RFID技术及其测试方案

实践心得 国外电子测量技术 2007年第 1期 RF ID技术及其测试 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 (安捷伦科技有限公司 　供稿 ) 1　RF ID背景介绍 无线射频识别 ( radio frequency identification, RF ID)实际上是自动识别技术 ( automatic equipment identification, AE I)在无线电技术方面的具体应用与 发展。该项技术的基本思想是 ,通过采用射频信号 自动识别目标对象并获取相关数据 ,识别工作无须 人工干预 ,可工作于各种恶劣环境。RF ID技术可识 别高速运动物体并可同时识别多个标签 ,操作快捷 方便。 RF ID技术主要应用于以下几个方面 : (1)军事物流系统 RF ID技术源于美国 ,早在二战期间 ,就用于飞 机的敌我识别 ,在最近几年的局部战争中 , RF ID技 术已经成功地应用于美军后勤的物流管理 ,无论是 在物资定购中、运输途中、还是在某个仓库存储中 , 通过该系统 ,各级指挥人员都可以实时掌握物流所 有信息。RF ID接收发送装置通常安装在运输线检 查站以及仓库、车站、码头、机场等关键节点上。接 收装置收到 RF ID标签信息后 ,连同接收地的位置 信息 ,传送给后勤调度管理中心 ,同时存入中心信 息数据库。 RF ID作为一种自动识别系统 ,它通过非接触的 射频信号自动识别目标并采集数据 ,可识别高速运 动目标并可同时识别多个目标 ,无须人工干预 ,操 作快捷方便 ,可适应各种恶劣环境。无论军用物资 处于采购、运输、仓储、使用、维修的任何环节 ,各级 指挥人员都可以实时掌握其信息和状态。RF ID可 以极快的速度在读 /写器和电子标签之间采集和交 换数据 ;具有智能读写及加密通信的能力 ,世界唯 一性密码 ,极强的信息保密性 ,这对于军事物流要 求准确、快速、安全、可控提供了切实可行的技术途 径。因此 ,大力推广 RF ID技术在军事物流系统的 应用是非常紧迫和必要的。 (2)门禁保安 将来的门禁保安系统均可应用射频卡 ,一卡可 以多用。比如 ,可以用作工作证、出入证、停车卡、 饭店住宿卡甚至旅游护照等 ,目的都是识别人员身 份、安全管理、收费等等。这样可以简化出入手续、 提高工作效率和安全保护。只要人员佩戴了封装 成 ID卡大小的射频卡、进出入口有一台读 /写器 ,人 员出入时自动识别身份 ,非法闯入会有报警。安全 级别要求高的地方、还可以结合其他识别方式 ,将 指纹、掌纹或颜面特征存入射频卡。 公司还可以用射频卡保护和跟踪财产。将射 频卡贴在物品上面 ,如计算机、传真机、文件、复印 机或其他实验室用品上。该射频卡使得公司可以 自动跟踪管理这些有价值的财产 ,可以跟踪一个物 品从某一建筑离开 ,或是用报警的方式限制物品离 开某地。结合 GPS系统利用射频卡 ,还可以对货柜 车、货舱等进行有效跟踪。 (3)汽车防盗 这是 RF ID较新的应用 ,目前已经开发出了足 够小的、能够封装到汽车钥匙当中含有特定码字的 射频卡。它需要在汽车上装有读 /写器 ,当钥匙插 入到点火器中时 ,读 /写器能够辨别钥匙的身份。 如果读 /写器接收不到射频卡发送来的特定信号 , 汽车的引擎将不会发动。用这种电子验证的方法 , 汽车的中央计算机也就容易防止短路点火。 另一种汽车防盗系统是 ,司机自己带有一射频 卡 ,其发射范围是在司机座椅 45～55 cm以内 ,读 / 写器安装在座椅的背部。当读 /写器读取到有效的 ID号时 ,系统发出 3声鸣叫 ,然后汽车引擎才能启 动。该防盗系统还有另一强大功能 :倘若司机离开 汽车并且车门敞开引擎也没有关闭 ,这时读 /写器 就需要读取另一有效 ID号 ;假如司机将该射频卡带 离汽车 ,这样读 /写器不能读到有效 ID号 ,引擎就会 自动关闭 ,同时触发报警装置。 (4)电子物品监视系统 电子物品监视系统 ( electronic article surveil2 lance, EAS)的目的是防止商品被盗。整个系统包括 贴在物体上的一个内存容量仅为 1 bit (即开或关 ) 的射频卡和商店出口处的读 /写器。射频卡在安装 时被激活。在激活状态下 ,射频卡接近扫描器时会 —9— © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 国外电子测量技术 实践心得 2007年第 1期 被探测到 ,同时会报警。如果货物被购买 ,由销售 人员用专用工具拆除射频卡 (典型的是在服装店 里 ) ,或者用磁场来使射频卡失效 ,或者直接破坏射 频卡本身的电特性。EAS系统已被广泛使用 ,据估 计每年消耗 60亿套。 2　RF ID工作原理 完整的 RF ID系统需要具备 2种关键能力 ,首 先是自动识别、数据读写能力 ;然后是能满足数据 存储和数据转换的数据处理能力。对于 RF ID设备 测试来说 ,我们关注的主要是组成 RF ID 系统的 3 个基本部件 : (1)电子标签 (射频卡 ) 一般由芯片以及耦合元器件组成 ,芯片上有 EEP2 ROM用来储存识别码或其他数据 ,标签内含有内置天 线 ,主要功能是完成与读 /写器的通信。与条码、磁卡、 IC卡等同期或早期的识别技术相比 ,射频卡具有非接 触、工作距离长、适于恶劣环境、可识别运动目标等优 点。电子标签 (射频卡 )如图 1所示。 图 1　电子标签 (射频卡 ) 按照能量供给方式的不同 , RF ID标签可以分为 被动标签、半主动标签和主动标签 ,其中半主动标 签和主动标签中芯片的能量由电子标签所附的电 池提供 ,主动标签可以主动发出射频信号。按照工 作频率的不同 , RF ID标签可以分为低频 (LF)、高频 (HF)、超高频 (UHF)和微波等不同种类。不同频 段的 RF ID工作原理不同 , LF和 HF频段的 RF ID电 子标签一般采用电磁耦合原理 ,而 UHF及微波频段 的 RF ID一般采用电磁发射原理。 (2)读 /写器 读 /写器是用于读取标签信息的设备 ,如图 2所 示。RF ID读 /写器的任务是控制射频模块向标签发 射读取信号 ,并接收标签的应答 ,对标签的对象标 识信息进行解码 ,将对象标识信息连带标签上其他 相关信息传输到主机以供处理。 图 2　读 /写器 在多数 RF ID系统中 ,读 /写器在一个区域内发 射电磁波 (区域大小取决于工作频率和天线尺寸 )。 卡片内有一个 LC串联谐振 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 ,其频率与读 /写器 发射的频率相同。当射频卡经过这个区域时 ,在电 磁波的激励下 , LC谐振电路产生共振 ,从而使电容 内有了电荷。在这个电容的另一端 ,接有一个单向 导通的电子泵 ,将电容内的电荷送到另一个电容内 储存。当所积累的电荷达到 2 V时 ,此电容可作为 电源为其他电路提供工作电压 ,将卡内数据发射出 去或接取读 /写器的数据。读 /写器接收到卡的数 据后 ,解码并进行错误校验来决定数据的有效性 , 然后 ,通过 RS232、RS422、RS485或无线方式将数据 传送到计算机网络。简单的 RF ID产品就是一种非 接触的 IC卡 ,而复杂的 RF ID产品能和外部传感器 接口连接来测量、记录不同的参数 ,甚至可与 GPS 系统连接来跟踪物体。 (3) Antenna天线 天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的 射频信号功率接收或辐射出去的装置 ,如图 3所示。 天线按工作频段可分为长波、短波、超短波以及微 波天线等 ;按方向性可分为全向天线、定向天线等 ; 按外形可分为线状天线、面状天线等。在 RF ID系 统中 ,天线分为标签天线和读 /写器天线 2种情况 ,当 前的 RF ID系统主要集中在 LF、HF (13. 56 MHz)、 UHF和微波频段 ,如图 4所示。天线的原理和设计在 LF、HF和 UHF频段有本质上的不同。实质上 ,由于在 LF和 HF频段系统近场区并没有电磁波的传播 ,因此 天线的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 主要集中在 UHF和微波频段。 图 3　天线 —01— © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 实践心得 国外电子测量技术 2007年第 1期 图 4　RF ID主要集中的频段 　　读 /写器通过发射天线发送一定频率的射频信 号 ,当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电 流 ,射频卡获得能量被激活 ;射频卡将自身编码等 信息通过卡内置发送天线发送出去 ;系统接收天线 接收到从射频卡发送来的载波信号 ,经天线调节器 传送到读 /写器 ,读 /写器对接收的信号进行解调和 解码 ,然后送到后台主系统进行相关处理 ;主系统 根据逻辑运算判断该卡的合法性 ,针对不同的设定 做出相应的处理和控制 ,发出指令信号控制执行机 构动作。 RF ID技术在很多领域已经有了许多实际应用 , 共性的技术已经趋于成熟 ,但现阶段主要的关键技 术有 3种 : (1)有源电子标签低耗、低压、抗干扰设 计技术 ; (2)无源电子标签的低值、可靠、柔性规模 生产技术 ; (3)远距离微波反射读写技术。 3　RF ID测试方案 对 RF ID系统的性能评估 ,最主要的就是读写 距离这个参数。影响射频卡读写距离的因素包括 天线工作频率、读 /写器的 RF输出功率、读 /写器的 接收灵敏度、射频卡的功耗、天线及谐振电路的 Q 值、天线方向、读 /写器和射频卡的耦合度等 ,如图 5 所示。 图 5　采用不同的仪器对 RF ID系统进行性能评估 —11— © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 国外电子测量技术 实践心得 2007年第 1期 　　 (1)针对标签的测试 对于标签最主要的指标包括 :频率响应以及品 质因素 Q ,主要采用以下几种方法进行测试 : ①对于这种带引线电磁耦合式的标签可以使 用 4294A阻抗 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 仪配合 16047E测试夹具进行阻 抗的测试 ,通过谐振频率点可以得出该标签的工作 频率 ; ②如果标签没有引线 ,那么可以使用 4294A + 42941A的探针来进行接触式的阻抗测试 ,同样可以 得到其谐振频率 ; ③对于高频 ( HF)、超高频 (UHF) 或微波的 RF ID标签 (射频卡 )测试 ,可以采用 E4991A射频阻 抗分析仪或 ENA ( E5071B)网络分析仪进行测量 ; ④通常 ,对于已经封装好的标签测试 ,由于没 有接触点 ,可以利用环路天线进行非接触测量。 图 6　环路天线对电子标签 (射频卡 )进行非接触测量的曲线图 　　图 6是采用环路天线对电子标签 (射频卡 )进 行的非接触测量 ,图 6 ( a)显示射频卡谐振频率为 13. 56 MHz。图 6 ( b)测试条件是在谐振工作频率 下 ,标签 (射频卡 )阻抗随交流信号电平改变的曲 线 ,环路天线与被测标签 (射频卡 )之间的距离不 同 ,曲线也不同。由此显示 ,随着距离的增加 , RF ID 标签达到工作状态的电压 (信号源的能量 )也随之 增加。在 0 cm 情况下 ,阈值电压为 0. 2 V。事实 上 ,低频 (LH)和高频 (HF)情况下 ,电子标签 (射频 卡 )耦合功率主要依赖电杆耦合效率 ,耦合功率 ∝ 1 / d6 ( d是标签和天线距离 )。在超高频 (UHF)情 况下 ,主要依赖远场传输效应 ,耦合功率∝ 1 / d2。 (2)针对读 /写器的测试 读 /写器射频模块的主要功能有 :产生信号并 且发射 ,激活标签并为其提供能量 ;对发射信号进 行调制 ,用于将数据传输给标签 ;接收并解调来自 标签的射频信号。 对于读 /写器的测量 ,主要包括 : ①输出功率测试 :读 /写器的输出功率直接影 响到识别距离 ,对于输出功率的测试可以使用功率 计 E4416A + E9300A来完成。 ②频谱以及解调分析测试 :一般 RF ID 系统都 采用 ASK或者 FSK调制 ,因此可以使用 E443xC系 列 ESG产生调制激励信号 ,采用 ESA系列频谱分析 仪或 MSO6000系列示波器以及 89601A矢量信号分 析软件来进行解调分析。 ③天线匹配测试 :采用 E5071B ENA或 4396B 进行天线匹配 ,方向性等参数测试。 ④时域信号分析测试 :采用 MSO6000系列示波 器进行时域信号波形分析 ,主要测试参数包括时钟 抖动、频率、电平及数据流分析。 附记 : 关于 RF ID市场的调查 RF ID产业链作为一个新型的高新技术产业群 , 将成为信息产业新的增长点 ,这是因为 RF ID技术 涉及到信息、制造、材料等诸多高新技术领域。目 前 , RF ID技术已经在全球各地被广泛应用于生产、 物流、交通及运输等行业。 RF ID在国外发展地很快。RF ID 产品种类很 多 ,像德州仪器、Motorola、Philip s、M icrochip等世界 著名厂家都生产 RF ID产品 ,其产品各有特点、自成 系列。RF ID技术被广泛应用于工业自动化、商业自 动化、交通运输控制管理等众多领域。如澳大利亚 将它的 RF ID产品用于澳机场旅客行李管理中并发 挥了出色的作用 ;瑞士国家铁路局在瑞士的全部旅 客列车上安装 RF ID自动识别系统 ,调度员可以实 时掌握火车运行情况 ,不仅利于管理 ,还大大减小 —21— © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 实践心得 国外电子测量技术 2007年第 1期 了发生事故的可能性 ;德国 BMW 公司将射频识别 系统应用在汽车生产流水线的生产过程控制中等。 据有关权威数据显示 , RF ID产品在全世界的销量以 每年 25. 3%的比例增长。由此可见 , RF ID 技术具 有广阔的市场前景。 我国政府在 1993年制定的金卡工程实施计划 , 是一个旨在加速推动我国国民经济信息化进程的 重大国家级工程 ,由此各种自动识别技术的发展及 应用十分迅猛。现在 , RF ID技术作为一种新兴的自 动识别技术 ,也将在中国很快地普及。 国家发改委高新技术司副司长綦成元表示 ,可 以预见 , RF ID技术在未来几年内将达到数百亿美元 的市场规模 ,不仅如此 , RF ID的应用还将给留守、物 流等产业带来革命性的变化。遗憾的是 , RF ID技术 在中国却一直未能广泛普及 ,其主要原因在于缺乏 一套可供业界共用的标准 ,尤其是中国的 RF ID标 准尚未正式确立。尽管如此 ,中国 RF ID市场还是 在悄然增长 , IDC数据显示 , 2005年整个 RF ID在中 国的市场容量为 4. 7亿元 ,到 2009年就会膨胀到 58. 7亿元 ,其年复合增长率大约是 65. 6%。 去年启动的国家第二代身份证项目 ,采用的就 是 RF ID技术 ,正是运用这一技术 ,使得第二代身份 证成为一张智能卡 ,除了保留视读功能外 ,还可以 进行非接触的机器自动读取及通过读卡器对卡内 存储的居民身份信息进行更改。截至 2005年底 ,全 国已发放 1. 2亿张 ,至 2008年将完成 9亿张 IC卡 身份证的换发工作。 中国是世界的制造业中心 ,也是最大的消费国 之一 ,手机用户、网民、制造业、物流等规模在世界 上都数一数二 ,因而毫无疑问将成为 RF ID技术应 用的大国。巨大的市场潜力和商机吸引了全球 RF ID 5大标准组织。正是由于各自的自身利益 ,这 些“标准 ”制定者们势必会在作为“世界工厂 ”的中 国引发一场事关“标准 ”的混战。 拥有自主产权的 RF ID标准和核心技术 ,中国 的制造业等将打上自己的标签 ,中国也不用担心未 来要付巨额的专利费用。尽管中国 RF ID 起步较 晚、尽管几经磨难 ,但却呈现出快马加鞭的趋势。 目前 ,国家 RF ID 测试中心已被列入规划 , 中国 RF ID标准体系框架研究工作基本完成 ,国家标准也 纳入制订计划。同比于国际上的相同技术和标准 进展 ,中国的 RF ID属于姗姗来迟者。 可能很多人并不知道 ,正在大规模推广的第二 代身份证制作采用的仅是行业标准 ,而作为国家标 准的中国 RF ID标准还在酝酿之中。2006年 6月 9 日 ,中国官方 15个部委 (含发改委、商务部、信产 部、公安部等部委 )历时近一年半时间共同编制的 《中国射频识别 ( RF ID )技术政策白皮书 》正式发 布。这也标志着在自主创新的大潮中 ,中国并不愿 意放弃对 RF ID———这个酝酿巨大商机的标准的掌 握。中国正在各个领域抓紧对自有标准的掌握 , RF ID只是其中一个部分 ,但一个标准动用 15个部 委联合推出 ,不敢说是绝后但也是空前的。3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 (上接 8页 ) 现 TR325已损坏 ,该三极管的型号为 2SC3772,也为 贴片装。用一只 2SC1907三极管代替焊上 ,开机再 检查 ,发现信号能同步 ,故障排除。 因此 ,当示波器出现故障时 ,一般要首先检查 示波器面板上的各操作按键 ,开关是否都在正确的 位置 ,比如扫描方式是否在“自动 ”方式 ,如果该按 键没按下 ,就会出现没基线的故障。在确认面板各 开关按键都在正确的位置后 ,再参照电路图纸 ,检 修相关电路 ,这样可少走弯路 ,节省维修时间。 —31— © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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