用距離可以達到1m。遙耦合系統(tǒng)又可細分為近耦合系統(tǒng)（典型作用距離為15cm）與疏耦合系統(tǒng)（典型作用距離為1m）兩類。遙耦合系統(tǒng)利用的是射頻標簽與讀寫器天線無功近場區(qū)之間的電感耦合（閉合磁路）構(gòu)成無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作的。遙耦合系統(tǒng)的典型工作頻率為
13.56MHz，也有一些其他頻率，如6.75MHz、27.125MHz等。遙耦合系統(tǒng)目前仍然是低成本射頻識別系統(tǒng)的主流。
3、遠距離系統(tǒng)
遠距離系統(tǒng)的典型作用距離從1m到10m，個別的系統(tǒng)具有更遠的作用距離。所有的遠距離系統(tǒng)均是利用射頻標簽與讀寫器天線輻射遠場區(qū)之間的電磁耦合（電磁波發(fā)射與反射）構(gòu)成無接觸的空間信息傳輸射頻通道工作的。遠距離系統(tǒng)的典型工作頻率為：915MHz、2.45GHz、5.8GHz，此外，還有一些其他頻率，如433MHz等。遠距離系統(tǒng)的射頻標簽根據(jù)其中是否包含電池分為有無源射頻標簽（不含電池）和半無源射頻標簽（內(nèi)含電池）。一般情況下，包含有電池的射頻標簽的作用距離較無電池的射頻標簽的作用距離要遠一些。半無源射頻標簽中的電池并不是為射頻標簽和讀寫器之間的數(shù)據(jù)傳輸提供能量，而是只給射頻標簽芯片提供能量，為讀寫存貯數(shù)據(jù)服務(wù)。
遠距離系統(tǒng)一般情況下均采用反射調(diào)制工作方式實現(xiàn)射頻標簽到讀寫器方向的數(shù)據(jù)傳輸。遠距離系統(tǒng)一般具有典型的方向性，射頻標簽與讀寫器成本目前還處于較高的水平。從技術(shù)角度來說，滿足以下特點的遠距離系統(tǒng)是理想的射頻識別系統(tǒng)：
（1）射頻標簽無源；
（2）射頻標簽可無線讀寫；
（3）射頻標簽與讀寫器支持多標簽讀寫；
（4）適合應(yīng)用于高速移動物體的識別（物體移動速度大于80km/h）；
（5）遠距離（讀寫距離大于5m~10m）；
（6）低成本（可滿足一次性使用要求）；
現(xiàn)實的遠距離系統(tǒng)一般均只能滿足其中的幾款要求。
射頻識別系統(tǒng)模型
[摘要]射頻識別系統(tǒng)工作過程中，空間傳輸通道中發(fā)生的過程可歸結(jié)為三種事件模型，本文以此三種事件模型的描述來介紹射頻識別系統(tǒng)的典型工作方式與工作流程。
射頻標簽（射頻標簽）與閱讀器（讀寫器）之間通過兩者的天線架起空間電磁波傳輸?shù)耐ǖ馈?br>
細分射頻標簽與閱讀器之間的電磁耦合，包含兩種情況：即近距離的電感耦合與遠距離的電磁耦合。在電感耦合方式中，閱讀器一方的天線相當于變壓器的初級線圈，射頻標簽一方的天線相當于變壓器的次級，因而也稱電感耦合方式為變壓器方式。電感耦合方式的耦合中介是空間磁場，耦合磁場在閱讀器線圈初級與射頻標簽線圈次級之間溝成閉合回路。電感耦合方式是低頻近距離無接觸射頻識別系統(tǒng)的一般耦合原理。在電磁耦合方式中，閱讀器的天線將閱讀器產(chǎn)生的讀寫射頻能量以電磁波的方式發(fā)送到定向的空間范圍內(nèi)，形成閱讀器的有效閱讀區(qū)域，位于閱讀器有效閱讀區(qū)域中的射頻標簽從閱讀器天線發(fā)出的電磁場中提取工作電源，并通過射頻標簽的內(nèi)部電路及標簽天線將標簽內(nèi)存的數(shù)據(jù)信息傳送到閱讀器。電磁耦合與電感耦合的差別在于電磁耦合方式中閱讀器將射頻能量以電磁波的形式發(fā)送出去；在電感耦合方式中，閱讀器將射頻能量束縛在閱讀器電感線圈的周圍，通過交變閉合的線圈磁場，溝通閱讀器線圈與射頻標簽線圈之間的射頻通道，沒有向空間輻射電磁能量。
射頻識別系統(tǒng)工作過程中，空間傳輸通道中發(fā)生的過程可歸結(jié)為三種事件模型：
（1）數(shù)據(jù)交換是目的；
（2）時序是數(shù)據(jù)交換的實現(xiàn)方式；
（3）能量是時序得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)。
下面以此三種事件模型的描述來介紹射頻識別系統(tǒng)的典型工作方式與工作流程。
1、能量
閱讀器向射頻標簽供給射頻能量。對于無源射頻標簽來說，其工作所需的能量即由該射頻能量中取得（一般由整流方法將射頻能量轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫创嬖跇撕炛须娙萜骼铮�；對于（半）有源射頻標簽來說，該射頻能量的到來起到了喚醒標簽轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)的作用。完全有源射頻標簽一般不利用閱讀器發(fā)出的射頻能量，因而閱讀器可以較小的能量發(fā)射取得較遠的通信距離。移動通信中的基站與移動臺之間的通信方式可歸入該類模式。
2、時序
對于雙向系統(tǒng)（閱讀器向射頻標簽發(fā)送命令與數(shù)據(jù)、射頻標簽向閱讀器返回所存貯的數(shù)據(jù)）來說，閱讀器一般處于主動狀態(tài)，即閱讀器發(fā)出詢問后，射頻標簽予以應(yīng)答，稱這種方式為閱讀器先講方式。另外一種情況是射頻標簽先講方式，即射頻標簽滿足工作條件后，首先自報家門，閱讀器根據(jù)射頻標簽的自報家門，進行記錄或進一步發(fā)出一些詢問信息與射頻標簽構(gòu)成一個完整對話達成閱讀器對射頻標簽進行識別的目的。
射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用中根據(jù)閱讀器讀寫區(qū)域中允許出現(xiàn)單個射頻標簽或多個射頻標簽的不同，將射頻識別系統(tǒng)稱為單標簽識別系統(tǒng)，或簡稱為射頻識別系統(tǒng)，與多標簽識別系統(tǒng)。在閱讀器的閱讀范圍內(nèi)有多個標簽時，對于具有多標簽識讀功能的射頻識別系統(tǒng)來說，一般情況下，閱讀器處于主動狀態(tài)，即閱讀器先講方式。閱讀器通過發(fā)出一系列的隔離指令，使得讀出范圍內(nèi)的多個射頻標簽逐一或逐批地被隔離（令其睡眠）出去，最后保留一個處于活動狀態(tài)的標簽與閱讀器建立無沖撞的通信。通信結(jié)束后將當前活動標簽置為第三態(tài)（可稱其為休眠狀態(tài)，只有通過重新上電，或特殊命令，才能解除休眠），進一步由閱讀器對被隔離（睡眠）的標簽發(fā)出喚醒命令喚醒一批（或全部）被隔離的標簽，使其進入活動狀態(tài)，再進一步隔離，選出一個標簽通信。如此重復，閱讀器可讀出閱讀區(qū)域內(nèi)的多個射頻標簽信息，也可以實現(xiàn)對多個標簽分別寫入指定的數(shù)據(jù)。
實現(xiàn)多標簽的讀取，現(xiàn)實應(yīng)用中也有采用標簽先講方式的應(yīng)用。多標簽讀寫問題是射頻識別技術(shù)及應(yīng)用中面臨的一個較為復雜的問題，目前已有多種實用方法解決這一問題。解決方案的評價依據(jù)，一般考慮以下三個因素：
（1）多標簽讀取時待讀標簽的數(shù)目；
（2）單位時間內(nèi)識別標簽數(shù)目的概率分布；
（3）標簽數(shù)目與單位時間內(nèi)識讀標簽數(shù)目概率分布的聯(lián)合評估。
理論分析表明，現(xiàn)有的方法都有一定的適用范圍，需根據(jù)具體應(yīng)用情況，結(jié)合上述三點因素對多標簽讀取方案給出合理評價，選出適合具體應(yīng)用的方案。多標簽讀取方案涉及到射頻標簽與閱讀器之間的協(xié)議配合，一旦選定，不易更改。
對于無多標簽識讀功能的射頻識別系統(tǒng)來說，當閱讀器的讀寫區(qū)域內(nèi)同時出現(xiàn)多個標簽時，由于多標簽同時響應(yīng)閱讀器發(fā)出的詢問指令，會造成閱讀器接收信息相互沖突而無從讀取標簽信息，典型情況是一個標簽信息也讀不出來。
3、數(shù)據(jù)傳輸
射頻識別系統(tǒng)所完成的功能可歸結(jié)為數(shù)據(jù)獲取的一個便利手段，因而國外也有將其歸為自動收集數(shù)據(jù)ADC（Automatic Data
Capture）技術(shù)范疇。射頻識別系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換包含兩個方面的含義：
（1）從閱讀器向射頻標簽方向的數(shù)據(jù)交換；
（2）從射頻標簽到閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換。
根據(jù)具體實現(xiàn)系統(tǒng)的不同，以及理解層面的不同，上述兩個方面的含義會有不同的理解和解釋，下面分別給予簡單討論。
3.1.從閱讀器向射頻標簽方向的數(shù)據(jù)交換
從射頻識別系統(tǒng)實現(xiàn)過程中的純技術(shù)層面來說，如果將注意力放在射頻標簽中存貯信息的注入方式來說，閱讀器向射頻標簽方向的數(shù)據(jù)交換可分為兩種情況，即有線寫入方式和無線寫入方式。具體采用何種方式，需結(jié)合應(yīng)用系統(tǒng)需求、代價，技術(shù)實現(xiàn)的難易程度等因素來定。
在有線寫入方式下，閱讀器的作用是向射頻標簽（中的存貯單元）寫入數(shù)據(jù)信息。閱讀器更多地被稱為編程器。根據(jù)射頻標簽存貯單元及編程寫入控制電路的設(shè)計情況，寫入可以是一次性寫入不能修改，也可以是允許有線多次改寫的情形。另外一種寫入情形是，在絕大多數(shù)通用射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用中，每個射頻標簽要求具有唯一的標識。這種唯一的標識被稱為射頻標簽的ID號，通常在標簽出廠時已被固化在射頻標簽內(nèi)，用戶無法修改。ID號的固化過程可以在射頻標簽芯片生產(chǎn)過程中完成，也可以在射頻標簽應(yīng)用指定后的初始化過程中完成。無論在何時完成，都是以有線（解觸）方式實現(xiàn)ID號的寫入。
對于聲表面波SAW射頻標簽以及其它無芯片射頻標簽來說，一般均在標簽制造過程中將標簽ID號固化到標簽記憶體中。
無線寫入方式是射頻識別系統(tǒng)中閱讀器向射頻標簽方向數(shù)據(jù)交換的另外一種情況。根據(jù)射頻識別系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)方面的一些原因，一般情況下應(yīng)盡可能地不要采用無線寫入方式，尤其是在射頻識別系統(tǒng)工作過程中。這種建議的主要原因有以下幾點：
（1）具有無線寫入功能的射頻識別系統(tǒng)屬于相對復雜的系統(tǒng)，能夠采用簡單系統(tǒng)解決應(yīng)用問題即采用簡單系統(tǒng)是一般的工程設(shè)計原理。其背后隱含著簡單系統(tǒng)較復雜系統(tǒng)成本更低、可靠性更高、培訓、維護成本更低。
（2）采用集成電路芯片的射頻標簽寫入信息要求的能量比讀出信息要求的能量要大得多，可以10倍的量級進行估算。這就造成射頻標簽無線寫入過程花費的時間要比從中讀取等量數(shù)據(jù)信息花費的時間要長許多。
（3）無線寫入后一般均應(yīng)對寫入結(jié)果進行檢驗，檢驗的過程是一個讀取過程，因而造成寫入過程所需時間進一步增加。
（4）寫入過程花費時間的增加非常不利于射頻識別在鑒別高速移動物體方面的應(yīng)用。這很容易理解，閱讀器與射頻標簽之間經(jīng)空間傳輸通道交換數(shù)據(jù)過程中，數(shù)據(jù)是一位一位排隊串行進行的，其排隊行進的速度由射頻識別系統(tǒng)設(shè)計時決定。將射頻標簽看作數(shù)據(jù)信息的載體，數(shù)據(jù)信息總是以一定長度的數(shù)據(jù)位組成，因而讀取或?qū)懭脒@些數(shù)據(jù)信息位要花費一定的時間。移動物體運動的速度越高，通過閱讀區(qū)域所花費的時間就越少。當有無線寫入要求時，必將限制物體的運動速度以保證有足夠的時間用于寫入信息。
（5）無線寫入過程面臨著射頻標簽信息的安全隱患。由于寫入通道處于空間暴露狀態(tài)，這給蓄謀攻擊者提供了改寫標簽內(nèi)容的機會。
另一方面，如果將注意力放在閱讀器向射頻標簽是否發(fā)送命令方面，也可分為兩種情況，即射頻標簽只接受能量激勵和既接受能量激勵也接受閱讀器代碼命令。
射頻標簽只接受能量激勵的系統(tǒng)屬于較簡單的射頻識別系統(tǒng)。這種射頻識別系統(tǒng)一般不具備多標簽識別能力。射頻標簽在其工作頻帶內(nèi)的射頻能量激勵下，被喚醒或上電，同時將標簽存貯的信息反射出來。目前在用的鐵路車號識別系統(tǒng)即采用這種方式工作。
同時接受能量激勵和閱讀器代碼命令的系統(tǒng)屬于復雜射頻識別系統(tǒng)。射頻標簽接受閱讀器的指令無外乎是為了做兩件事，即無線寫入和多標簽讀取。
3.2.從射頻標簽向閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換
射頻標簽的工作使命即是實現(xiàn)由標簽向閱讀器方向的數(shù)據(jù)交換。其工作方式包括：
（1）射頻標簽收到閱讀器發(fā)送的射頻能量時，即被喚醒并向閱讀器反射標簽存貯的數(shù)據(jù)信息；
（2）射頻標簽受到閱讀器發(fā)送的射頻能量被激勵后，根據(jù)接收到的閱讀器的指令情況轉(zhuǎn)入發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)或"睡眠/休眠"狀態(tài)。
從工作原理上來說，第一種工作方式屬單向通信，第二種工作方式為半雙工雙向通信
在射頻識別系統(tǒng)中的天線問題
[摘要]在RF裝置中，工作頻率增加到微波區(qū)域的時候，天線與標簽芯片之間的匹配問題變得更加嚴峻。
天線的目標是傳輸最大的能量進出標簽芯片。這需要仔細的設(shè)計天線和自由空間以及其相連的標簽芯片的匹配。本文考慮的頻帶是435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8
GHz，在零售商品中使用。天線必須：
足夠的小以至于能夠貼到需要的物品上；
有全向或半球覆蓋的方向性；
提供最大可能的信號給標簽的芯片；
無論物品什么方向，天線的極化都能與讀卡機的詢問信號相匹配；
具有魯棒性；
非常便宜。
在選擇天線的時候的主要考慮是：
天線的類型；
天線的阻抗：
在應(yīng)用到物品上的RF的性能；
在有其他的物品圍繞貼標簽物品時的RF性能。
可能的選擇
這里有兩種使用方式：一）貼標簽的物品被放在倉庫中，有一個便攜裝置，可能是手持式，詢問所有的物品，并且需要它們給予信息反饋信息；二）在倉庫的門口安裝讀卡設(shè)配，詢問并記錄進出物品。還有一個主要的選擇是有源標簽還是無源標簽[1],[2]。
可選的天線
在435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz 頻率是用的RFID系統(tǒng)中，可選的天線有幾種，見下表，它們重點考慮了天線的尺寸。這樣的小天線的增益是有限的，增益的大小取決于輻射模式的類型，全向的天線具有峰值增益0到2
dBi；方向性的天線的增益可以達到6 dBi。增益大小影響天線的作用距離。下表中的前三個種類的天線是線極化的，但是微帶面天線可以使圓極化的，對數(shù)螺旋天線僅僅是圓極化的。由于RFID標簽的方向性是不可控的，所以讀卡機必須是圓極化的。一個圓極化的標簽天線可以產(chǎn)生3
dB 以強的信號。
阻抗問題
為了最大功率傳輸，天線后的芯片的輸入阻抗必須和天線的輸出阻抗匹配。幾十年來，設(shè)計天線與50 或 70
歐姆的阻抗匹配，但是可能設(shè)計天線具有其他的特性阻抗。例如，一個縫隙天線可以設(shè)計具有幾百歐姆的阻抗。一個折疊偶極子的阻抗可以是一做個標準半波偶極子阻抗的20倍。印刷貼片天線的引出點能夠提供一個很寬范圍的阻抗(通常是
40 到
100歐姆)。選擇天線的類型，以至于它的阻抗能夠和標簽芯片的輸入阻抗匹配是十分關(guān)鍵的。另一個問題是其他的與天線接近的物體可以降低天線的返回損耗。對于全向天線，例如雙偶極子天線，這個影響是顯著的。改變雙偶極子天線和一聽番茄醬的間距做了一些實際測量，顯示了一些變化，見圖4和圖5。其他的物體也有相似的影響。此外是物體的介電常數(shù)，而不是金屬，改變了諧振頻率。一塑料瓶子水降低了最小返回損耗頻率16%。當物體與天線的距離小于62.5
mm的時候，返回損耗將導致一個3.0 dB的插入損耗，而天線的自由空間插入損耗才0.2
dB�？梢栽O(shè)計天線使它與接近物體的情況相匹配，但是天線的行為對于不同的物體和不同的物體距離而不同。對于全向天線是不可行的，所以設(shè)計方向性強的天線，它們不受這個問題的影響。
輻射模式
在一個無反射的環(huán)境中測試了天線的模式，包括了各種需要貼標簽的物體，在使用全向天線的時候性能嚴重下降。圓柱金屬聽引起的性能下降是最嚴重的，在它與天線距離50mm的時候，反回的信號下降大于20
dB (見圖6)。天線與物體的中心距離分開到100—150mm的時候，反回信號下降約10 到12
dB。在與天線距離100mm的時候，測量了幾瓶水（塑料和玻璃），見圖7，反回信號降低大于10 dB。在蠟紙盒的液體，甚至蘋果上做試驗得到了類似的結(jié)果。
局部結(jié)構(gòu)的影響
在使用手持的儀器的時候，大量的其他臨近物體的使讀卡機天線和標簽天線的輻射模式嚴重失真。這可以對于2.45
GHz的工作頻率計算，假設(shè)一個代表性的幾何形狀，見圖8,9,10，和自由空間相比，顯示返回信號降低了10dB，在雙天線同時使用的時候，比預料的模式下降的更多。圖11和圖12是在一個天線前的一個橫截平面的接收信號等高線圖，顯示了嚴重的失真。在倉庫的使用環(huán)境下，一個物品盒子具有一個標簽會有問題，幾個標簽貼在一個盒子上以確保所有時候都有一個標簽是可以看見的。便攜系統(tǒng)的使用有幾個天線的問題。每個盒子兩個天線足夠適合門禁裝置探測，這樣局部結(jié)構(gòu)的影響變得不再重要，因為門禁裝置的讀卡機天線被固定在倉庫的出入，并且直接指向貼標簽的物體。
距離
RFID 天線的增益和是否使用有源的標簽芯片將影響系統(tǒng)的使用距離。樂觀的考慮，在電磁場的輻射強度符合UK的相關(guān)標準時，2.45 GHz
的無源情況下，全波整流，驅(qū)動電壓不大于3伏，優(yōu)化的RFID天線阻抗環(huán)境(阻抗 200 或 300
歐姆)，使用距離大約是1米[3]。如果使用WHO限制[4]則更適合于全球范圍的使用，但是作用距離下降了一半。這些限制了讀卡機到標簽的電磁場功率。作用距離隨著頻率升高而下降。如果使用有源芯片作用距離可以達到5到10米。
總結(jié)
全向天線應(yīng)該避免在標簽中使用，然而是可以使用方向性天線，它具有更少的輻射模式和返回損耗的干擾。天線類型的選擇必須使它的阻抗與自由空間和ASIC匹配。在一個倉庫中使用天線好像是不可行的，除非使用有源標簽，但是在任何情況下，倉庫內(nèi)的天線輻射模式將嚴重失真。一個門禁系統(tǒng)的使用將是好的選擇，可以使用短作用距離的無源標簽。當然門禁系統(tǒng)比手持的儀器昂貴，但是手持儀器工作人員需要使用它到倉庫搜尋物品，人員費用同樣昂貴。在門禁系統(tǒng)中，每一個物品盒子，僅需要2個而不是4個或6個RFID標簽。
射頻識別工作頻段
射頻識別系統(tǒng)工作頻率的選擇要顧及其他無線電服務(wù)，不能對其服務(wù)造成干擾和影響。
因為射頻識別系統(tǒng)產(chǎn)生并輻射電磁波，所以這些系統(tǒng)被合理地歸為無線電設(shè)備一類，射頻識別系統(tǒng)工作時不能對其他無線電服務(wù)造成干擾或削弱。特別是應(yīng)保證射頻識別系統(tǒng)不會干擾附近的無線電廣播和電視廣播、移動的無線電服務(wù)（警察、安全服務(wù)、工商業(yè)）、航運和航空用無線電服務(wù)和移動電話等。
射頻識別系統(tǒng)工作頻率的選擇要顧及其他無線電服務(wù)，不能對其服務(wù)造成干擾和影響。因而通常只能使用特別為工業(yè)、科學和醫(yī)療（ISM —
Industrial-Scientific-Medical）應(yīng)用而保留的頻率范圍。這些頻率范圍在世界范圍內(nèi)是統(tǒng)一劃分的。
除了ISM頻率外，在135kHz以下的整個頻率范圍也是可用的（在北美洲和南美洲以及在日本：<400kHz），因為這里可以用較大的磁場強度工作，特別適用于電感耦合的射頻識別系統(tǒng)。
對射頻識別系統(tǒng)來說，最主要的頻率是0~135kHz，以及ISM頻率6.78MHz、13.56MHz、27.125MHz、40.68MHz、 433.92MHz
、869.0MHz、915.0MHz（在歐洲不使用）、2.45GMHz、5.8GHz以及24.125GHz。典型的射頻標簽（射頻識別系統(tǒng)）工作頻率如圖所示。
