嵌入式設計中的RFID技術應用方案解析

RFID（射頻識別）技術有潛力成為嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)設計者能輕松納入多種特性，比如門禁、防偽、簡便支付、醫(yī)學鑒定、動態(tài)定價、產(chǎn)品歷史、遠程資產(chǎn)跟蹤。嵌入式RFID應用一般是把閱讀器包含在產(chǎn)品或系統(tǒng)中，以便添加本地數(shù)據(jù)收集特性，它們增強了產(chǎn)品的基本功能。如今，人們會在酒店、監(jiān)獄、醫(yī)院、零售網(wǎng)點、農(nóng)場、賭場、收費公路、工廠以及多種商用和軍用車輛中發(fā)現(xiàn)嵌入式RFID應用。隨著嵌入式系統(tǒng)開發(fā)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(tǒng)RFID應用將成為家常便飯。

關于RFID的構(gòu)想出現(xiàn)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(zhàn)期間，美國軍方就在使用早期形式的RFID，用來區(qū)分敵我的飛機。首批商用RFID應用是在20世紀70、80年代出現(xiàn)的，用于跟蹤和識別單一地點內(nèi)的物品。但是，在早期部署的RFID當中，許多RFID應用的開發(fā)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(chǎn)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(yè)分散、采用速度緩慢，并且實際表現(xiàn)落后于對RFID技術的大肆宣傳。如今，開發(fā)者正在糾正大多數(shù)早期問題，RFID也成為成長中的行業(yè)，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(tǒng)應用中有專用系統(tǒng)。

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(tǒng)，零售商用它來發(fā)起一場針對入店行竊犯罪的高科技“戰(zhàn)爭”。這類犯罪使該行業(yè)每年損失數(shù)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(tǒng)來遏制盜竊。EAS系統(tǒng)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(tǒng)的基本原理均包括使用發(fā)射器和接收器，前者在商店出口區(qū)創(chuàng)建電磁場，后者則能檢測電磁場里的變化。在經(jīng)過出口時，保安標簽內(nèi)的小型調(diào)諧電路或磁性材料會使電磁場發(fā)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(shù)據(jù)

多數(shù)較新型RFID體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)者都把低成本轉(zhuǎn)發(fā)器（或稱標簽）作為體系結(jié)構(gòu)的基礎，它們由一塊用于數(shù)據(jù)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(fā)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(fā)射數(shù)據(jù)。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(jié)構(gòu)、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(nèi)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(fā)射數(shù)據(jù)，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(tǒng)的天線結(jié)構(gòu)取決于應用、閱讀期間的環(huán)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(tǒng)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(chǎn)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(fā)射數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)交換速率更高。典型的UHF應用包括某些資產(chǎn)跟蹤，其中的標簽掛于托盤和集裝箱，在它們經(jīng)過裝有閱讀器的入口時，操作工能發(fā)現(xiàn)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(chuàng)建一套統(tǒng)一的標準。ISO和IEC已創(chuàng)建了若干包含頻率、數(shù)據(jù)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(tǒng)、非接觸智能卡、近程卡中使用的RFID標簽定義了通信接口協(xié)議。ISO還為RFID標簽和閱讀器的性能測試創(chuàng)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(tǒng)與物品管理系統(tǒng)專用的空中接口協(xié)議。

轉(zhuǎn)發(fā)器

有幾家制造商生產(chǎn)標簽中使用的RFID轉(zhuǎn)發(fā)芯片。例如，德州儀器公司（TI）提供一個Tag-itHF-1加轉(zhuǎn)發(fā)器IC產(chǎn)品線，符合ISO/IEC15693全球標準，該標準面向產(chǎn)品驗證、門禁、資產(chǎn)標簽、供應鏈管理、票務應用。這些產(chǎn)品提供用戶可訪問的存儲器和一個內(nèi)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(shù)據(jù)。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(xiàn)在閱讀器的射頻場中的多個轉(zhuǎn)發(fā)器。依照ISO/IEC15693，使用工作于高數(shù)據(jù)速率或低數(shù)據(jù)速率的ASK或FSK調(diào)制來完成閱讀器與轉(zhuǎn)發(fā)器之間的通信或下行鏈路通信。轉(zhuǎn)發(fā)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(zhí)行幀同步，并用CRC校驗來保證它們的安全。