時間:2022-11-04 07:42:18
序論:好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程,我們?yōu)槟扑]十篇射頻識別技術(shù)范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質(zhì),帶來更深刻的閱讀感受。
20世紀(jì)80年代,由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟,射頻識別系統(tǒng)的體積大大縮小,使得射頻識別技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化的階段,成為一種成熟的自動識別技術(shù)。
射頻識別技術(shù)是利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信,以達(dá)到識別目的并交換數(shù)據(jù)。它與同期或早期的接觸式識別技術(shù)不同。RFID系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可完成識別,因此它可在更廣泛的場合中應(yīng)用。
典型的射頻識別系統(tǒng)包括射頻卡和讀寫器兩部分。
射頻卡是將幾個主要模塊集成到一塊芯片中,完成與讀寫器的通信。芯片上有EEPROM用來儲存識別碼或其它數(shù)據(jù)。EEPROM容量從幾比特到幾萬比特。芯片僅需連接天線(和電池),可以作為人員的身份識別卡或貨物的標(biāo)識卡。卡封裝可以有不同形式,比如常見的信用卡及小圓片的形式等。與條碼、磁卡、IC卡等同期或早期的識別技術(shù)相比,射頻卡具有非接觸、工作距離長、適于惡劣環(huán)境、可識別運(yùn)動目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。
在多數(shù)RFID系統(tǒng)中,讀寫器在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波(區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸)。卡片內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路,其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同。當(dāng)射頻卡經(jīng)過這個區(qū)域時,在電磁波的激勵下,LC諧振電路產(chǎn)生共振,從而使電容內(nèi)有了電荷。在這個電容的另一端,接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖茫瑢㈦娙輧?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)儲存。當(dāng)所積累的電荷達(dá)到2V時,此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓,將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取讀寫器的數(shù)據(jù)。讀寫器接收到卡的數(shù)據(jù)后,解碼并進(jìn)行錯誤校驗(yàn)來決定數(shù)據(jù)的有效性,然后,通過RS232、RS422、RS485或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。簡單的RFID產(chǎn)品就是一種非接觸的IC卡,而復(fù)雜的RFID產(chǎn)品能和外部傳感器接口連接來測量、記錄不同的參數(shù),甚至可與GPS系統(tǒng)連接來跟蹤物體。
工作原理如圖1所示。
2射頻識別技術(shù)的分類
射頻識別技術(shù)主要按以下四種方式分類。
(1)工作頻率
根據(jù)工作頻率的不同可分為低頻和高頻系統(tǒng)。①低頻系統(tǒng)一般指其工作頻率小于30MHz的系統(tǒng)。其基本特點(diǎn)是:射頻卡的成本較低、標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較少、閱讀距離較短(無源情況,典型閱讀距離為10cm)、射頻卡外形多樣(卡狀、環(huán)狀、鈕扣狀、筆狀)、閱讀天線方向性不強(qiáng)等。低頻系統(tǒng)多用于短距離、低成本的應(yīng)用中,如多數(shù)的門禁控制、動物監(jiān)管、貨物跟蹤。②高頻系統(tǒng)一般指其工作頻率大于400MHz的系統(tǒng)。高頻系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是射頻卡及讀寫器成本均較高、卡內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大、閱讀距離較遠(yuǎn)(可達(dá)幾m~十幾m)、適應(yīng)物體高速運(yùn)動性能好、外形一般為卡狀、閱讀天線及射頻卡天線均有較強(qiáng)的方向性。高頻系統(tǒng)多應(yīng)用于需要較長的讀寫距離和高的讀寫速度的場合,像火車監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)。
(2)射頻卡
根據(jù)射頻卡的不同可分成可讀寫(RW)卡、一次寫入多次讀出(WORM)卡和只讀(RO)卡三種。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴得多,如電話卡、信用卡等。一般情況下改寫數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時間遠(yuǎn)大于讀取數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時間(常規(guī)為改寫所花費(fèi)的時間為s級,閱讀花費(fèi)的時間為ms級)。WORM卡是用戶可以一次性寫入的卡,寫入后數(shù)據(jù)不能改變,且比RW卡要便宜。RO卡存有一個唯一的號碼,不能逐改,保證了安全性。RO卡最便宜。
(3)射頻卡的有源與無源
射頻卡可分為有源及無源兩種。有源射頻卡使用卡內(nèi)電池的能量、識別距離較長,可達(dá)十幾m,但是它的壽命有限(3~10年),且價格較高;無源射頻卡不含電池,利用讀寫器發(fā)射的電磁波提供能量,重量輕、體積小、壽命長、很便宜,但它的發(fā)射距離受限制,一般是幾十cm,且需要讀寫器的發(fā)射功率大。
(4)調(diào)制方式
根據(jù)調(diào)制方式的不同還可分為主動式和被動式。①主動式的射頻卡用自身的射頻能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器。②被動式的射頻卡,使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)。它必須利用讀寫器的載波調(diào)制自己的信號,適宜在門禁或交通的應(yīng)用中使用。因?yàn)樽x寫器可以確保只激活一定范圍之內(nèi)的射頻卡。
目前使用的多數(shù)系統(tǒng)中,一次只能讀寫一個射頻卡。射頻卡之間要保持一定距離,確保一次只能有一個卡在讀寫區(qū)域內(nèi)。讀寫距離長,射頻卡之間的距離就要大,應(yīng)用起來很不方便。現(xiàn)在的射頻卡具有防碰撞的功能,這對于RFID來說十分重要。所謂碰撞是指多個射頻卡進(jìn)入識別區(qū)域時信號互相干擾的情況。具有防碰撞性能的系統(tǒng)可以同時識別進(jìn)入識別距離的所有射頻卡,它的并行工作方式大大提高了系統(tǒng)的效率。
3國際射頻識別技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
射頻識別技術(shù)在國外發(fā)展得很快。RFID產(chǎn)品種類很多,像德州儀器、Motoro1a、Philips、Microchip等世界著名廠家都生產(chǎn)RFID產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品各有特點(diǎn),自成系列。射頻識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域。如澳大利亞將它的RFID產(chǎn)品用于澳機(jī)場旅客行李管理中并發(fā)揮了出色的作用;瑞士國家鐵路局在瑞士的全部旅客列車上安裝RFID自動識別系統(tǒng),調(diào)度員可以實(shí)時掌握火車運(yùn)行情況,不僅利于管理,還大大減小了發(fā)生事故的可能性;德國BMW公司將射頻識別系統(tǒng)應(yīng)用在汽車生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)過程控制中等。
據(jù)有關(guān)權(quán)威數(shù)據(jù)顯示,射頻識別產(chǎn)品在全世界的銷量以每年25.3%的比例增長。由此可見,射頻識別技術(shù)具有廣闊的市場前景。
4射頻識別技術(shù)在我國的發(fā)展
我國政府在1993年制定的金卡工程實(shí)施計劃,是一個旨在加速推動我國國民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程的重大國家級工程,由此各種自動識別技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用十分迅猛。現(xiàn)在,射頻識別技術(shù)作為一種新興的自動識別技術(shù),也將在中國很快地普及。
目前,我國的射頻識別技術(shù)在下列幾種應(yīng)用中發(fā)展前景較好。當(dāng)然,這里僅僅羅列了射頻識別技術(shù)應(yīng)用的一部分。任何一種技術(shù)如果得到普及,都將會孕育一個龐大的市場。射頻識別將是未來一個新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。
4.1安全防護(hù)領(lǐng)域
(1)門禁保安
將來的門禁保安系統(tǒng)均可應(yīng)用射頻卡。一卡可以多用。比如,可以作工作證、出入證、停車卡、飯店住宿卡甚至旅游護(hù)照等,目的都是識別人員身份、安全管理、收費(fèi)等等。好處是簡化出入手續(xù)、提高工作效率、安全保護(hù)。只要人員佩戴了封裝成ID卡大小的射頻卡、進(jìn)出入口有一臺讀寫器,人員出入時自動識別身份,非法闖入會有報警。安全級別要求高的地方、還可以結(jié)合其它的識別方式,將指紋、掌紋或顏面特征存入射頻卡。
公司還可以用射頻卡保護(hù)和跟蹤財產(chǎn)。將射頻卡貼在物品上面,如計算機(jī)、傳真機(jī)、文件、復(fù)印機(jī)或其它實(shí)驗(yàn)室用品上。該射頻卡使得公司可以自動跟蹤管理這些有價值的財產(chǎn),可以跟蹤一個物品從某一建筑離開,或是用報警的方式限制物品離開某地。結(jié)合GPS系統(tǒng)利用射頻卡,還可以對貨柜車、貨艙等進(jìn)行有效跟蹤。
(2)汽車防盜
這是RFID較新的應(yīng)用。目前已經(jīng)開發(fā)出了足夠小的、能夠封裝到汽車鑰匙當(dāng)中含有特定碼字的射頻卡。它需要在汽車上裝有讀寫器,當(dāng)鑰匙插入到點(diǎn)火器中時,讀寫器能
夠辨別鑰匙的身份。如果讀寫器接收不到射頻卡發(fā)送來的特定信號,汽車的引擎將不會發(fā)動。用這種電子驗(yàn)證的方法,汽車的中央計算機(jī)也就能容易防止短路點(diǎn)火。
另一種汽車防盜系統(tǒng)是,司機(jī)自己帶有一射頻卡,其發(fā)射范圍是在司機(jī)座椅45~55cm以內(nèi),讀寫器安裝在座椅的背部。當(dāng)讀寫器讀取到有效的ID號時,系統(tǒng)發(fā)出三聲鳴叫,然后汽車引擎才能啟動。該防盜系統(tǒng)還有另一強(qiáng)大功能:倘若司機(jī)離開汽車并且車門敞開引擎也沒有關(guān)閉,這時讀寫器就需要讀取另一有效ID號;假如司機(jī)將該射頻卡帶離汽車,這樣讀寫器不能讀到有效ID號,引擎就會自動關(guān)閉,同時觸發(fā)報警裝置。
(3)電子物品監(jiān)視系統(tǒng)
電子物品監(jiān)視系統(tǒng)(ElectronicArticleSurveillance,EAS)的目的是防止商品被盜。整個系統(tǒng)包括貼在物體上的一個內(nèi)存容量僅為1比特(即開或關(guān))的射頻卡,和商店出口處的讀寫器。射頻卡在安裝時被激活。在激活狀態(tài)下,射頻卡接近掃描器時會被探測到,同時會報警。如果貨物被購買,由銷售人員用專用工具拆除射頻卡(典型的是在服裝店里),或者用磁場來使射頻卡失效,或者直接破壞射頻卡本身的電特性。EAS系統(tǒng)已被廣泛使用。據(jù)估計每年消耗60億套。
4.2商品生產(chǎn)銷售領(lǐng)域
(1)生產(chǎn)線自動化
用RFID技術(shù)在生產(chǎn)流水線上實(shí)現(xiàn)自動控制、監(jiān)視,提高生產(chǎn)率,改進(jìn)生產(chǎn)方式,節(jié)約了成本。舉個例子以說明在生產(chǎn)線上應(yīng)用RFID技術(shù)的情況。
用于汽車裝配流水線。德國寶馬汽車公司在裝配流水線上應(yīng)用射頻卡,以盡可能大量地生產(chǎn)用戶定制的汽車。寶馬汽車的生產(chǎn)是基于用戶提出的要求式樣而生產(chǎn)的。用戶可以從上萬種內(nèi)部和外部選項(xiàng)中,選定自己所需車的顏色、引擎型號和輪胎式樣等。這樣一來,汽車裝配流水線上就得裝配上百種式樣的寶馬汽車,如果沒有一個高度組織的、復(fù)雜的控制系統(tǒng)是很難完成這樣復(fù)雜的任務(wù)的。寶馬公司在其裝配流水線上配有RFID系統(tǒng),使用可重復(fù)使用的射頻卡。該射頻卡上帶有汽車所需的所有詳細(xì)的要求,在每個工作點(diǎn)處都有讀寫器,這樣可以保證汽車在各個流水線位置,能毫不出錯地完成裝配任務(wù)。
(2)倉儲管理
將RFID系統(tǒng)用于智能倉庫貨物管理,能有效地解決與貨物流動有關(guān)的信息管理,不但增加了處理貨物的速度,還可監(jiān)視貨物的一切信息。射頻卡貼在貨物所通過的倉庫大門邊上,讀寫器和天線都放在叉車上,每個貨物都貼有條碼,所有條碼信息都被存儲在倉庫的中央計算機(jī)里,與該貨物有關(guān)的信息都能在計算機(jī)里查到。當(dāng)貨物出庫時,由另一讀寫器識別并告知中央計算它被放在哪個拖車上。這樣,管理中心可以實(shí)時地了解到已經(jīng)生產(chǎn)了多少產(chǎn)品和發(fā)送了多少產(chǎn)品。
(3)產(chǎn)品防偽
偽造問題在世界各地都是令人頭疼的問題,將射頻識別技術(shù)應(yīng)用在防偽領(lǐng)域有它自身的技術(shù)優(yōu)勢。防偽技術(shù)本身要求成本低,且難于偽造。射頻卡的成本就相對便宜,而芯片的制造需要有昂貴的芯片工廠,使偽造者望而卻步。射頻卡本身有內(nèi)存,可以儲存、修改與產(chǎn)品有關(guān)的數(shù)據(jù),利于銷售商使用;體積十分小、便于產(chǎn)品封裝。像電腦、激光打印機(jī)、電視等產(chǎn)品上都可使用。
(4)RFID卡收費(fèi)
國外的各種交易大多利用各種卡來完成,而我國普遍采用現(xiàn)金交易。現(xiàn)金交易不方便也不安全,還容易出現(xiàn)稅收的漏洞。目前的收費(fèi)卡多用磁卡、IC卡,而射頻卡也開始占據(jù)市場。原因是在一些惡劣的環(huán)境中,磁卡、IC卡容易損壞,而射頻卡則不易磨損,也不怕靜電及其它情況;同時,射頻卡用起來方便、快捷,甚至不用打開包,在讀寫器前搖晃一下,就完成收費(fèi)。另外,還可同時識別幾張卡.并行收費(fèi),如公共汽車上的電子月票。我國大城市的公共汽車異常擁擠、環(huán)境條件差,射頻卡的使用有助于改善這種情況。
4.3管理與數(shù)據(jù)統(tǒng)計領(lǐng)域
(1)畜牧管理
該領(lǐng)域的發(fā)展起步于賽馬的識別,是用小玻璃封裝的射頻卡植于動物皮下。射頻卡大約10mm長,內(nèi)有一個線圈,約1000圈的細(xì)線繞在鐵氧體上,讀寫距離是十幾cm。從賽馬識別發(fā)展到了標(biāo)識牲畜。牲畜的識別提供了現(xiàn)代化管理牧場的方法。
(2)運(yùn)動計時
在馬拉松比賽中,由于人員太多,有時第一個出發(fā)的人同最后一個出發(fā)的人能相隔40分鐘。如果沒有一個精確的計時裝置,就會出現(xiàn)差錯。射頻卡應(yīng)用于馬拉松比賽中,運(yùn)動員在自己的鞋帶上很方便地系上射頻卡,在比賽的起跑線和終點(diǎn)線處放置帶有微型天線的小墊片。當(dāng)運(yùn)動員越過此墊片時,計時系統(tǒng)便會接收運(yùn)動員所帶的射頻卡發(fā)出的ID號,并記錄當(dāng)時的時間。這樣,每個運(yùn)動員都會有自己的起始時間和結(jié)束時間,不會出現(xiàn)不公平競爭的可能性了。在比賽路線中,如果每隔5km就設(shè)置這樣一個墊片,還可以很方便地記錄運(yùn)動員在每個階段所用的時間。
RFID還可應(yīng)用于汽車大獎賽上的精確計時。在跑道下面按照一定的距離間隔埋入一系列的天線,這些天線與讀寫器相連,而射頻卡安裝到賽車前方。當(dāng)賽車每越過一個天線時,賽車的ID號和時間就被記錄下來,并存儲到中央計算機(jī)內(nèi)。這樣到比賽結(jié)束時,每個參賽選手將會有一個準(zhǔn)確的結(jié)果。
4.4交通運(yùn)輸領(lǐng)域
(1)高速公路自動收費(fèi)及交通管理
高速公路自動收費(fèi)系統(tǒng)是射頻識別技術(shù)最成功的應(yīng)用之一。目前,中國的高速公路發(fā)展非常快,而高速公路收費(fèi)卻存在一些問題:一是在收費(fèi)站口,許多車輛要停車排隊(duì),成為交通瓶頸問題;二是少數(shù)不法的收費(fèi)員貪污路費(fèi),使國家損失了相當(dāng)?shù)呢斦杖搿FID技術(shù)應(yīng)用在高速公路自動收費(fèi)上,能夠充分體現(xiàn)它非接觸識別的優(yōu)勢——讓車輛高速通過收費(fèi)站的同時自動完成收費(fèi),同時可以解決收費(fèi)員貪污路費(fèi)及交通擁堵的問題。利用射頻識別技術(shù)的不停車高速公路自動收費(fèi)系統(tǒng)是將來的發(fā)展方向;人工收費(fèi),包括IC卡的停車收費(fèi)方式,終將會被淘汰。預(yù)計在未來10年內(nèi),高速公路自動收費(fèi)系統(tǒng)將有數(shù)十億元的需求。
在城市交通方面,解決交通日趨擁擠問題不能只依賴于修路。加強(qiáng)交通的指揮、控制、疏導(dǎo),提高道路的利用率,深挖現(xiàn)有交通潛能也是非常重要的;而基于RFID技術(shù)的交通管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動查處違章車輛,記錄違章情況。另外,公共汽車站實(shí)時跟蹤指示公共汽車到站時間及自動顯示乘客信息,會給乘客帶來很大的方便。
(2)火車和貨運(yùn)集裝箱的識別
在火車運(yùn)營中,使用RFID系統(tǒng)很大的優(yōu)勢在于:火車是按既定路線運(yùn)行的,因此肯定要通過設(shè)定的讀寫器的地點(diǎn)。通過讀到的數(shù)據(jù),能夠得到火車的身份、監(jiān)控火車的完整性,以防止遺漏在鐵軌上的車廂發(fā)生撞車事故,同時能在車站將車廂重新編組。起初的努力是用超音波和雷達(dá)測距系統(tǒng)讀出車廂側(cè)的條碼,現(xiàn)在被RFID系統(tǒng)取代。射頻卡一般安在車廂頂邊,讀寫器安在鐵路沿線,就可得到火車的實(shí)時信息及車廂內(nèi)裝的物品信息。
射頻識別技術(shù)(RFID,Radio Frequency Identification)實(shí)際上是自動識別技術(shù)(AEI,Automatic Equipment Identification)在無線電技術(shù)方面的具體應(yīng)用與發(fā)展。該項(xiàng)技術(shù)的基本思想是,通過采用一些先進(jìn)的技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)人們對各類物體或設(shè)備( 人員、物品) 在不同狀態(tài)( 移動、靜止或惡劣環(huán)境) 下的自動識別和管理。
2 0 世紀(jì)8 0 年代,由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟,射頻識別系統(tǒng)的體積大大縮小,使得射頻識別技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化的階段,成為一種成熟的自動識別技術(shù)。射頻識別技術(shù)是利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信,以達(dá)到識別并交換數(shù)據(jù)的目的。與同期或早期的接觸式識別技術(shù)不同,R F I D 系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可完成識別,因此它可在更廣泛的場合中應(yīng)用。
典型的射頻識別系統(tǒng)包括射頻卡和讀寫器兩部分。射頻卡是將幾個主要模塊集成到一塊芯片中,完成與讀寫器的通信。芯片上有E E P R O M 用來儲存識別碼或其它數(shù)據(jù)。E E P R O M 容量從幾比特到幾萬比特。芯片外圍僅需連接天線( 和電池) ,可以作為人員的身份識別卡或貨物的標(biāo)識卡。卡封裝可以有不同形式,比如常見的信用卡及小圓片的形式等。與條碼、磁卡、I C 卡等同期或早期的識別技術(shù)相比,射頻卡具有非接觸、工作距離長、適于惡劣環(huán)境、可識別運(yùn)動目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。
射頻識別技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用日益增長。雖然這項(xiàng)技術(shù)逐漸被普遍采用,但患者真正享受這項(xiàng)技術(shù)仍然需要一個過程。射頻識別技術(shù)不僅在供應(yīng)鏈管理中得到應(yīng)用,還迅速被引用到醫(yī)療方面,而且被證明是非常有效的一項(xiàng)技術(shù)。
該技術(shù)能夠使多處標(biāo)記在一定距離同時被掃描。在大規(guī)模的零售業(yè),這種提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的技術(shù)使其可以為成批的貨物一次性掃描。將射頻識別技術(shù)應(yīng)用在防偽的領(lǐng)域有它自身的技術(shù)優(yōu)勢,射頻識別技術(shù)采用的標(biāo)記系統(tǒng),迅速進(jìn)入制藥市場,打擊了假藥的流通;防偽技術(shù)本身要求成本低,但是卻很難偽造。射頻卡的成本就相對便宜,而芯片的制造需要有昂貴的芯片工廠,使偽造者望而卻步。射頻卡本身具有內(nèi)存,可以儲存、修改與產(chǎn)品有關(guān)的數(shù)據(jù)、利于銷售商使用;體積十分小、便于產(chǎn)品封裝。像電腦、激光打印機(jī)、電視等等產(chǎn)品上都可使用。美國的制藥企業(yè)開始在美國使用該技術(shù),生產(chǎn)過程中在每樣產(chǎn)品上封裝入射頻卡,卡上記載了唯一的產(chǎn)品號。批發(fā)商、零售商用廠家提供的讀寫器就可以嚴(yán)格檢驗(yàn)產(chǎn)品的合法性,這就使識別假藥變得很簡單了。
相似的科技促進(jìn)了醫(yī)院供應(yīng)鏈的藥物和醫(yī)藥設(shè)備的管理。事實(shí)上許多醫(yī)院都有配置射頻識別系統(tǒng)的需求,在急救室的患者可能最先體驗(yàn)到這項(xiàng)技術(shù)帶來的安全與便捷。
臨床應(yīng)用的優(yōu)勢
患者首先感受到在急救車上使用射頻識別系統(tǒng)標(biāo)記的好處。急救車上有一系列的設(shè)備裝置和藥品,隨時準(zhǔn)備提供給心搏停止的患者。美國國民患者安全理事會首席專家說,2003年11月至2005年6月,由于急救推車的問題引起了8 起事故,都是由于相應(yīng)的設(shè)備不在車上或藥物過期造成的。這并非人為疏忽,而是在這些推車上至少有三種不同的物品,雖然有檢查各物品是否配備的程序,尤其是在急救室執(zhí)行急救過程中,迅速完成這項(xiàng)檢查任務(wù)仍然很困難。
射頻識別技術(shù)的標(biāo)記能簡化這個檢查程序。與普遍使用的條形編碼系統(tǒng)相比,射頻技術(shù)將通過減少掃描次數(shù)而改進(jìn)功效,從而最終提高接待患者的質(zhì)量。如果使用條形編碼,需要逐一掃描各個物品,所以采用射頻識別掃描就要高效得多。
標(biāo)記的唯一性,降低或消除醫(yī)療過失
射頻識別技術(shù)可以確保急救車、手術(shù)室和康復(fù)室中準(zhǔn)備工作的高效開展。患者被分配的標(biāo)記是執(zhí)行射頻識別技術(shù)的關(guān)鍵,患者被標(biāo)記為獨(dú)特的代碼,在藥物治療和外科手術(shù)過程中,能降低或消除醫(yī)療過失。假如給一個患者的藥或瓶子上貼錯標(biāo)記,這項(xiàng)技術(shù)立刻可以識別,并糾正過來。
在美國已經(jīng)有關(guān)于用自動射頻識別技術(shù)檢查患者身份的案例,這將成為射頻識別技術(shù)應(yīng)用強(qiáng)有力的依據(jù)。專家認(rèn)為,在有些場所,條形編碼識別技術(shù)是最合適的,但射頻識別技術(shù)會成為更強(qiáng)大的工具。為了患者的安全,我們意識到單獨(dú)一項(xiàng)技術(shù)并不能解決我們所面臨的全部問題,在解決這些問題的時候,可以采用射頻識別技術(shù)與條形碼相結(jié)合的方法。隨著醫(yī)療復(fù)雜程度的日益提高,以及患者和醫(yī)院對醫(yī)療安全的更加重視,射頻識別技術(shù)在運(yùn)用中會越來越引人注目。
在藥物供應(yīng)鏈上使用射頻識別技術(shù),也成為在患者中使用這項(xiàng)技術(shù)的強(qiáng)有力的理由。“射頻識別技術(shù)在患者藥物供應(yīng)鏈上也是很重要的,有時人們會忘記這些。”專家說,“例如,患對藥物產(chǎn)生不良反應(yīng),射頻識別技術(shù)就可以找出根源,看看是不是假冒藥劑的原因。”
全天候跟蹤
被分配這種標(biāo)記的患者和醫(yī)務(wù)人員現(xiàn)在逐步成為爭論的焦點(diǎn),因?yàn)檫@種鑒定技術(shù)不僅是識別個體,而且還跟蹤他們的各項(xiàng)活動,這就牽連有許多內(nèi)在的利益。使用這個系統(tǒng),在緊急關(guān)頭,可以輕松地在附近找到合適的臨床醫(yī)生。
射頻識別技術(shù)能幫助提高藥物目錄的功效性以及醫(yī)療衛(wèi)生器材的管理
美國的V e r c h i p 是第一個可移植的射頻識別技術(shù)芯片,提供了幼兒保護(hù)、資產(chǎn)追蹤、存取控制和預(yù)防錯亂的設(shè)備。這些設(shè)備在皮膚下采用無害標(biāo)記,結(jié)合數(shù)據(jù)庫存儲患者精確的信息。
美國的Surgichip 是又一組取得進(jìn)展的患者標(biāo)記,目標(biāo)是避免認(rèn)錯患者,避免執(zhí)行錯誤的治療程序。系統(tǒng)采用射頻識別技術(shù)啟動三步核實(shí)過程,核實(shí)患者身份、關(guān)鍵數(shù)據(jù)和相應(yīng)的手術(shù)程序和位置。這三方面的電子記錄為各個程序提供了安全審計追蹤。
射頻識別技術(shù)在美國醫(yī)療界已經(jīng)開始普遍使用了。每個產(chǎn)科病房都有一項(xiàng)射頻識別技術(shù)系統(tǒng)固定識別卡。識別系統(tǒng)像門鎖一樣有許多使用的形式。新的功能如定位醫(yī)務(wù)人員和患者的進(jìn)展是非常令人激動;其它類型的室內(nèi)配置和定位系統(tǒng)被取消了,因?yàn)樯漕l識別技術(shù)有很好的投資回收率和健全的標(biāo)記技術(shù),同時射頻識別技術(shù)的自動化進(jìn)程,在忙碌的手術(shù)室里能提高工作效率。
關(guān)注成本
雖然在使用中,射頻識別技術(shù)潛在的投資回報率已越來越清晰,但執(zhí)行成本仍將是采用此項(xiàng)技術(shù)的主要問題。標(biāo)記的芯片十分昂貴,這將成為采用此技術(shù)最大的障礙。
對射頻技術(shù)的誤解
匹茲堡醫(yī)藥中心大學(xué)的Jay Srini 說:“人們需要藥物供應(yīng)鏈的自動化。此項(xiàng)目的意義要比標(biāo)記的成本重要的多。”在美國,醫(yī)療保險補(bǔ)償在下降,許多醫(yī)院大都建于二十年前,基礎(chǔ)建設(shè)要投資更新。在射頻識別技術(shù)系統(tǒng)方面的投資有助于更有效地運(yùn)用其他科技成果。
許多人希望看到它所帶來的利潤,但這需要長時期的使用才可以看到結(jié)果。美國的先驅(qū)案例——在幼兒安全操作系統(tǒng)和操控設(shè)備上使用射頻識別技術(shù),經(jīng)過了很長時期,才得到了回報。特效的射頻識別技術(shù)標(biāo)記用于醫(yī)療設(shè)備上已有很大收益,醫(yī)院不會浪費(fèi)設(shè)備,不需要再購買或租用額外的設(shè)備。
早期廉價標(biāo)記的使用者,現(xiàn)在他們開始使用更昂貴的標(biāo)記了。因?yàn)樗耐顿Y回報率要比它本身的成本高得多。考慮到最初的投資和操作成本,關(guān)于射頻識別技術(shù)太昂貴的討論發(fā)生了變化。例如醫(yī)療事故高額賠付,適當(dāng)?shù)厥褂镁_的技術(shù)就可以減少或消除醫(yī)療事故的發(fā)生,這為降低醫(yī)療成本帶來不可忽視的作用。“醫(yī)學(xué)院關(guān)于不良藥物事件的報告指出,每年因不良藥物而導(dǎo)致的死亡人數(shù)相當(dāng)驚人。”Srini 說,“如果有了重大醫(yī)療事故的影響,就知道投資一個可靠系統(tǒng)的價值了。”
在病例中,保證診療的準(zhǔn)確性,避免不利結(jié)果是關(guān)鍵。推動使用射頻識別技術(shù)關(guān)系到患者的安危,能夠減少醫(yī)療事故的支出。射頻識別技術(shù)確實(shí)影響了成本,但必要的程序確保了患者的安危。標(biāo)記修復(fù)術(shù)和移植設(shè)備,像髖關(guān)節(jié)置換和心房脈沖產(chǎn)生器不需外科手術(shù),采用射頻識別技術(shù)就能檢查出移植設(shè)備的問題。同時,技術(shù)開發(fā)者在努力降低成本,開展創(chuàng)新的支付結(jié)構(gòu)等。例如,由W a v e f o r m 提供的定金基數(shù)和帳單到期支付等等。雖然克服了這些憂慮,其他因素也會導(dǎo)致慣性阻礙此項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施。
克服市場慣性
要迅速被采用, 必須要顯示此項(xiàng)技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)勢。在實(shí)際運(yùn)用中,如果現(xiàn)有裝備足夠好,就延緩了射頻識別技術(shù)的啟用。例如,一項(xiàng)公認(rèn)的設(shè)備技術(shù)被取代時,射頻識別技術(shù)微小的利潤也許不能收回前期投資,這就給射頻識別技術(shù)的推廣造成了障礙。
在傳染病控制中采用射頻識別技術(shù)的益處
條形碼識別技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,也是降低錯誤的廉價的方式。但射頻識別技術(shù)提供更強(qiáng)大的功能,其標(biāo)記能在視線以外的距離被掃描,并可以反映患者復(fù)雜的信息數(shù)據(jù)庫。因此,要采用射頻識別技術(shù), 取決于射頻識別技術(shù)是不是優(yōu)于條形碼,取決于機(jī)構(gòu)是否用長遠(yuǎn)的目光看待成本評估。雖然現(xiàn)在人們已經(jīng)接受了條形碼,但還會關(guān)心射頻識別技術(shù)是否能提高效能,能否在長期使用后做到投資回籠。
另一挑戰(zhàn)就是射頻識別技術(shù)的發(fā)展步驟。標(biāo)記在變小,讀卡機(jī)更復(fù)雜,內(nèi)在程序功能在擴(kuò)展;并且有些公司擔(dān)心該設(shè)備進(jìn)入市場過早而沒有買主。“沒人愿意為他人做嫁衣。但人們愿意看到此項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢特性和穩(wěn)定性。”Jay Srini 說,“企業(yè)希望了解射頻識別技術(shù)的鞏固性和全面性,但我們不愿冒這個風(fēng)險。”
這些顧慮,經(jīng)過時間的磨合將會消除,就像擔(dān)心患者的隱私問題一樣,因?yàn)椴捎蒙漕l識別技術(shù)會涉及到醫(yī)護(hù)人員、患者個人信息的存儲和追蹤,所以人們認(rèn)為射頻識別技術(shù)侵犯了個人隱私,并且現(xiàn)在憂慮仍然存在,但患者看上去已經(jīng)逐漸接受了。雖然射頻識別技術(shù)的成本相對條形碼來說是很高,并且有些患者為此感到不滿,但如果你解釋他們被標(biāo)記的原因,他們大都會很高興的接受這樣的護(hù)理。總之,爭論在減少、形式在變化、射頻識別技術(shù)的成本也在降低。應(yīng)用只是時間問題
1 系統(tǒng)設(shè)計
本系統(tǒng)主要由電源管理單元、單片機(jī)AT89C52、射頻卡讀寫模塊(主要由MFRC500構(gòu)成)、無線模塊、鍵盤顯示電路及其他電路構(gòu)成,系統(tǒng)如圖1所示。
手持射頻卡讀寫器的工作原理如下:整個手持機(jī)由電源管理單元給各個模塊提供工作電壓,由單片機(jī)控制射頻卡芯片,并通過天線發(fā)射電磁波(區(qū)域大小取決于天線的設(shè)計質(zhì)量),當(dāng)有射頻卡(也可以稱作電子標(biāo)簽,RFID卡,非接觸卡)進(jìn)入天線發(fā)射的有效范圍時,射頻卡里有一個LC串聯(lián)諧振電路,它的工作頻率與射頻卡讀寫器天線發(fā)射的頻率相一致,由于電磁波提供的激勵能量,使得射頻卡里的LC諧振電路產(chǎn)生了感應(yīng)電勢,電壓達(dá)到一定電壓值,就作為卡內(nèi)其它電路工作的電源,然后射頻卡將數(shù)據(jù)通過內(nèi)部電路以同樣的頻率發(fā)送回去,讀寫器通過天線接收到射頻卡的信號后,進(jìn)行解調(diào)解碼,并根據(jù)沖突檢測和校驗(yàn),來判斷有效的數(shù)據(jù),接著通過單片機(jī)的串口發(fā)送數(shù)據(jù)給無線模塊SIM900D,SIM900D可使用短信或者TCP/IP數(shù)據(jù)流兩種方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸,由于短信方式比較適合數(shù)據(jù)量少,單方向的場合,這里為了使該設(shè)計具有更廣的使用,所以采用TCP/IP數(shù)據(jù)流的方式,與遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
0 引言
射頻識別技術(shù)RFID( radio frequency identifiestion) 是21世紀(jì)非常流行的一種自動識別技術(shù),其應(yīng)用場合越來越廣,尤其隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展,應(yīng)用將更上一層樓,目前在停車場,學(xué)校圖書館,食堂,公交車上已經(jīng)屢見不鮮。這里我們設(shè)計一種利用單片機(jī)開發(fā)的新型手持射頻卡讀寫器,作為通用射頻卡檢測設(shè)備。
1 系統(tǒng)設(shè)計
本系統(tǒng)主要由電源管理單元、單片機(jī)AT89C52、射頻卡讀寫模塊(主要由MFRC500構(gòu)成)、無線模塊、鍵盤顯示電路及其他電路構(gòu)成,系統(tǒng)如圖1所示。
手持射頻卡讀寫器的工作原理如下:整個手持機(jī)由電源管理單元給各個模塊提供工作電壓,由單片機(jī)控制射頻卡芯片,并通過天線發(fā)射電磁波(區(qū)域大小取決于天線的設(shè)計質(zhì)量),當(dāng)有射頻卡(也可以稱作電子標(biāo)簽,RFID卡,非接觸卡)進(jìn)入天線發(fā)射的有效范圍時,射頻卡里有一個LC串聯(lián)諧振電路,它的工作頻率與射頻卡讀寫器天線發(fā)射的頻率相一致,由于電磁波提供的激勵能量,使得射頻卡里的LC諧振電路產(chǎn)生了感應(yīng)電勢,電壓達(dá)到一定電壓值,就作為卡內(nèi)其它電路工作的電源,然后射頻卡將數(shù)據(jù)通過內(nèi)部電路以同樣的頻率發(fā)送回去,讀寫器通過天線接收到射頻卡的信號后,進(jìn)行解調(diào)解碼,并根據(jù)沖突檢測和校驗(yàn),來判斷有效的數(shù)據(jù),接著通過單片機(jī)的串口發(fā)送數(shù)據(jù)給無線模塊SIM900D,SIM900D可使用短信或者TCP/IP數(shù)據(jù)流兩種方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸,由于短信方式比較適合數(shù)據(jù)量少,單方向的場合,這里為了使該設(shè)計具有更廣的使用,所以采用TCP/IP數(shù)據(jù)流的方式,與遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
2 硬件電路設(shè)計
2.1 讀寫器的主要控制器
手持讀寫器的主要的CPU采用ATMEL公司的AT89C52。它是一款常用的51單片機(jī)。被應(yīng)用到各種工業(yè)控制和消費(fèi)電子領(lǐng)域中。其成本低,開發(fā)平臺簡單。當(dāng)然在這個系統(tǒng)里理論上完全可以用其他單片機(jī)或者ARM控制器來替換。
2.2 射頻卡讀寫器設(shè)計
射頻卡讀寫主要通過射頻卡芯片MF RC500及其必要的電路構(gòu)成,射頻卡芯片是整個讀寫器的核心,它可以實(shí)現(xiàn)讀寫射頻卡(電子標(biāo)簽)所有必要的功能,包括射頻信號的產(chǎn)生、調(diào)制、解調(diào)等。此芯片實(shí)際上是單片機(jī)與射頻卡之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。任何射頻卡上的數(shù)據(jù)讀寫都要通過此芯片來傳送。通過傳送不同的命令給此芯片,就能實(shí)現(xiàn)不同的控制。
此芯片需要在OSCSIN和OSCOUT引腳上外接13.56MHz晶振,當(dāng)然也可使用其他外部時鐘,但不推薦這樣做,因?yàn)樗旧淼臅r鐘已經(jīng)足夠穩(wěn)定。
為了實(shí)現(xiàn)最佳性能,射頻卡芯片的模擬部分使用單獨(dú)的電源,它對內(nèi)部的震蕩器、模擬解調(diào)器和解碼器提供工作電壓,同時對驅(qū)動部分和數(shù)字部分也各使用單獨(dú)電源供電,此讀卡器,我利用磁珠把各電源進(jìn)行分開。
此芯片支持不同的CPU接口,單片機(jī)通過控制射頻卡芯片的NCS引腳來選擇射頻卡芯片,在射頻卡芯片上電或硬件復(fù)位后,此芯片馬上復(fù)位它的接口模式,并根據(jù)幾個固定引腳上的邏輯電平來識別當(dāng)前CPU接口的類型。我們這里選擇了地址線與數(shù)據(jù)線分時復(fù)用的接口類型,其具體操作是:當(dāng)ALE為邏輯1時,將地址鎖存到內(nèi)部的相應(yīng)鎖存器中,然后由讀寫信號完成對芯片的數(shù)據(jù)讀寫。
在這個部分,讀寫器的天線設(shè)計也相當(dāng)?shù)闹匾脑O(shè)計質(zhì)量將直接影響讀寫射頻卡的有效距離,我們參考芯片的數(shù)據(jù)手冊,采用直接匹配的天線,其有效距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到10cm。在天線電路的設(shè)計里,我們主要考慮兩個方面的問題:
第一個方面是對電磁干擾的濾波,由于這個讀寫器的工作頻率為13.56MHz,由時鐘電路產(chǎn)生,但它也伴隨產(chǎn)生13.56 MHz中的3次、5次等高次諧波。為達(dá)到國際EMC要求,良好地控制這些電磁干擾。本讀寫器使用低通濾波器來控制電磁干擾。
第二個方面是為了天線的性能達(dá)到最好,需要考慮天線電路的阻抗匹配。
2.3 電源的設(shè)計
由于本手持機(jī)在使用無線模塊時,需要較大的電流。另外本設(shè)備為手持機(jī),所以系統(tǒng)設(shè)計采用優(yōu)科能源的可充電聚合物鋰離子電池組件(2節(jié)串聯(lián),每節(jié)3.7V的標(biāo)稱電壓),可充電(需另購充電器,充電電壓為8.4V),電池電壓通過降壓型DCDC芯片AOZ1016A轉(zhuǎn)換成5V電壓輸出,此芯片的輸入電壓范圍較大(從4.5V~16V),最大可以輸出3.6A的電流,完全滿足本手持機(jī)的電壓需要。
2.4 顯示器的設(shè)計
顯示部分采用160×96點(diǎn)陣液晶屏,這個液晶屏是總線型的,它與單片機(jī)的連接采用數(shù)據(jù)并行模式,直接與單片機(jī)的PO口相連,而液晶屏的讀寫控制信號R/W則直接連接單片機(jī)的讀寫信號上,另外液晶屏的片選信號CS,指令/數(shù)據(jù)寄存器選擇信號A0,復(fù)位信號RESET和串并行選擇端P/S,都需要分別連接到單片機(jī)的其他I/O口。
2.5 鍵盤的設(shè)計
鍵盤設(shè)計使用單片機(jī)P1口的八個I/O口實(shí)現(xiàn),采用4×4矩陣動態(tài)掃描模式,可設(shè)計提供11個數(shù)字鍵(包括小數(shù)點(diǎn))、確認(rèn)鍵、取消鍵、退格鍵、2個功能鍵,共16個按鍵。滿足一般手持設(shè)備的按鍵需求。
2.6 無線通訊模塊
目前市場上提供的無線通訊模塊有很多,為了適應(yīng)更多的國家使用,我們使用剛剛推出的四頻的無線模塊SIM900D(它是SIM340DZ的替代品),此模塊自帶TCP/IP協(xié)議棧,無需其他CPU的支持就能利用TCP/IP數(shù)據(jù)流方式進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)然它也使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令,性能穩(wěn)定,使用方便。本手持機(jī)中,單片機(jī)通過串口與SIM900D進(jìn)行通信,由于單片機(jī)AT89C52采用5V供電,而SIM900D使用4.3V供電,所以需要在5V電壓的基礎(chǔ)上進(jìn)行降壓,我們這里采用簡單的二極管進(jìn)行串接降壓。當(dāng)然此模塊還需要SIM卡接口電路,由于SIM卡是經(jīng)常被手碰到的地方,需要給SIM卡加上ESD保護(hù)電路。
3 軟件設(shè)計
手持機(jī)軟件系統(tǒng)用C51進(jìn)行直接編寫,當(dāng)然如果擴(kuò)展外部儲存器,也可考慮在本系統(tǒng)中采用嵌入式操作系統(tǒng),并在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上編寫自己的應(yīng)用驅(qū)動程序,我們這里考慮到本手持機(jī)只是作為物流讀寫射頻卡的中間設(shè)備,數(shù)據(jù)處理類型和任務(wù)較少,較復(fù)雜的應(yīng)用處理可以由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)控制中心來實(shí)現(xiàn),所以這里采用C51直接編寫全部程序,系統(tǒng)的各個單元部分用單獨(dú)的任務(wù)線程設(shè)計,在減少了軟件設(shè)計的復(fù)雜度的同時,也增強(qiáng)了軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可讀性。
本系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括,系統(tǒng)初始化,鍵盤掃描處理,液晶顯示,射頻卡的讀寫,以及無線模塊的控制與數(shù)據(jù)通訊等主要部分,由于系統(tǒng)初始化,鍵盤掃描處理,LCD顯示,都是非常常見的應(yīng)用設(shè)計,下面主要說明射頻卡的讀寫部分的設(shè)計。
3.1 射頻卡的讀寫軟件設(shè)計
射頻卡的讀寫,最主要是對芯片進(jìn)行控制。因此讀寫程序也主要是完成單片機(jī)對射頻卡芯片MF RC500的控制,從而實(shí)現(xiàn)芯片與射頻卡之間的數(shù)據(jù)交互,工作流程如下:
1)單片機(jī)對射頻卡芯片進(jìn)行初始化,使其進(jìn)入正常的工作狀態(tài);
2)等待中斷信號(射頻卡芯片通過天線檢測到有效的射頻卡進(jìn)入有效范圍后,產(chǎn)生中斷信號給單片機(jī));
3)由單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的指令給射頻卡芯片,進(jìn)行請求,防碰撞,選擇等操作;
4)單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的指令對讀寫射頻卡密碼進(jìn)行驗(yàn)證;
5)驗(yàn)證完畢后,讀取射頻卡指定塊的內(nèi)容或者寫入相應(yīng)地址塊的數(shù)據(jù);
6)完成數(shù)據(jù)讀寫后,向卡發(fā)送停止命令,并可判斷卡有沒有離開。
3.2 無線模塊的數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖O(shè)計
由于無線模塊SIM900D自帶TCP/IP協(xié)議棧,在本手持讀寫器里,單片機(jī)通過其串口,利用AT命令就可以對SIM900D進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。主要流程如下:
1)先由單片機(jī)通過I/O腳控制模塊上電,使SIM900D上電復(fù)位;
2)單片機(jī)通過串口發(fā)送AT命令控制無線模塊SIM900D與遠(yuǎn)程服務(wù)器建立TCP連接(預(yù)先需要知道遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)控制中心服務(wù)器的IP地址和端口);
3)連接建立后,單片機(jī)把準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線模塊SIM900D,通過前面建立好的數(shù)據(jù)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;并讀取無線模塊SIM900D從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心返回的數(shù)據(jù);
4)數(shù)據(jù)處理好后,關(guān)閉當(dāng)前建立的TCP連接,然后再關(guān)閉無線模塊SIM900D的電源,以節(jié)約耗電,繼續(xù)等待下一次的通訊。
4 結(jié)論
本手持機(jī)主要支持IS014443A協(xié)議的射頻卡的讀寫,此射頻卡目前已經(jīng)被廣泛使用。利用此設(shè)計方案,開發(fā)的物流手持射頻卡讀寫器,具有攜帶方便,成本低,軟件修改方便,可使用場合多的特點(diǎn),隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,其應(yīng)用前景一定非常廣闊。
參考文獻(xiàn)
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[2]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版式,2006,12.
2 硬件電路設(shè)計
2.1 讀寫器的主要控制器
手持讀寫器的主要的CPU采用ATMEL公司的AT89C52。它是一款常用的51單片機(jī)。被應(yīng)用到各種工業(yè)控制和消費(fèi)電子領(lǐng)域中。其成本低,開發(fā)平臺簡單。當(dāng)然在這個系統(tǒng)里理論上完全可以用其他單片機(jī)或者ARM控制器來替換。
2.2 射頻卡讀寫器設(shè)計
射頻卡讀寫主要通過射頻卡芯片MF RC500及其必要的電路構(gòu)成,射頻卡芯片是整個讀寫器的核心,它可以實(shí)現(xiàn)讀寫射頻卡(電子標(biāo)簽)所有必要的功能,包括射頻信號的產(chǎn)生、調(diào)制、解調(diào)等。此芯片實(shí)際上是單片機(jī)與射頻卡之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。任何射頻卡上的數(shù)據(jù)讀寫都要通過此芯片來傳送。通過傳送不同的命令給此芯片,就能實(shí)現(xiàn)不同的控制。
此芯片需要在OSCSIN和OSCOUT引腳上外接13.56MHz晶振,當(dāng)然也可使用其他外部時鐘,但不推薦這樣做,因?yàn)樗旧淼臅r鐘已經(jīng)足夠穩(wěn)定。
為了實(shí)現(xiàn)最佳性能,射頻卡芯片的模擬部分使用單獨(dú)的電源,它對內(nèi)部的震蕩器、模擬解調(diào)器和解碼器提供工作電壓,同時對驅(qū)動部分和數(shù)字部分也各使用單獨(dú)電源供電,此讀卡器,我利用磁珠把各電源進(jìn)行分開。
此芯片支持不同的CPU接口,單片機(jī)通過控制射頻卡芯片的NCS引腳來選擇射頻卡芯片,在射頻卡芯片上電或硬件復(fù)位后,此芯片馬上復(fù)位它的接口模式,并根據(jù)幾個固定引腳上的邏輯電平來識別當(dāng)前CPU接口的類型。我們這里選擇了地址線與數(shù)據(jù)線分時復(fù)用的接口類型,其具體操作是:當(dāng)ALE為邏輯1時,將地址鎖存到內(nèi)部的相應(yīng)鎖存器中,然后由讀寫信號完成對芯片的數(shù)據(jù)讀寫。
在這個部分,讀寫器的天線設(shè)計也相當(dāng)?shù)闹匾脑O(shè)計質(zhì)量將直接影響讀寫射頻卡的有效距離,我們參考芯片的數(shù)據(jù)手冊,采用直接匹配的天線,其有效距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到10cm。在天線電路的設(shè)計里,我們主要考慮兩個方面的問題:
第一個方面是對電磁干擾的濾波,由于這個讀寫器的工作頻率為13.56MHz,由時鐘電路產(chǎn)生,但它也伴隨產(chǎn)生13.56 MHz中的3次、5次等高次諧波。為達(dá)到國際EMC要求,良好地控制這些電磁干擾。本讀寫器使用低通濾波器來控制電磁干擾。
第二個方面是為了天線的性能達(dá)到最好,需要考慮天線電路的阻抗匹配。
2.3 電源的設(shè)計
由于本手持機(jī)在使用無線模塊時,需要較大的電流。另外本設(shè)備為手持機(jī),所以系統(tǒng)設(shè)計采用優(yōu)科能源的可充電聚合物鋰離子電池組件(2節(jié)串聯(lián),每節(jié)3.7V的標(biāo)稱電壓),可充電(需另購充電器,充電電壓為8.4V),電池電壓通過降壓型DCDC芯片AOZ1016A轉(zhuǎn)換成5V電壓輸出,此芯片的輸入電壓范圍較大(從4.5V~16V),最大可以輸出3.6A的電流,完全滿足本手持機(jī)的電壓需要。
2.4 顯示器的設(shè)計
顯示部分采用160×96點(diǎn)陣液晶屏,這個液晶屏是總線型的,它與單片機(jī)的連接采用數(shù)據(jù)并行模式,直接與單片機(jī)的PO口相連,而液晶屏的讀寫控制信號R/W則直接連接單片機(jī)的讀寫信號上,另外液晶屏的片選信號CS,指令/數(shù)據(jù)寄存器選擇信號A0,復(fù)位信號RESET和串并行選擇端P/S,都需要分別連接到單片機(jī)的其他I/O口。
2.5 鍵盤的設(shè)計
鍵盤設(shè)計使用單片機(jī)P1口的八個I/O口實(shí)現(xiàn),采用4×4矩陣動態(tài)掃描模式,可設(shè)計提供11個數(shù)字鍵(包括小數(shù)點(diǎn))、確認(rèn)鍵、取消鍵、退格鍵、2個功能鍵,共16個按鍵。滿足一般手持設(shè)備的按鍵需求。
2.6 無線通訊模塊
目前市場上提供的無線通訊模塊有很多,為了適應(yīng)更多的國家使用,我們使用剛剛推出的四頻的無線模塊SIM900D(它是SIM340DZ的替代品),此模塊自帶TCP/IP協(xié)議棧,無需其他CPU的支持就能利用TCP/IP數(shù)據(jù)流方式進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)然它也使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令,性能穩(wěn)定,使用方便。本手持機(jī)中,單片機(jī)通過串口與SIM900D進(jìn)行通信,由于單片機(jī)AT89C52采用5V供電,而SIM900D使用4.3V供電,所以需要在5V電壓的基礎(chǔ)上進(jìn)行降壓,我們這里采用簡單的二極管進(jìn)行串接降壓。當(dāng)然此模塊還需要SIM卡接口電路,由于SIM卡是經(jīng)常被手碰到的地方,需要給SIM卡加上ESD保護(hù)電路。
3 軟件設(shè)計
手持機(jī)軟件系統(tǒng)用C51進(jìn)行直接編寫,當(dāng)然如果擴(kuò)展外部儲存器,也可考慮在本系統(tǒng)中采用嵌入式操作系統(tǒng),并在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上編寫自己的應(yīng)用驅(qū)動程序,我們這里考慮到本手持機(jī)只是作為物流讀寫射頻卡的中間設(shè)備,數(shù)據(jù)處理類型和任務(wù)較少,較復(fù)雜的應(yīng)用處理可以由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)控制中心來實(shí)現(xiàn),所以這里采用C51直接編寫全部程序,系統(tǒng)的各個單元部分用單獨(dú)的任務(wù)線程設(shè)計,在減少了軟件設(shè)計的復(fù)雜度的同時,也增強(qiáng)了軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可讀性。
本系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括,系統(tǒng)初始化,鍵盤掃描處理,液晶顯示,射頻卡的讀寫,以及無線模塊的控制與數(shù)據(jù)通訊等主要部分,由于系統(tǒng)初始化,鍵盤掃描處理,LCD顯示,都是非常常見的應(yīng)用設(shè)計,下面主要說明射頻卡的讀寫部分的設(shè)計。
3.1 射頻卡的讀寫軟件設(shè)計
射頻卡的讀寫,最主要是對芯片進(jìn)行控制。因此讀寫程序也主要是完成單片機(jī)對射頻卡芯片MF RC500的控制,從而實(shí)現(xiàn)芯片與射頻卡之間的數(shù)據(jù)交互,工作流程如下:
1)單片機(jī)對射頻卡芯片進(jìn)行初始化,使其進(jìn)入正常的工作狀態(tài);
2)等待中斷信號(射頻卡芯片通過天線檢測到有效的射頻卡進(jìn)入有效范圍后,產(chǎn)生中斷信號給單片機(jī));
3)由單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的指令給射頻卡芯片,進(jìn)行請求,防碰撞,選擇等操作;
4)單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的指令對讀寫射頻卡密碼進(jìn)行驗(yàn)證;
5)驗(yàn)證完畢后,讀取射頻卡指定塊的內(nèi)容或者寫入相應(yīng)地址塊的數(shù)據(jù);
6)完成數(shù)據(jù)讀寫后,向卡發(fā)送停止命令,并可判斷卡有沒有離開。
3.2 無線模塊的數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖O(shè)計
由于無線模塊SIM900D自帶TCP/IP協(xié)議棧,在本手持讀寫器里,單片機(jī)通過其串口,利用AT命令就可以對SIM900D進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。主要流程如下:
1)先由單片機(jī)通過I/O腳控制模塊上電,使SIM900D上電復(fù)位;
2)單片機(jī)通過串口發(fā)送AT命令控制無線模塊SIM900D與遠(yuǎn)程服務(wù)器建立TCP連接(預(yù)先需要知道遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)控制中心服務(wù)器的IP地址和端口);
3)連接建立后,單片機(jī)把準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線模塊SIM900D,通過前面建立好的數(shù)據(jù)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;并讀取無線模塊SIM900D從遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心返回的數(shù)據(jù);
4)數(shù)據(jù)處理好后,關(guān)閉當(dāng)前建立的TCP連接,然后再關(guān)閉無線模塊SIM900D的電源,以節(jié)約耗電,繼續(xù)等待下一次的通訊。
4 結(jié)論
本手持機(jī)主要支持IS014443A協(xié)議的射頻卡的讀寫,此射頻卡目前已經(jīng)被廣泛使用。利用此設(shè)計方案,開發(fā)的物流手持射頻卡讀寫器,具有攜帶方便,成本低,軟件修改方便,可使用場合多的特點(diǎn),隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,其應(yīng)用前景一定非常廣闊。
該技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個標(biāo)簽,操作快捷方便。可以有效避免人工輸入可能出現(xiàn)的失誤,大大提高入庫、出庫、驗(yàn)貨、盤點(diǎn)、補(bǔ)貨等工作的效率,優(yōu)化庫存,進(jìn)一步提高管理運(yùn)作效率,降低運(yùn)作成本,為企業(yè)帶來直接經(jīng)濟(jì)效益,提高企業(yè)核心競爭力。
一、射頻識別技術(shù)工作原理
1、 RFID的技術(shù)優(yōu)勢
RFID利用射頻方式識別目的。和傳統(tǒng)條形碼識別技術(shù)相比,RFID有以下優(yōu)勢:① 快速掃描:條形碼一次只能掃描一個條形碼;RFID辨識器可同時辨識讀取多個RFID標(biāo)簽;② 體積小型化、形狀多樣化:RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制,不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì);③ 抗污染能力和耐久性:傳統(tǒng)條形碼的載體是紙張,因此容易受到污染和損壞,而RFID對水、油和化學(xué)藥品等物質(zhì)具有很強(qiáng)抵抗性;④ 可重復(fù)使用:現(xiàn)今的條形碼印刷上去之后就無法更改,RFID標(biāo)簽則可以重復(fù)地新增、修改、更新;⑤ 穿透性和無屏障閱讀:在被覆蓋的情況下,RFID能夠穿透紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質(zhì),能夠進(jìn)行穿透性通信;⑥ 數(shù)據(jù)的記憶容量大:一維條形碼的容量是50bytes,二維條形碼最大的容量可儲存2至3000字符,隨著記憶載體的發(fā)展,數(shù)據(jù)容量也有不斷擴(kuò)大的趨勢;⑦ 安全性:由于RFID承載的是電子式信息,其數(shù)據(jù)內(nèi)容可經(jīng)由密碼保護(hù),使其內(nèi)容不易被偽造及變造。
2、RFID的組成
射頻識別系統(tǒng)由三部分組成:標(biāo)簽,由耦合元件及芯片組成,每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼,附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象;閱讀器,讀寫標(biāo)簽信息的設(shè)備,可設(shè)計為手持式或固定式;天線,在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號。
二、射頻識別系統(tǒng)在煙草上應(yīng)用實(shí)例
目前RFID在煙草領(lǐng)域中主要應(yīng)用在二個方面:第一是RFID在煙草數(shù)字物流領(lǐng)域的應(yīng)用:在整個供應(yīng)鏈的流通過程中,實(shí)現(xiàn)物料跟蹤定位和實(shí)時處理異常情況;第二是RFID在煙草數(shù)字倉儲領(lǐng)域的應(yīng)用:實(shí)現(xiàn)貨物先進(jìn)先出和庫存實(shí)時化管理。
1、RFID在基地種植環(huán)節(jié)的應(yīng)用
現(xiàn)代煙草對生產(chǎn)第一車間——基地單元建設(shè)的重視與日俱增,如何對基地單元進(jìn)行有效的、長期的精細(xì)化信息化管理,運(yùn)用RFID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)“不用親臨田間地頭,無論是在家,還是在辦公室,甚至是車上,只要一臺3G手機(jī)在手,您就可以輕松掌握農(nóng)作物的生長情況,還可以點(diǎn)對點(diǎn)遠(yuǎn)程操作智能大棚內(nèi)灌溉、通風(fēng)等任何設(shè)施。” 在基地單元實(shí)施RFID項(xiàng)目,可以實(shí)現(xiàn)采集溫度、濕度、光照、土壤含水量、土壤營養(yǎng)液等農(nóng)作物生長環(huán)境參數(shù),同時顯示對灌溉、通風(fēng)、水簾、遮陽網(wǎng)等的遠(yuǎn)程智能控制,確保煙葉生產(chǎn)降本節(jié)工、提質(zhì)增效,從而推進(jìn)煙葉生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化種植、集約化經(jīng)營、專業(yè)化服務(wù)、信息化管理。
2、RFID在煙草數(shù)字物流領(lǐng)域的應(yīng)用
根據(jù)國家煙草專賣局的要求,所有成品卷煙生產(chǎn)及銷售必須在“行業(yè)卷煙生產(chǎn)經(jīng)營決策管理信息系統(tǒng)”(即一號工程)中運(yùn)行,每件成品卷煙需粘貼一個32位的“一號工程條碼”,出廠時需在煙草工業(yè)企業(yè)進(jìn)行出廠掃描,調(diào)撥到商業(yè)公司后,需由商業(yè)公司進(jìn)行商業(yè)接收掃描。
通過流程分析可以發(fā)現(xiàn),在整個操作流程中,每托盤成品煙都經(jīng)過了一次從整托盤拆垛成單件和從單件碼垛成整托盤的過程,而且每件煙都是逐一單個掃描工業(yè)出庫和單個掃描商業(yè)入庫。如果中間減少拆垛、碼垛的過程,實(shí)現(xiàn)整托盤一號工程碼一次性掃描,將大大縮減流程、提高物流效率。通過在成垛運(yùn)輸?shù)耐斜P中采用RFID電子標(biāo)簽的方法,通過條碼與RFID電子標(biāo)簽的結(jié)合,成功地解決了成垛卷煙的物流和信息流的交互與統(tǒng)一問題。可以滿足“現(xiàn)代物流”的“一庫制”配送運(yùn)轉(zhuǎn)模式要求,適用于大規(guī)模繁忙物流配送,可確保供應(yīng)鏈的高質(zhì)量數(shù)據(jù)交流,可為行業(yè)卷煙生產(chǎn)經(jīng)營提供決策依據(jù)。
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.177
1 引言
FID(射頻識別)技術(shù)來源于電磁感應(yīng)現(xiàn)象,在20世紀(jì)80年代飛速發(fā)展,由于這項(xiàng)技術(shù)具有自動識別的能力,今年來發(fā)展也很迅猛。其技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)趨于多功能化。目前,多種已經(jīng)投入實(shí)用的自動識別技術(shù)都與射頻識別技術(shù)相關(guān),但是這些技術(shù)還是有一些區(qū)別的,例如:核心工作原理、電磁波的工作頻率和整個系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)以及系統(tǒng)所應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還是不同的[1]。一個典型的射頻識別系統(tǒng)由以下三部分組成,即電子標(biāo)簽、讀寫設(shè)備和后臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。以上三部分的核心器件是電子標(biāo)簽。
2 射頻識別中的電子標(biāo)簽技術(shù)
射頻識別中的標(biāo)簽按工作原理可以分為主動式、被動式和半主動式三種。
2.1 被動式
射頻識別中的被動式電子標(biāo)簽為常見標(biāo)簽,其特點(diǎn)是內(nèi)部沒有供電電源。這種電子標(biāo)簽依靠接收到的電磁波驅(qū)動內(nèi)部的集成電路工作,而接受到的電磁波是由射頻識別讀取設(shè)備發(fā)射出來的。如果電子標(biāo)簽接收到的信號強(qiáng)度足夠,就可以驅(qū)動內(nèi)部電路向讀寫設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通常有全球唯一的ID號以及電可擦寫只讀存儲器中的預(yù)置數(shù)據(jù)[2]。由于被動式電子標(biāo)簽價格低廉、體積小以及無需專用電源供電的特點(diǎn),因此此種標(biāo)簽占了主要市場份額。
2.2 半主動式
半主動式標(biāo)簽的出現(xiàn)與主動式標(biāo)簽的一些缺點(diǎn)有關(guān)。被動式標(biāo)簽的天線除了接收讀寫設(shè)備發(fā)射的電磁波來驅(qū)動內(nèi)部基礎(chǔ)電路外,還要通過將天線的阻抗切換來將電信號回傳來產(chǎn)生數(shù)字信號。要提高回傳效率,天線的設(shè)計很重要,必須處于短路開路間,但是這樣處理又使得回傳信號發(fā)生反射無法傳送到讀寫設(shè)備。半主動式標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)與被動式標(biāo)簽類似,但是在內(nèi)部多了一個微型電池給內(nèi)部集成電路供電使得集成電路處于正確得工作狀態(tài)[3]。與被動式標(biāo)簽相比,半主動式標(biāo)簽的響應(yīng)速度更快,傳輸效率更高。
2.3 主動式
主動式標(biāo)簽內(nèi)部具有微小內(nèi)部電源給內(nèi)部集成電路供電并且產(chǎn)生對外電磁波以被讀寫設(shè)備接收。由于內(nèi)部獨(dú)立電源產(chǎn)生的電磁波信號強(qiáng)度足夠,主動式標(biāo)簽具有較長的發(fā)送距離和較大的存儲容量來存儲讀寫設(shè)備發(fā)送來的一些信息。
射頻識別技術(shù)由一套完整的設(shè)備組成,這些設(shè)備的核心是電子標(biāo)簽,電子標(biāo)簽由存有代碼識別能力的大規(guī)模集成電路處理器芯片和發(fā)射接收天線組成,目前主要是無源式。使用的時候由接收天線接收讀寫設(shè)備發(fā)送的電磁波信號。除此之外還有讀寫器和后臺服務(wù)器系統(tǒng)。
在超市比較流行的條碼技術(shù)與RFID相比缺點(diǎn)很多,RFID技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多,如存儲容量大,發(fā)射距離長,信息安全度高,適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng),最重要的是可以一次性讀取多個標(biāo)簽。缺點(diǎn)也明顯,如目前的生產(chǎn)成本高,但是隨時技術(shù)的發(fā)展和使用量的增加可以大大降低使用成本[4]。
相對也有缺點(diǎn),就是建置成本較高。不過透過該技術(shù)的大量使用,生產(chǎn)成本就可大幅降低
3 結(jié)束語
射頻識別技術(shù)今年來成為了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心和熱點(diǎn),伴隨著相關(guān)技術(shù)的長足進(jìn)步如微型集成電路的發(fā)展,微型智能電子標(biāo)簽得到了發(fā)展,其在超低功耗集成電路上的進(jìn)步為超低功耗電子標(biāo)簽的發(fā)展創(chuàng)造條件。被動式電子標(biāo)簽沒有電池,由接收讀寫器發(fā)射的電磁波信號從而獲得電路所需的能量,這類線圈工作距離較近,且只能單向通信,使用的局限性較大,而主動式電子標(biāo)簽不但具備被動式電子標(biāo)簽的所有特性,而且還具有較長的讀取距離,全雙工通訊,使用壽命較長,性能更好等優(yōu)點(diǎn)[5]。 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中,RFID可以對物體實(shí)現(xiàn)透明化追蹤、通信與管理,是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基本技術(shù)。RFID與智能網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)相結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離物體的跟蹤與信息的共享,從而賦予物體的智能,實(shí)現(xiàn)人與物、物與物的溝通對話,最終構(gòu)成聯(lián)通萬事萬物的物聯(lián)網(wǎng)。
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射頻識別即RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù),又稱電子標(biāo)簽、無線射頻識別,是一種非接觸的自動識別技術(shù),其基本原理是利用射頻信號或雷達(dá)反射的傳輸特性,以實(shí)現(xiàn)被識別物體的自動識別。由于該技術(shù)具有實(shí)時、準(zhǔn)確以及快速采集和處理信息的特點(diǎn),被認(rèn)為是21世紀(jì)十大重要技術(shù)之一,在當(dāng)前物資管理、人員管理、交通管理、消費(fèi)管理等多個領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。而電子報道系統(tǒng)作為人員管理的一個特殊領(lǐng)域,也為RFID技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間。
一、RFID系統(tǒng)概述
一個典型的RFID系統(tǒng),是由電子標(biāo)簽、閱讀器和應(yīng)用軟件系統(tǒng)這三個部分所組成。電子標(biāo)簽由耦合元件及芯片組成,每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼,附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象,電子標(biāo)簽依據(jù)頻率的不同可分為低頻電子標(biāo)簽、高頻電子標(biāo)簽、超高頻電子標(biāo)簽和微波電子標(biāo)簽等。閱讀器由天線、芯片和耦合元件組成,其主要作用是通過天線與電子標(biāo)簽進(jìn)行無線通信,可以實(shí)現(xiàn)對標(biāo)簽識別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)的寫入和讀出操作。應(yīng)用軟件系統(tǒng)則是將所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理,以方便人們使用。
基于RFID技術(shù)的會議電子報道系統(tǒng),應(yīng)具有以下方面的特點(diǎn):完善的數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理和信息查詢功能;可實(shí)時顯示到會人員的報道情況;會議人員的報道過程的快捷化和簡單化。
二、電子標(biāo)簽的選擇和設(shè)計
由于電子標(biāo)簽的工作頻率不僅決定了射頻識別系統(tǒng)的工作原理(電感耦合或電磁耦合)、識別距離,而且還決定了電子標(biāo)簽和閱讀器實(shí)現(xiàn)的難易程度以及設(shè)備的成本,為此應(yīng)首先對電子標(biāo)簽的頻率進(jìn)行選擇。工作在不同頻點(diǎn)或頻段的電子標(biāo)簽具有各自不同的特點(diǎn),在國際上有公認(rèn)的劃分方法,即位于ISM波段以內(nèi),典型的工作頻率有:125kHz、133kHz、13.56MHz、433MHz、902~928MHz、2.45GHz、5.8GHz等(見下表1)。
電子報道系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)對會議人員證件的查驗(yàn)工作,即人員管理,最適宜選擇頻率為13.56MHz的中高頻無源電子標(biāo)簽,相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)為ISO18000-3。這類電子標(biāo)簽采用電感耦合的工作方式,從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得射頻信號及高頻能量,識別距離通常在1m以內(nèi),可以方便的制作成卡狀,能夠近距離滿足證件驗(yàn)證、通道式報道以及刷卡消費(fèi)等功能的需要。例如,采用美國德州儀器公司所研制的13.56MHz的非接觸式電子標(biāo)簽,不僅具有唯一的身份識別號,而且擁有2KB的容量可用于防偽及數(shù)據(jù)的存儲。同時通過天線的調(diào)整能實(shí)現(xiàn)不同的讀取距離,分別有70~80厘米的遠(yuǎn)距離讀卡器(如LR2000型)、40~50厘米的中距離讀卡器(如650A型)以及5~10厘米的近距離讀卡器。實(shí)踐證明,采用這類電子標(biāo)簽,可全面實(shí)現(xiàn)電子報道系統(tǒng)中報道、驗(yàn)證、就餐等多種管理功能的需要,作為會務(wù)管理的應(yīng)用是具有可行性的。
三、其它功能設(shè)計
1、系統(tǒng)軟件的設(shè)計
管理控制軟件作為電子報道系統(tǒng)的中心部分,主要用于與閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、控制閱讀器的工作模式、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及管理會議數(shù)據(jù)等等。系統(tǒng)軟件主要采用Delphi6.0作為開發(fā)平臺, Access數(shù)據(jù)庫用于會議信息的查詢與存儲,而串口通信控制則用于與閱讀器之間的數(shù)據(jù)交換以及對閱讀器工作模式的控制。基于RFID技術(shù)的電子報道系統(tǒng),要求系統(tǒng)軟件具有以下方面特點(diǎn):方便操作控制,界面應(yīng)美觀、簡單;錄入和讀出會議信息方便簡捷,保密性和維護(hù)性強(qiáng);能通過串口通信協(xié)議,實(shí)現(xiàn)與閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳送和工作模式的控制;具備完善的會議資料查詢功能等等。
系統(tǒng)軟件的功能模塊主要包括了數(shù)據(jù)庫管理模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理模塊、實(shí)時報道顯示模塊、閱讀器控制模塊以及用戶登錄模塊,如下圖1所示。其中,數(shù)據(jù)庫管理模塊采用Access數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對信息的查詢、修改、維護(hù)以及存儲等功能,以確保數(shù)據(jù)信息的可靠與完整,而且方便錄入、讀出和查詢工作;數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理模塊主要是對會議人員的缺席數(shù)據(jù)、出席數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和管理,并將數(shù)據(jù)信息存入到數(shù)據(jù)庫中,方便打印和管理;實(shí)時報道顯示模塊是結(jié)合投影技術(shù),將電子標(biāo)簽和閱讀器中獲得的信息快速的通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行配對和查詢,以得到相應(yīng)會議報道人員的信息和資料,并進(jìn)行顯示;閱讀器控制模塊則是利用串口通信控件以實(shí)現(xiàn)與閱讀器之間的數(shù)據(jù)傳送和工作模式的控制;用戶登錄模塊則主要用于檢驗(yàn)用戶的使用權(quán)限,保證電子報道系統(tǒng)使用的安全性。
2、通道門的設(shè)計
在會議廳門口或會場的出入口處需設(shè)置通道式感應(yīng)裝置即通道門,當(dāng)會議人員進(jìn)入時,通道門可起到對會議人員個人信息的實(shí)時自動采集,以實(shí)現(xiàn)報道與驗(yàn)證的功能,因此對通道門的設(shè)計也是該電子報道系統(tǒng)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。對通道門的設(shè)計既應(yīng)保證會議人員信息數(shù)據(jù)的正確采集,還需考慮到方便人員的通行,因此在設(shè)計中應(yīng)重點(diǎn)注意通道門高度與寬度的情況,通常情況下應(yīng)注意以下幾點(diǎn):通道門高度的選擇應(yīng)充分考慮到會議人員身高較高、身高較矮以及輪椅乘員的情況;寬度的選擇則應(yīng)以方便輪椅乘員的通行為宜。
根據(jù)實(shí)際情況分析,會議人員的證件通常佩戴在左上衣口袋處,而人身高普遍在1.5~1.9米左右,考慮到少數(shù)超高的情況以及坐輪椅的同志,因此通道門內(nèi)置天線的有效讀卡高度需要涵蓋0.7~1.5米范圍以內(nèi)。而寬度的設(shè)計上,我國的輪椅標(biāo)準(zhǔn)基本參照國際標(biāo)準(zhǔn),即76cm左右,為確保順利的通行,在通道門兩邊還應(yīng)各保證一定的余量。綜上所述,通道門高度與寬度的設(shè)計可分別設(shè)置為:1.5米左右和0.9米左右。
通道門設(shè)計的另一個重點(diǎn)問題是天線的電特性設(shè)置。在設(shè)計時,既要求考慮到單天線的理論數(shù)據(jù)結(jié)果,還應(yīng)考慮到雙天線之間重疊區(qū)域的影響關(guān)系。因此,應(yīng)參照相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果,保證天線的電特性能調(diào)整到最佳狀態(tài),以盡可能減少讀卡時誤差情況的發(fā)生。例如,采用LR2000型遠(yuǎn)距離讀卡器時,通過對天線電特性的調(diào)整,能實(shí)現(xiàn)0.9~1米范圍距離的讀卡,通過雙天線理論上能達(dá)到1.8~2米的遠(yuǎn)距離讀卡。然而在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn),當(dāng)通道門寬度調(diào)整到1.8米左右時,讀卡往往會存在2%左右的誤差。基于這種情況,可通過減少通道的寬度,以保證讀卡準(zhǔn)確率達(dá)到100%。
總結(jié):
電子報道系統(tǒng)應(yīng)用RFID技術(shù)的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了會議報道管理的智能化與自動化。在對電子報道系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時,應(yīng)綜合考慮多方面因素,在掌握好各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的同時,加強(qiáng)對現(xiàn)場環(huán)境因素的控制,以真正將射頻識別技術(shù)良好應(yīng)用到電子報道系統(tǒng)當(dāng)中,以滿足當(dāng)前各類大中型會議報道的需要。
參考文獻(xiàn)
條碼技術(shù)作為一種自動識別技術(shù), 具有成本低、操作簡單的特點(diǎn), 在圖書館及其它行業(yè)中工作得到廣泛的應(yīng)用,但其也存在局限性, 如必須人工借助讀寫設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集, 常因條碼、閱讀器質(zhì)量發(fā)生誤讀和拒讀。近年迅速發(fā)展的射頻識別(RFID) 技術(shù), 不僅具備條碼技術(shù)的功能,還克服了其局限性, 用于圖書資料的識別更加簡單高效。本文對射頻技術(shù)進(jìn)行簡單介紹, 并對其在圖書館工作中的應(yīng)用進(jìn)行探討。
一 RFID 概述
1 射頻識別原理
射頻技術(shù)(radio Frequency Identification) 是一種非接觸自動識別技術(shù), 它可實(shí)現(xiàn)對靜止的或移動中的物體的自動識別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù), 識別工作無須人工干預(yù), 并可工作于惡劣環(huán)境。
圖1 射頻識別系統(tǒng)構(gòu)成圖
射頻識別系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽(tag) 、讀寫器( read2er) 、天線(Antenna) 三部分組成, 如圖1 所示。其中電子標(biāo)簽又稱為射頻標(biāo)簽、應(yīng)答器, 由標(biāo)簽芯片和耦合組成。每個標(biāo)簽具有惟一的電子編碼, 是數(shù)據(jù)載體。電子標(biāo)簽附著或嵌在待識別物體上, 用于標(biāo)識目標(biāo)對象。天線是標(biāo)簽與閱讀器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)射、接收裝置。天線與讀寫器可集成為一個整體, 也分立存在, 不同制造商有各自的集成方法。任何一個RFID 系統(tǒng)至少應(yīng)包含一根天線, 可為內(nèi)置天線也可為外置天線, 用以發(fā)射和接收射頻信號。閱讀器又稱為讀出裝置、掃描器, 當(dāng)電子標(biāo)簽可以無線改寫數(shù)據(jù)時雙稱為讀寫器, 典型的閱讀器由高頻模塊(發(fā)送器和接收器) 、控制單元以及天線組成。此外許多讀寫器還有附加的接口(RS232、RS485、以太網(wǎng)接口等) , 以便將所獲得的數(shù)據(jù)傳向應(yīng)用系統(tǒng)或從應(yīng)用系統(tǒng)接收命令。閱讀器與應(yīng)用系統(tǒng)之間的接口API (Application Programm Interface) 通常用一組可由開發(fā)工具(如VC + + , VB , PB 等) 調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)來表示。標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)的功能大致包括以下四個方面:
1)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)需要可能向閱讀器發(fā)出閱讀器配置命令。2 )閱讀器向應(yīng)用系統(tǒng)可能返回的所有可能的閱讀器當(dāng)前的配置狀態(tài)。3 )應(yīng)用系統(tǒng)向閱讀器可能發(fā)送的各種命令。4 )閱讀器向應(yīng)用系統(tǒng)可能返回的所有可能命令的執(zhí)行結(jié)果。
射頻系統(tǒng)工作時, 閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號, 標(biāo)簽進(jìn)入磁場時, 通過空間耦合獲得能量, 發(fā)送出自身編碼信息。閱讀器獲取數(shù)據(jù)并解碼后送至電腦主機(jī)進(jìn)行相關(guān)的處理, 這樣在耦合通道內(nèi)根據(jù)時序關(guān)系實(shí)現(xiàn)能量傳遞和數(shù)據(jù)交換, 并可通過計算機(jī)及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對識別信息采集處理及遠(yuǎn)程傳送, 從而實(shí)現(xiàn)物品的自動識別或物品信息的自動收集。
2 射頻系統(tǒng)的分類
通常讀寫器發(fā)送信號時使用的電磁頻率稱為RFID 系統(tǒng)的工作頻率, 射頻系統(tǒng)依工作頻率分為低頻( 30kHz2300kHz) 、高頻(3MHz230MHz) 和超高頻(300MHz23GHz)三種類型。常見的工作頻率有低頻125kHz、13412kHz 及高頻13156MHz 等。低頻電子標(biāo)簽成本較低, 但標(biāo)簽保存的數(shù)據(jù)量較少, 閱讀距離較短, 外形多樣, 閱讀天線方向性不強(qiáng)。高頻系統(tǒng)標(biāo)簽保存的數(shù)據(jù)量較大, 閱讀距離可達(dá)幾米至十幾米, 能適應(yīng)物體高速運(yùn)動, 外形一般為卡狀, 閱讀天線及電子標(biāo)簽天線有極強(qiáng)的方向性, 成本較高。按電子標(biāo)簽的供電方式, 射頻系統(tǒng)可分為有源系統(tǒng)和無源系統(tǒng)。
有源系統(tǒng)的電子標(biāo)簽內(nèi)裝有電池, 標(biāo)簽電池供應(yīng)的能量部分地轉(zhuǎn)換為電子標(biāo)簽與閱讀器通訊所需的射頻能量, 閱讀距離較遠(yuǎn), 但電池壽命有限, 一般為3~5 年。無源系統(tǒng)的電子標(biāo)簽沒有內(nèi)裝電池, 在閱讀器的讀出范圍之外時, 電子標(biāo)簽處于無源狀態(tài), 在閱讀器的讀出范圍之內(nèi), 電子標(biāo)簽從空間耦合獲得的射頻能中提取其工作所需的電能。無源電子標(biāo)簽一般采用反射調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽信息向閱讀器的傳送。
3 射頻技術(shù)的特點(diǎn)
由于射頻識別的信息傳播媒介是電磁波, 可以透過外部材料讀寫數(shù)據(jù), 而且信息讀寫過程中, 對于讀寫器與被識別的電子標(biāo)簽之間的距離方位沒有精確的要求。電子標(biāo)簽?zāi)茉趷毫迎h(huán)境下工作, 使用壽命長, 能夠輕易嵌入或附著在不同形狀、類型的產(chǎn)品上。電子標(biāo)簽可以寫入及讀取數(shù)據(jù), 標(biāo)簽的內(nèi)容可以動態(tài)改變, 信息存儲量大。由于使用防沖撞突技術(shù), 能防止標(biāo)簽之間數(shù)據(jù)干擾, 因此RFID 系統(tǒng)可以同時處理多個標(biāo)簽, 例如TI 公司推出的13156MHz系統(tǒng), 每秒鐘能處理大約50 張標(biāo)簽。電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存取有密碼保護(hù)且需要專門的設(shè)備進(jìn)行讀寫, 因此不容易偽造及更改, 安全性更高。
二RFID 在圖書館工作中的應(yīng)用
RFID 以其技術(shù)優(yōu)勢在交通、物流等許多行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。在圖書館領(lǐng)域, 目前已有美國、新加坡等多個國家的圖書館采用了這項(xiàng)技術(shù)。在我國圖書館領(lǐng)域中, 射頻技術(shù)還未廣泛應(yīng)用, 其應(yīng)用僅限于射頻卡的使用。圖書館使用射頻卡標(biāo)識讀者身份, 并與管理軟件相配合, 實(shí)現(xiàn)電子閱覽室的“無人管理”和自動計費(fèi), 但對圖書資料的標(biāo)識依然使用條形碼。如果使用射頻技術(shù), 采用電子標(biāo)簽標(biāo)識圖書, 則可以解決由于條碼技術(shù)自身局限性在圖書館工作中出現(xiàn)的問題。
1 RFID 技術(shù)對圖書館工作的作用
1)簡化工作程序, 降低圖書丟失率目前圖書館工作中, 用條形碼標(biāo)識圖書資料, 同時為防止圖書的丟失, 需在圖書上粘貼磁條, 如果使用電子標(biāo)簽, 則可不必粘貼磁條, 省去一道圖書加工工序, 在流通工作中也可省去充磁、消磁工作。電子標(biāo)簽不僅存儲圖書資料的標(biāo)識信息, 也可包含安全信息, 經(jīng)過正常借閱圖書的標(biāo)簽安全信息可自動寫為正常狀態(tài), 否則為另一種狀態(tài),當(dāng)閱讀器在特定的出口處檢測到非借閱狀態(tài)的圖書時,RFID 系統(tǒng)就自動報警。
2)提高工作效率由于條碼必須在一定距離且沒有遮擋的情況下, 通過條碼閱讀器讀入數(shù)據(jù), 清點(diǎn)圖書時, 需要逐冊一一掃描。電子標(biāo)簽則是通過無線電波傳遞信號, 并可一次讀取數(shù)個記錄, 能極大提高清點(diǎn)效率。因RFID 系統(tǒng)可同時處理多個標(biāo)簽, 可減少或避免在借閱高峰時讀者的等候時間, 提高工作效率和服務(wù)水平。條碼技術(shù)會由于條碼、條碼讀寫器的質(zhì)量問題產(chǎn)生誤讀或拒讀, 使用電子標(biāo)簽, 識別準(zhǔn)確率會大大提高。對于亂架的圖書只要附有電子標(biāo)簽, 在RFID閱讀器覆蓋的區(qū)域能夠非常容易地找到, 并由館員將其歸位。
3)使用射頻識別技術(shù), 圖書館的一些場館可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的“開架”在特定的區(qū)域, 使用專用設(shè)備, 讀者可以自行借書還書; 讀者還可以使用一卡通系統(tǒng), 選擇RFID 結(jié)帳, 即由系統(tǒng)自動扣除超期、丟失圖書罰款等。此外, 裝有RFID 讀寫器的智能書架, 隨著圖書流通, 會自動顯示圖書的流通情況, 幫助館員進(jìn)一步了解圖書的使用情況。
2 圖書館使用RFID 所面臨的問題 1) 成本問題射頻識別系統(tǒng)的成本是制約其推廣應(yīng)用的首要因素。當(dāng)前電子標(biāo)簽的價格還較高, 無源和有源電子標(biāo)簽的價格分別在30 美分和1 美元左右, 這對于擁有數(shù)十萬乃至上百萬冊圖書的圖書館來說就顯得過于昂貴了。另外射頻閱讀器的價格大都在1 000美元以上, 而一個一般規(guī)模的圖書館就需要安裝多臺, 使用射頻識別系統(tǒng)的費(fèi)用偏高。
2 )標(biāo)準(zhǔn)化問題到目前為止, 包括ISO (國際標(biāo)準(zhǔn)組織) 和CEN (歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會) 在內(nèi)的10 多個國家或國際機(jī)構(gòu)頒發(fā)了有關(guān)RFID 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn), 彼此并不完全兼容。在物流領(lǐng)域, RFID技術(shù)存在兩種編碼體系———日本UID 標(biāo)準(zhǔn)和歐美的EPC 標(biāo)準(zhǔn), 這兩個標(biāo)準(zhǔn)使用的無線頻段、信息位數(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域等存在著不同程度的差異。由于RFID 在國際上還沒有一個成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)使用規(guī)范, 各個廠家推出的RFID 產(chǎn)品互不兼容, 這對RFID 產(chǎn)品互通和發(fā)展以及在圖書館的應(yīng)用造成了極大阻礙。
無線射頻識別技術(shù)(RFID)已經(jīng)成為一個很熱門的話題。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測,RFID技術(shù)市場將在未來五年內(nèi)在新的產(chǎn)品與服務(wù)上帶來30至100億美金的商機(jī),隨之而來的還有服務(wù)器、資料儲存系統(tǒng)、資料庫程序、商業(yè)管理軟件、顧問服務(wù),以及其他電腦基礎(chǔ)建設(shè)的龐大需求。
或許這些預(yù)測過于樂觀,但RFID將會成為未來的一個巨大市場是毫無疑問的。許多高科技公司正在加緊開發(fā)RFID專用的軟件和硬件,這些公司包括英特爾、微軟、甲骨文、sap和sun。
二、射頻識別技術(shù)發(fā)展歷史
從信息傳遞的基本原理來說,射頻識別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞),在高頻段基于雷達(dá)探測目標(biāo)的空間耦合模型(雷達(dá)發(fā)射電磁波信號碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī))。1948年哈里斯托克曼發(fā)表的利用反射功率的通信奠定了射頻識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。
射頻識別技術(shù)的發(fā)展可按十年期劃分如下:
1940-1950年:雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了射頻識別技術(shù),1948年奠定了射頻識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。
1950-1960年:早期射頻識別技術(shù)的探索階段,主要處于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究。
1960-1970年:射頻識別技術(shù)的理論得到了發(fā)展,開始了一些應(yīng)用嘗試。
1970-1980年:射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期,各種射頻識別技術(shù)測試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的射頻識別應(yīng)用。
1980-1990年:射頻識別技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段,各種規(guī)模應(yīng)用開始出現(xiàn)。
1990-2000年:射頻識別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨得到重視,射頻識別產(chǎn)品得到廣泛采用,射頻識別產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。
2000年后:標(biāo)準(zhǔn)化問題日趨為人們所重視,射頻識別產(chǎn)品種類更加豐富,有源電子標(biāo)簽、無源電子標(biāo)簽及半無源電子標(biāo)簽均得到發(fā)展,電子標(biāo)簽成本不斷降低,規(guī)模應(yīng)用行業(yè)擴(kuò)大。
至今,射頻識別技術(shù)的理論得到豐富和完善。單芯片電子標(biāo)簽、多電子標(biāo)簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離識別、適應(yīng)高速移動物體的射頻識別技術(shù)與產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實(shí)并走向應(yīng)用。
三、無線射頻識別技術(shù)
RFID系統(tǒng)的組成及其工作原理
RFID系統(tǒng)因應(yīng)用不同其組成會有所不同,但基本都由電子標(biāo)簽(Tag)、閱讀器(Reader)和數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)(Processor)三大部分組成。電子標(biāo)簽(或稱射頻卡、應(yīng)答器等),由耦合元件及芯片組成,其中飽含帶加密邏輯、串行EEPROM(電可擦除及可編程式只讀存儲器)、微處理器CPU以及射頻收發(fā)及相關(guān)電路。
電子標(biāo)簽具有智能讀寫和加密通信的功能,它是通過無線電波與讀寫設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,工作的能量是由閱讀器發(fā)出的射頻脈沖提供。閱讀器,有時也被稱為查詢器、讀寫器或讀出裝置,主要由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。閱讀器可將主機(jī)的讀寫命令傳送到電子標(biāo)簽,再把從主機(jī)發(fā)往電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)加密,將電子標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)解密后送到主機(jī)。數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)信息的存儲及管理、對卡進(jìn)行讀寫控制等。
RFID系統(tǒng)的工作原理如下:閱讀器將要發(fā)送的信息,經(jīng)編碼后加載在某一頻率的載波信號上經(jīng)天線向外發(fā)送,進(jìn)入閱讀器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽接收此脈沖信號,卡內(nèi)芯片中的有關(guān)電路對此信號進(jìn)行調(diào)制、解碼、解密,然后對命令請求、密碼、權(quán)限等進(jìn)行判斷。若為讀命令,控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關(guān)信息,經(jīng)加密、編碼、調(diào)制后通過卡內(nèi)天線再發(fā)送給閱讀器,閱讀器對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)、解碼、解密后送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理;若為修改信息的寫命令,有關(guān)控制邏輯引起的內(nèi)部電荷泵提升工作電壓,提供擦寫EEPROM中的內(nèi)容進(jìn)行改寫,若經(jīng)判斷其對應(yīng)的密碼和權(quán)限不符,則返回出錯信息。
在RFID系統(tǒng)中,閱讀器必須在可閱讀的距離范圍內(nèi)產(chǎn)生一個合適的能量場以激勵電子標(biāo)簽。在當(dāng)前有關(guān)的射頻約束下,歐洲的大部分地區(qū)各向同性有效輻射功率限制在500mW,這樣的輻射功率在870MHz,可近似達(dá)到0.7米。美國、加拿大以及其他一些國家,無需授權(quán)的輻射約束各向同性輻射功率為4W,這樣的功率將達(dá)到2米的閱讀距離,在獲得授權(quán)的情況下,在美國發(fā)射30W的功率將使閱讀區(qū)增大到5.5米左右。
RFID技術(shù)的分類
RFID技術(shù)的分類方式常見的有下面四種:
根據(jù)電子標(biāo)簽工作頻率的不同通常可分為低頻(30kHz~300kHz)、中頻(3MHz~30MHz)和高頻系統(tǒng)(300MHz~3GHz)。RFID系統(tǒng)的常見工作頻率有低頻125kHz、134.2kHz,中頻13.56MHz,高頻860MHz~930MHz、2.45GHz、5.8GHz等。
低頻系統(tǒng)特點(diǎn)是電子標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較少,閱讀距離較短,電子標(biāo)簽外形多樣,閱讀天線方向性不強(qiáng)等。主要用于短距離、低成本的應(yīng)用中,如多數(shù)的門禁控制、校園卡、煤氣表、水表等;中頻系統(tǒng)則用于需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng);高頻系統(tǒng)的特點(diǎn)是電子標(biāo)簽及閱讀器成本均較高,標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大,閱讀距離較遠(yuǎn)(可達(dá)十幾米),適應(yīng)物體高速運(yùn)動,性能好。閱讀天線及電子標(biāo)簽天線均有較強(qiáng)的方向性,但其天線寬波束方向較窄且價格較高,主要用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合,多在火車監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)中應(yīng)用。
根據(jù)電子標(biāo)簽的不同可分為可讀寫卡(RW)、一次寫入多次讀出卡(WORM)和只讀卡(RO)。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴得多,如電話卡、信用卡等;WORM卡是用戶可以一次性寫入的卡,寫入后數(shù)據(jù)不能改變,比RW卡要便宜;RO卡存有一個唯一的號碼,不能逐改,保證了安全性。
根據(jù)電子標(biāo)簽的有源和無源又可分為有源的和無源的。有源電子標(biāo)簽使用卡內(nèi)電流的能量、識別距離較長,可達(dá)十幾米,但是它的壽命有限(3~10年),且價格較高;無源電子標(biāo)簽不含電池,它接收到閱讀器(讀出裝置)發(fā)出的微波信號后,利用閱讀器發(fā)射的電磁波提供能量,一般可做到免維護(hù)、重量輕、體積小、壽命長、較便宜,但它的發(fā)射距離受限制,一般是幾十厘米,且需要閱讀器的發(fā)射功率大。
根據(jù)電子標(biāo)簽調(diào)制方式的不同還可分為主動式(Active tag)和被動式(Passive tag)。主動式的電子標(biāo)簽用自身的射頻能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器,主要用于有障礙物的應(yīng)用中,距離較遠(yuǎn)(可達(dá)30米);被動式的電子標(biāo)簽,使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù),它必須利用閱讀器讀寫器的載波調(diào)制自己的信號,適宜在門禁或交通的應(yīng)用中使用。
四、無線射頻識別技術(shù)改變生活
RFID是通過無線電波掃描基于芯片的電子標(biāo)簽,以實(shí)現(xiàn)對物體的識別。這是一項(xiàng)應(yīng)用前景非常廣泛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)與物理世界的聯(lián)絡(luò)。RFID芯片只有螞蟻頭大小,很容易嵌入任何商品標(biāo)簽。德國的世界杯門票就是未來票務(wù)革新的一個開端。未來的足球賽、大型演唱會、大型國際會議,甚至緊缺的機(jī)票、火車票都可以通過RFID實(shí)現(xiàn)有效管理,杜絕倒票和其他不安全因素。
在安保領(lǐng)域,RFID技術(shù)應(yīng)用也開始普及,德國法蘭克福機(jī)場與日本東京機(jī)場聯(lián)合應(yīng)用該技術(shù),提高行李安檢效率。法蘭克福機(jī)場電子掃描儀檢測的數(shù)據(jù),東京也很快能看到。在美國有近100萬個家庭寵物攜帶有這種芯片,一旦寵物走失,主人能很快地找回。2004年9月,日本的一家私立小學(xué)在學(xué)生書包上也安裝了RFID芯片,家長能隨時知道孩子的去處。 2004年底的印度洋大海嘯后,死難者遺體的鑒定成了一大難事,而今后游客只要注射了RFID芯片,在任何地方遇到事故或被劫持,就能很快被發(fā)現(xiàn)。
五、無線射頻識別技術(shù)發(fā)展存在的問題
RFID技術(shù)發(fā)展的前景是難以估量的,從廚房到展覽館,從超市到迪斯科舞廳,可以說沒有哪個經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的分支可以不應(yīng)用RFID的。然而,這一技術(shù)的應(yīng)用可能也會產(chǎn)生某些負(fù)面影響。例如:RFID芯片的普遍應(yīng)用將大大減少零售業(yè)的人力需求,這將可能導(dǎo)致員工的失業(yè),并引起員工對新技術(shù)的抵觸情緒。
由于RFID技術(shù)的來臨太快,許多技術(shù)細(xì)節(jié)問題也還沒有得到解決。到目前為止,RFID技術(shù)還沒有最終的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的頻率。歐洲RFID系統(tǒng)發(fā)射的是一種頻率,美國發(fā)射的是另一種頻率。另外,無線電波的發(fā)射受到液體和金屬的影響,因此,對飲料和罐頭這樣的商品應(yīng)用RFID還比較困難。重要的一點(diǎn)是還不清楚,誰來承擔(dān)新技術(shù)的開發(fā)成本,商業(yè)零售商和技術(shù)供應(yīng)商之間為此還存在爭論。
RFID的廣泛應(yīng)用還引起數(shù)據(jù)和消費(fèi)者保護(hù)爭論。目前,全球都在關(guān)注美國關(guān)于解決消費(fèi)者針對超市強(qiáng)行進(jìn)入私人生活的話題。德國比勒費(fèi)爾德民權(quán)聯(lián)合會也發(fā)起了捍衛(wèi)個人數(shù)據(jù)隱私的倡議,反對所謂的間諜芯片。該機(jī)構(gòu)認(rèn)為,隨著RFID芯片越來越容易地被隱藏在鞋子或衣服里,完全有理由相信,未來這種芯片的掃描儀或識別器也會被安裝在墻上、門檻里、加油站柱子上或樓梯上,企業(yè)可以用來隨時隨地監(jiān)控員工或消費(fèi)者的行為。
在10年前就已經(jīng)提出物聯(lián)網(wǎng)的概念,物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)質(zhì)就是把物聯(lián)接到網(wǎng)絡(luò)上,連接方式是通過射頻技術(shù),紅外技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等方式進(jìn)行,但是這些設(shè)備進(jìn)行通信必須按照約定的協(xié)議進(jìn)行信息交換,以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。物聯(lián)網(wǎng)概念定義其實(shí)質(zhì)還是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ),把互聯(lián)網(wǎng)的用戶拓展到物體和物體之間。物聯(lián)網(wǎng)的概念的實(shí)質(zhì)有兩層意思:
第一:物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展,其核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng);
第二:其用戶端不僅僅是個人,還包括任何物品。
一、物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)
從技術(shù)架構(gòu)上看物聯(lián)網(wǎng)可分為三層:感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層,如圖1所示。
1.感知層由二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽和讀寫器和各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成。感知層是物聯(lián)網(wǎng)獲取和識別物體層,它從物體中獲取物體的信息,它是物聯(lián)網(wǎng)信息采集的來源。
2.網(wǎng)絡(luò)層是由通訊與互連網(wǎng)的融合技術(shù),包括信息存儲和查詢,網(wǎng)絡(luò)管理等功能,網(wǎng)絡(luò)層的感知數(shù)據(jù)管理與處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù),感知數(shù)據(jù)管理處理技術(shù)包括傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲、查詢、分析、挖掘、和理解以及基于感知數(shù)據(jù)的決策和行為的理論和技術(shù)。
3.應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶(包括人、組織和其他系統(tǒng))的接口,它與行業(yè)需求結(jié)合,實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。
二、射頻識別技術(shù)
射頻識別技術(shù)(RFID)是無線電技術(shù)在自動識別領(lǐng)域中的具體應(yīng)用,RFID技術(shù)是通過無線射頻方式進(jìn)行,通信雙方自動識別實(shí)現(xiàn)交換數(shù)據(jù),它主要是通過射頻信號進(jìn)行識別目標(biāo)對象,并自動獲取物體的相關(guān)數(shù)據(jù),同時也向后臺的計算機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行通信,完成相關(guān)的數(shù)據(jù)信息處理。射頻識別技術(shù)包括數(shù)據(jù)的采集,數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的處理的功能。
工作原理
當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場以后,標(biāo)簽接收讀卡器發(fā)出的無線射頻信號,標(biāo)簽內(nèi)的感應(yīng)電流所獲取的能量把標(biāo)簽內(nèi)存儲的信息發(fā)送出去,如果標(biāo)簽自身有電源標(biāo)簽就會主動發(fā)送某一頻率的信號;解讀器讀取信息并且解碼,然后把信息送到中央信息處理系統(tǒng),最后由中央信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
射頻識別技術(shù)主要是電子標(biāo)簽和讀寫器之間的信息主要通過無線信號進(jìn)行穿梭,這種信息傳送的射頻信號分兩種耦合類型。
三、RFID系統(tǒng)組成
RFID系統(tǒng)有標(biāo)簽、閱讀器、Internet,服務(wù)器、中間軟件和計算機(jī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。系統(tǒng)通過閱讀器發(fā)送信號至電子標(biāo)簽,電子標(biāo)簽通過射頻信號驅(qū)動內(nèi)部的電磁電路提供電力,由天線將內(nèi)部存儲器所儲存的數(shù)據(jù)傳至閱讀器,經(jīng)由中介軟件編碼,通過網(wǎng)絡(luò)最后再將信息存入對應(yīng)數(shù)據(jù)庫。
讀寫器讀出的電子標(biāo)簽的信息,并采用分布式的系統(tǒng)中間件處理由讀寫器讀取的一連串標(biāo)簽信息。由于每一個電子標(biāo)簽上只有唯一代碼,計算機(jī)需要知道與該EPC匹配的其它信息,這就需要ONS來提供一種自動化的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫服務(wù),EPC中間件將EPC代碼傳給ONS,ONS指示EPC中間件到一個保存著產(chǎn)品文件的服務(wù)器(EPCIS)查找,該文件可由EPC中間件復(fù)制,因而文件中的產(chǎn)品信息就能傳到供應(yīng)鏈上,系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。
1.電子標(biāo)簽
RFID標(biāo)簽是由耦合元件和芯片組成,它內(nèi)置天線芯片中寫有能夠被識別的唯一的電子編碼,這種標(biāo)簽附著在可被識別的物體上,標(biāo)識目標(biāo)對象。這種標(biāo)簽具有持久性的特點(diǎn),信息接收傳播穿透性強(qiáng)、存儲容量大、種類多的特點(diǎn)。有些標(biāo)簽支持讀寫功能,目標(biāo)物體的信息能夠隨時被更新。
2.讀寫器
讀寫器在射頻系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性的作用,它是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施,它與RFID標(biāo)簽進(jìn)行信息交換,交換過程中,讀寫器把射頻電磁信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號,特別是讀寫器進(jìn)行對信號加工整理,然后從中解調(diào)出返回的信息,完成對RFID標(biāo)簽的識別或讀/寫操作;讀寫器與計算機(jī)通訊:上層中間件及應(yīng)用軟件與讀寫器進(jìn)行交互,實(shí)現(xiàn)操作指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)匯總上傳。
3.中間件(middleware)
為實(shí)現(xiàn)所采集信息的傳遞與分發(fā)而開發(fā)的中間件,中間件是一個軟件,它可以接受客戶端發(fā)送的請求,可以同時對多個讀寫器進(jìn)行操作,進(jìn)行并發(fā)處理,并且可以連接一個或者多個后端軟件應(yīng)用系統(tǒng)連接,它是返回結(jié)果數(shù)據(jù)的特殊化軟件。應(yīng)用程序使用中間件提供的應(yīng)用程序接口(API),進(jìn)行與讀寫器進(jìn)行通信,讀取RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。
4.應(yīng)用軟件
主要指企業(yè)系統(tǒng)軟件,應(yīng)用軟件(application software)是直接面向RFID應(yīng)用最終用戶的人機(jī)交互界面,協(xié)助使用者完成對讀寫器的指令操作以及對中間件的邏輯設(shè)置,逐級將RFID原子事件轉(zhuǎn)化為使用者可以理解的業(yè)務(wù)事件,并使用可視化界面進(jìn)行展示。由于應(yīng)用軟件需要根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的不同企業(yè)進(jìn)行專門制定,因此很難具有通用性。從應(yīng)用評價標(biāo)準(zhǔn)來說,使用者在應(yīng)用軟件端的用戶體驗(yàn)是判斷一個RFID應(yīng)用案例成功與否的決定性因素之一。應(yīng)用軟件也是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心,它負(fù)責(zé)與讀寫器通信,將讀寫器經(jīng)過中間件轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù),插入到后臺企業(yè)倉儲管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中,對電子標(biāo)簽管理信息、發(fā)行電子標(biāo)簽和采集的電子標(biāo)簽信息集中進(jìn)行存儲和處理。
四、RFID射頻設(shè)別系統(tǒng)應(yīng)用示例
港口集裝箱RFID技術(shù)的應(yīng)用,RFID應(yīng)用系統(tǒng)主要有三部分組成,首先在集裝箱上安裝電子標(biāo)簽,電子標(biāo)簽內(nèi)保存集裝箱信息,并且能夠進(jìn)行自動識別;其次,在港口區(qū)域有無線覆蓋,進(jìn)行信息傳輸,它可以完成對電子標(biāo)簽的信息的傳輸,應(yīng)具有實(shí)時性信息交互,并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入TSS運(yùn)輸安全管理系統(tǒng);第三部分集裝箱信息實(shí)時交換系統(tǒng),完成后端對集裝箱信息的實(shí)時處理和管理,并進(jìn)行EDI數(shù)據(jù)交換,以實(shí)現(xiàn)起運(yùn)港和目的港之間的集裝箱信息實(shí)時交換。
參考文獻(xiàn):
[1]王忠敏.《EPC技術(shù)基礎(chǔ)教程》.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004[2]
1 rfid技術(shù)概述
射頻識別(radio frequency identification,以下簡稱rfid)亦稱電子標(biāo)簽、無線射頻識別,是一種通信技術(shù)。rfid技術(shù)越來越受到人們的重視,在我國,rfid技術(shù)在工廠生產(chǎn)、鐵路運(yùn)營、倉儲物流、貴重品貿(mào)易、身份識別等領(lǐng)域得到長足發(fā)展,已經(jīng)有相當(dāng)成熟的應(yīng)用。[4]
rfid技術(shù)的技術(shù)原理是利用感應(yīng)識別特定的電子標(biāo)簽(rfid tags)發(fā)出的無線電波特定頻段的能量,或由電子標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號,進(jìn)行非接觸式雙向通信,完成目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)交換目的的自動識別技術(shù),而不需要識別系統(tǒng)(一般是rfid閱讀器)與電子標(biāo)簽之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。[5] rfid技術(shù)可應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣泛,可以說,在物聯(lián)網(wǎng)的概念中,rfid技術(shù)被看作是繼互聯(lián)網(wǎng)和移動通信兩大技術(shù)之后的第三大技術(shù)。
rfid系統(tǒng)組成包括硬件和軟件。其中硬件主要包括電子標(biāo)簽、閱讀器(reader)、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備;軟件主要包括應(yīng)用軟件、嵌入式軟件(又稱中間件)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
2 rfid和其他識別技術(shù)的比較
rfid技術(shù)和條形碼等其他識別技術(shù)相比,有以下幾個特點(diǎn):遠(yuǎn)距離讀寫,存儲量大,可重復(fù)使用。使用壽命長。可以同時識別多個標(biāo)簽。形狀不受限制。耐環(huán)境變化,保養(yǎng)方便。數(shù)據(jù)安全。
3 rfid應(yīng)用時的制約因素
rfid技術(shù)目前尚在托盤標(biāo)簽而未達(dá)到單品標(biāo)簽的階段,原因之一就是成本。第二個制約因素是安全問題。第三個問題在于標(biāo)準(zhǔn)和頻段的不統(tǒng)一。
總而言之,由于受到技術(shù)水平和標(biāo)準(zhǔn)問題的限制,rfid技術(shù)目前尚在部分行業(yè)得以應(yīng)用,未能建立完整的產(chǎn)業(yè)鏈,而在超級市場等零售業(yè)界,更只是在實(shí)施試點(diǎn)項(xiàng)目,未能形成普遍的氣候。
4 rfid系統(tǒng)優(yōu)勢
rfid標(biāo)簽全面取代條形碼后,能帶來更多的便利、快捷、創(chuàng)新和利潤。首先是能大大減少人工計費(fèi)的失誤,將現(xiàn)有的計費(fèi)系統(tǒng)耗時減少1/2到2/3,減少商品非預(yù)期性損失等,能給顧客和零售商均帶來極大的便利。
5 現(xiàn)有條形碼系統(tǒng)存在的問題
1)條碼條形碼是"可視技術(shù)",掃描器必須人為操作,只能接收它視野范圍內(nèi)的條碼條形碼。
2)條形碼的數(shù)據(jù)不能更改。
3)條形碼對完整性有較高要求。
4)條形碼只能識別生產(chǎn)者和產(chǎn)品,并不能辨認(rèn)具體的商品,
5)條形碼雖然只存儲了少量數(shù)據(jù),但這些數(shù)據(jù)卻是未經(jīng)過編碼的,識別碼是全球通用,因此數(shù)據(jù)保密性和安全性還是有一些欠缺。
而以上這種種問題,使用基于無線射頻識別(rfid)的超市購物自動計費(fèi)系統(tǒng)則可以一一解決。
6 rfid技術(shù)的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)前文所述可以通過設(shè)計rfid通道、閱讀器勘誤(中間層)和自動計費(fèi)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
1)rfid通道
rfid閱讀器通道,簡稱rfid通道。它將閱讀器固定在收銀臺附近的三個位置,從不同的位置對購物車進(jìn)行計費(fèi)。其設(shè)計如圖1所示。
2)閱讀器勘誤(中間層)
每個通道架設(shè)三臺閱讀器,分設(shè)左右兩邊,而位置亦是高中低三個位置,便于從不同角度來獲取rfid標(biāo)簽的信號。通過一個控制器使用tdma技術(shù),控制三個閱讀器分時讀取購物車上的rfid標(biāo)簽發(fā)出的經(jīng)過編碼的信息,一方面實(shí)現(xiàn)三個閱讀器在不同時間接收信號,以保證閱讀器不會互相干擾,另一方面實(shí)現(xiàn)防碰撞功能,即每個閱讀器可在短時間內(nèi)的不同時刻讀取不同rfid標(biāo)簽上的信息,使所以在范圍內(nèi)的商品rfid標(biāo)簽在通過通道的時候全被讀取。
3)自動計費(fèi)系統(tǒng)
自動計費(fèi)系統(tǒng)連接物聯(lián)網(wǎng)和超市內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫,待系統(tǒng)根據(jù)清單上各種商品的代碼連接數(shù)據(jù)庫建立帳單視圖并顯示到顯示屏中后,顧客可在顯示器屏幕上見到清單,并可選擇是將信用卡(銀聯(lián)卡)插入卡槽,還是在現(xiàn)金放置口中放入現(xiàn)金,進(jìn)行付費(fèi)。付費(fèi)完成后系統(tǒng)將控制通道末端的閘門開放,顧客可將購物車推離通道,系統(tǒng)將自動修改庫存相關(guān)信息。
7 rfid技術(shù)的應(yīng)用
進(jìn)入21世紀(jì)后更是因?yàn)槠涠ㄎ蛔粉櫦皵?shù)據(jù)交互方面的優(yōu)勢,rfid技術(shù)越來越受到人們的重視,在我國,rfid已經(jīng)在生產(chǎn)及包裝業(yè)、產(chǎn)品倉儲中、配送中心、門禁管理中、產(chǎn)品防偽中、制造業(yè)中、生產(chǎn)物流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等廣泛應(yīng)用,相信在不久的將來rfid技術(shù)的應(yīng)用會越來越廣泛。
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