【提
要】由于超高頻RFID技術(shù)的優(yōu)異特性,加之超高頻電子標簽的價格逐年下降,大大降低了RFID技術(shù)的應(yīng)用門檻。其應(yīng)用領(lǐng)域已逐步由涉車應(yīng)用,轉(zhuǎn)為現(xiàn)代物
流、電子商務(wù)、交通管理、電子政務(wù)以及軍事管理等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域,超高頻RFID開始進入高速成長期。
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【RFID射頻快報2007年8月3日訊】隨著RFID技術(shù)在各領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用,對電子標簽和讀寫器的要求逐步細化,從對電子標簽讀寫距離的要求來說,大致可以分為二大類:
第一類為近距離自動識別系統(tǒng)。RFID技術(shù)經(jīng)過多年的
發(fā)展,識別距離在數(shù)十厘米以內(nèi),頻率在13.56MHz或以下頻段的近距離RFID技術(shù)已相對成熟。一般都由人手持電子標簽(卡)或讀寫器,讓二者直接靠
近進行讀寫。目前使用量很大,如我國的第二代智能身份證、公共汽車和地鐵的IC卡電子車票,辦公人員的門禁系統(tǒng)等等。
第二類為遠距離自動識別系統(tǒng),對電子標簽讀寫距離
在數(shù)米至十余米。如果要對行駛中的車輛、傳送帶上的行李,流水線上的工件等運動或移動物體進行近距離識別,必須使這些物體停下來,這不僅會降低效率,對有
些應(yīng)用甚至是不可能的。遠距離RFID技術(shù)是物流、生產(chǎn)自動化、供應(yīng)鏈管理和交通管理等行業(yè)進行數(shù)據(jù)自動采集,建立網(wǎng)絡(luò)化管理信息平臺的必要手段,遠距離
RFID產(chǎn)品的應(yīng)用已成為不可阻擋的趨勢。
遠距離RFID系統(tǒng)使用三個工作頻段:即
840MHz~960MHz超高頻頻段(UHF)、2.45GHz頻段和5.8GHz頻段。早期由于RFID技術(shù)水平的限制,電子標簽的電路必須靠電池供
電。這就帶來電子標簽價格貴、使用和維護不方便,壽命有限等問題,限制了射頻識別系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣。九十年代后期半導體集成電路在集成度和降低功耗方面達
到了極高的水平,在UHF和2.45GHz頻段制造出了無源電子標簽的單片集成電路??梢岳米x寫器天線幅射的電磁波能量,驅(qū)動標簽電路工作。
2.45GHz頻段的無源電子標簽識別距離很近,而UHF頻段的識別距離可在10米以上,已成為遠距離無源識別系統(tǒng)的主流。5.8GHz頻段由于技術(shù)相對
復雜,難于制造出無源而作用距離又遠的電子標簽,它的電子標簽的價格是無源標簽的數(shù)十倍,在我國及歐洲和日本等高速公路收費的系統(tǒng)仍在使用有源的
5.8GHz系統(tǒng)。
UHFRFID系統(tǒng)正進入高速成長期
超高頻遠距離自動識別技術(shù)具有能一次性讀取多個標簽、
穿透性強、可多次讀寫、數(shù)據(jù)的記憶容量大,無源電子標簽成本低,體積小,使用方便,可靠性和壽命高,可以在車輛或其它被標識的物體高速運動的情況下工作、
耐受戶外惡劣環(huán)境等特點,得到了世界各國的重視。近年來,由于受到以美國國防部和歐美大企業(yè)的推動,確立了自動識別國際標準,加之超高頻電子標簽的價格逐
年下降,大大降低了RFID技術(shù)的應(yīng)用門檻。超高頻遠距離自動識別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已逐步由涉車應(yīng)用,轉(zhuǎn)為現(xiàn)代物流、電子商務(wù)、交通管理、電子政務(wù)以及軍事
管理等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域,超高頻遠距離自動識別已開始進入高速成長期。
我國在經(jīng)濟高速發(fā)展,全社會運用信息技術(shù)提高效益
和質(zhì)量的形勢的推動下,2006年科技部等十五部委聯(lián)合發(fā)表了中國射頻識別(RFID)技術(shù)政策白皮書,為RFID技術(shù)與產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展提供了系統(tǒng)性指
南。中國自動識別產(chǎn)業(yè)經(jīng)過十幾年的發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模,RFID產(chǎn)業(yè)鏈基本形成。遠距離無源電了標簽和讀寫器的應(yīng)用和開發(fā)方面,在90年代中期深圳市遠望谷
科技有限公司等單位,開發(fā)了鐵路車輛車號自動識別系統(tǒng)。以四川省新源現(xiàn)代為代表,從1997年起在深圳海關(guān)建設(shè)了“自動車輛識別管理系統(tǒng)”,對過境車輛進
行管理。并從2001年起,將原來的有源卡系統(tǒng)改為超高頻無源卡系統(tǒng)。
2001年秋,深圳市人一投資發(fā)展有限公司在全國
率先開發(fā)出了符合ISO/IEC18000-6B標準的讀寫器和系統(tǒng),成功地用于深圳海關(guān)電子轉(zhuǎn)關(guān)通道管理等項目。此后南京三寶集團瑞福科技公司和深圳市
先施科技有限公司等都相繼投入力量,進行了有自主知識產(chǎn)權(quán)的遠距離識別電子標簽和讀寫器系統(tǒng)的開發(fā),形成了初步的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,不僅為國內(nèi)提供了大量電子標簽
和讀寫器,也出口到美國、加拿大、墨西哥、巴西和中東許多國家,成為國際遠距離無源識別系統(tǒng)大家庭的重要成員。
無源電子標簽的遠距離自動識別技術(shù)比較復雜,目前
各公司的生產(chǎn)規(guī)模不大,生產(chǎn)成本高。在全國的眾多RFID企業(yè)中,各種代理或外企分支機構(gòu)和系統(tǒng)集成與應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)占到近90%,真正從事RFID的
核心技術(shù)開發(fā),具有自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品企業(yè)不到10%,是中國RFID產(chǎn)業(yè)最薄弱環(huán)節(jié)。針對此技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀,我國科技部把“射頻識別(RFID)技
術(shù)與應(yīng)用”列為國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)的重大項目,組織攻克一批RFID共性基礎(chǔ)及前瞻性、產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù),建立起我國
RFID技術(shù)自主創(chuàng)新體系、公共應(yīng)用服務(wù)體系和RFID標準體系,構(gòu)建具有自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈,降低電子標簽和讀寫器這些關(guān)鍵設(shè)備的生產(chǎn)成本,加速
應(yīng)用軟件的開發(fā),增大推廣使用的力度,滿足物流業(yè)、交通運輸業(yè)、生產(chǎn)管理和國家安全等各方面的迫切需要。在國內(nèi)外遠距離自動識別技術(shù)應(yīng)用加速發(fā)展的前提
下,有下列值得重視的發(fā)展趨勢:
一、ISO/IEC18000-6C可能成為事實上的UHFRFID空間接口標準
隨著全球物流行業(yè)RFID大規(guī)模應(yīng)用的開始,RFID
標準的統(tǒng)一已經(jīng)得到業(yè)界的廣泛認同。EPCGlobal是由北美UCC產(chǎn)品統(tǒng)一編碼組織和歐洲EAN產(chǎn)品標準組織聯(lián)合成立,在全球擁有數(shù)百家成員,得到了
零售巨頭沃爾瑪,制造業(yè)巨頭強生、寶潔等跨國公司的支持,由于綜合了美國和歐洲廠商,實力相對占上風。2006年EPCGen2已納入國際標準化組織
(ISO)和國際電工組織(IEC)聯(lián)合的ISO/IEC18000-6標準,稱為ISO/IEC18000-6C。在超高頻(UHF)頻段,空間通訊接
口標準ISO/IEC18000-6的A、B和C三類中,由于歷史原因,B類多數(shù)用于交通領(lǐng)域,而C類主要用于物流、生產(chǎn)管理和供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域。但是C類
標簽的速度比B類高,價格低,生產(chǎn)和銷售的數(shù)量遠遠超過B類,有逐步完全替代B類的趨勢,有可能成為事實上的UHF遠距離的無源自動識別系統(tǒng)的唯一國際標
準,不僅在物流、生產(chǎn)管理和供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域大量應(yīng)用,也會在交通管理領(lǐng)域使用。
符合ISO/IEC18000-6的A、B和C的電子標簽芯片在Philips、TI等許多集成電路大公司都已大量生產(chǎn),我國復旦微電子也宣布研制成功。下面表格列出了Philips(現(xiàn)稱NXP)公司的幾種UHF頻段的電子標簽集成電路產(chǎn)品的規(guī)格:
產(chǎn)品的規(guī)格
二、面向行業(yè)需要開發(fā)多種多樣的電子標簽
在一個RFID系統(tǒng)中,電子標簽一般占總投資的60%
至70%。讀寫器和計算機系統(tǒng)的投資是一次性的,但電子標簽的數(shù)量且隨著時間的推移和應(yīng)用的擴大,逐年會增加。據(jù)權(quán)威咨詢機構(gòu)研究報告稱,到2008年,
全球每年將使用200億個RFID標簽,2010年全球RFID市場將達3000億美元。未來幾年射頻識別標簽應(yīng)用最多的市場是包裝/供應(yīng)鏈市場。到
2008年,約需153億個的貨箱與托盤標簽,68億個面向藥物、行李、動物、書籍和票據(jù)的RFID標簽。
要使UHF的自動識別系統(tǒng)識別距離遠,必須同時改
進電子標簽和讀寫器的性能,而電子標簽是關(guān)鍵的一環(huán)。電子標簽由外殼或面層、天線、天線所在的基片、集成電路、集成電路與天線連接電路五部分組成,性能取
決于電子標簽的天線、電子標簽的集成電路和他們的封裝。超高頻電子標簽最困難之點是:電子標簽要嵌入或附著在不同形狀、類型的產(chǎn)品上,標簽所附的物體表面
也是電子標簽天線的一部分,會影響標簽天線的電參數(shù)。標簽的使用環(huán)境的多樣性和不確定性,加之標簽的形狀和大小受應(yīng)用的要求限制,使標簽天線的設(shè)計特別困
難,在很多場合只能用實驗的方法確定。
由于電子標簽的應(yīng)用場合不同,有著不同的要求。如
作為汽車標識,要求電子標簽安裝于汽車上以后,就成為該車的電子身份證,成為管理意義上的“電子標簽”,必須不能拆動,與該車建立唯一的對應(yīng)關(guān)系。物流和
行李包裹用的一次性電子標簽,使用量大,要求成本低。生產(chǎn)過程管理使用的電子標簽,常常需要能夠循環(huán)使用。有些要求能貼在金屬表面使用,有的要求能耐受高
溫、低溫、高濕、機械沖擊等惡劣的環(huán)境。應(yīng)用要求的多樣性帶來電子標簽形式的多樣性。下面表格列出了常見的各種電子標簽類型,需要針對這些不同的要求,開
發(fā)出系列化的產(chǎn)品,滿足各方面的需求。
三、遠距離無源識別讀寫器進一步集成化和模塊化
隨著遠距離無源識別系統(tǒng)應(yīng)用面的擴大,全球遠距離無源讀寫器的市場也在迅速成長。全球RFID讀寫器市場將以年增長率在30%左右速度不斷增長。到2008年EPC讀取器市場規(guī)模將達11.4億美元,同年其他近距離讀取器市場規(guī)模將達7.5億美元。
但在我國目前遠距離無源識別系統(tǒng)設(shè)備的價格遠比近距離
系統(tǒng)高,其主要原因是生產(chǎn)規(guī)模小,隨著應(yīng)用面的擴大,開發(fā)和生產(chǎn)成本會大大降低。遠距離無源系統(tǒng)涉及微波技術(shù),設(shè)計、生產(chǎn)和調(diào)試測試的難度大。隨著應(yīng)用的
深入,讀寫器的要求會有千差萬別,例如天線形式、天線數(shù)量、機械結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通訊方式、狀態(tài)顯示、環(huán)境條件和電源供給等等不同的要求。如果針對這些不同的要
求,從電路設(shè)計開始,研制五花八門的讀寫器,而每種生產(chǎn)量都不大,這樣會很不經(jīng)濟,成本將難于降低。為了降低設(shè)計復雜度、生產(chǎn)和調(diào)試的成本,一個重要的工
作是提高讀寫器電路的集成度,并使通用部件模塊化?,F(xiàn)在的趨勢是將讀寫器的核心電路模塊化,然后用讀寫器電路模塊組合成符合各種需要的讀寫器。如美國
Sirit公司開發(fā)了INfinity210和SM9311多協(xié)議讀寫模塊,最近深圳市先施公司利用IntelR1000的EPC協(xié)議專用集成電路開發(fā)了
僅40毫米寬60毫米長的讀寫器模塊。
讀寫器模塊
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四、UHFRFID讀寫器由“涉車”應(yīng)用為主轉(zhuǎn)向以“涉物”應(yīng)用為主
電子標簽的價格只有降至標識物成本的1%以內(nèi),才有可
能大量推廣。在前階段,由于超高頻電子標簽的價格在數(shù)至數(shù)十美元,應(yīng)用主要集中在汽車、鐵路機車等高值物品的標識,應(yīng)用于高速公路不停車收費、停車場管
理、機關(guān)和社區(qū)車輛門禁管理、公共汽車調(diào)度、車輛過境監(jiān)管等與車輛相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域。現(xiàn)在EPC電子標簽的降格已降至20美分左右,一次性標簽對一般貨品可
用于托板和卡通箱一級標識,貴重貨品可在單品一級標識。復用標簽可用于生產(chǎn)和流通過程的單品標識。這樣就大大擴展了超高頻遠距離自動識別系統(tǒng)的應(yīng)用范圍,
進入物流業(yè)、運輸業(yè)、生產(chǎn)管理、醫(yī)療衛(wèi)生和國家安全等國民經(jīng)濟各個廣闊的領(lǐng)域,將呈雪崩式的增長的態(tài)勢。涉車應(yīng)用的UHFRFID讀寫器的技術(shù)要求是與
“涉物”應(yīng)用完全不同的。涉車應(yīng)用讀寫器的要求讀寫距離遠,保證在車輛高速行駛的條件下能正確識別,要求能與道路通行控制設(shè)備和計算機直接連接。“涉物”
應(yīng)用的UHFRFID讀寫器因物品的對象不同、標簽安裝位置不同、物流的控制點設(shè)置位置的不同而與涉車應(yīng)用讀寫器有很大的差別。
“涉物”應(yīng)用UHFRFID讀寫器的要求有這樣幾個特點:
1.能適應(yīng)電子標簽位置和朝向的隨意的條件
物品在交接、傳遞和運輸?shù)倪^程中,物品放置的位置和朝
向都有可能變化,不可能象汽車那樣,電子標簽貼在車窗玻璃上永遠朝著前進方向。所以物流應(yīng)用UHFRFID讀寫器必須適應(yīng)電子標簽位置和朝向的隨意性,能
作到從各個不同的方向讀。比較好的辦法是設(shè)計門框式或隧道式多天線讀寫器。為了避免不同天線發(fā)出的電磁波互相干擾,這些天線應(yīng)采用時分制方式工作,相當于
電磁波波束圍著一個環(huán)向中心進行電掃描,這樣就可以讀到貼在不同面上的標簽。
電子標簽通常是線極化的,為了保證能讀到各種不同極化朝向的標簽,物流讀寫器的天線應(yīng)采用園極化天線。
2.有高效的多標簽仲裁能力
汽車的物理尺寸大,在UHFRFID讀寫器的有效覆蓋
范圍內(nèi),出現(xiàn)多個標簽的機會不多,即使有,數(shù)量也不會很多。然而在物流應(yīng)用中,在UHFRFID讀寫器視場內(nèi)出現(xiàn)幾十電子標簽是極其平常的事,因此物流
UHFRFID讀寫器必須有極強的多標簽仲裁能力,有高的速度和準確性。ISO18000-6C電子標簽的通訊速率能高達640Kbits/S,為高速仲
裁創(chuàng)造了條件,所以針對物流應(yīng)用ISO18000-6C電子標簽有明顯的優(yōu)勢。
3.高讀寫器密度環(huán)境下的工作能力
在物流管理和其它應(yīng)用中,有可能出現(xiàn)在一個區(qū)域內(nèi)有多
個頻率范圍相同的讀寫器,出現(xiàn)微波電磁場互相覆蓋而形成互相干擾的現(xiàn)象,解決此問題的方法,主要是采取讓讀寫器的工作時間或工作頻率范圍或天線幅射范圍作
科學的分割。例如讀寫器的LBT功能(ListenBeforeTalk),互相避讓。EPCClass1/Gen2(ISO18000-6C)包括了支
持“密集詢問器信道化信令”(dense-interrogatorchannelizedsignaling)。密集詢問器信道化信令有時名為“密集閱
讀器模式”(densereadermode),通過減小閱讀器信號“淹沒”標簽響應(yīng)信號的可能性,減少EPC閱讀器之間的干擾。
4.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的工作能力
現(xiàn)代物流的管理實現(xiàn)物流全過程的智能化“無縫隙”的管
理,這種管理是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)的。遠距離自動識別系統(tǒng)是在此網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息采集點的組合,進行物料跟蹤、運載工具和貨架識別等要求非接觸數(shù)據(jù)采集和交
換。與計算機及通訊技術(shù)結(jié)合可形成跨地區(qū)跨行業(yè)的管理網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)對原料、半成品、成品、運輸、倉儲、配送、上架、最終銷售,甚至退貨處理等環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)
控,物品的識別跟蹤范圍可從一個小區(qū)域擴展到全國甚至全世界,提高了物流過程的自動化程度,實現(xiàn)國際大流通。為此讀寫器必須帶網(wǎng)絡(luò)接口,有能力直接聯(lián)網(wǎng)。
數(shù)據(jù)通訊的數(shù)據(jù)格式必須遵從國際標準和中間件的要求。
五、可移動UHFRFID系統(tǒng)成為發(fā)展的新熱點
可移動超高頻RFID讀寫器是RFID讀寫器中的重要的一類,在物流和供應(yīng)鏈管理中有著大量的需求。可移動UHFRFID系統(tǒng)包括手持式讀寫器,車載讀寫器,叉車讀寫器、手推車式讀寫器。
不同的應(yīng)用領(lǐng)域需要不同規(guī)格的可移動讀寫器,此類讀寫
器技術(shù)要求需針對行業(yè)應(yīng)用需要進行細化。對可移動UHFRFID系統(tǒng)來說,要輸出四個數(shù)據(jù):標簽的ID、標簽的DATA、識別時的即時位置和識別時間。固
定讀寫器的位置是確定的,但可移動設(shè)備的位置是變化的,系統(tǒng)的定位是一個重要的要求??梢苿覷HFRFID系統(tǒng)可以用一般的常用技術(shù),如GPS技術(shù),這對
于交通運輸監(jiān)控用的車載可移動UHFRFID系統(tǒng)是適用的。但是技術(shù)對于室內(nèi)應(yīng)用的可移動UHFRFID系統(tǒng)不一定合適,如倉庫內(nèi)根本收不到要解決GPS
信號,加之定位的精度不一定能滿足精確到貨位的管理要求。在貨場或倉庫內(nèi)定位比較好的辦法是用地面和貨架的定位標簽。這種方法成本低,位置精確,可利用移
動設(shè)備本身原有讀寫器定位。
其次,可移動UHFRFID系統(tǒng)的是天線要同時滿足電氣特性、機械安裝、結(jié)構(gòu)強度等方面的要求不是一件容易的事,對于象叉車讀寫器這樣一類位置限制嚴格,結(jié)構(gòu)強度要求高的設(shè)備,很多選擇強度大、厚度小、容易安裝的微帶天線。
可移動UHFRFID系統(tǒng)第三個問題是系統(tǒng)供電,特別是手持式RFID讀寫器,要求體積小、重量輕、攜帶和使用方便、電池功率消耗少,待機和工作時間長。在電路設(shè)計時特別要注意減少待機時的電源消耗,關(guān)閉所有不必要的電路,學習手機的電源控制和管理技術(shù)。
可移動UHFRFID系統(tǒng)第四個關(guān)鍵要求是在移動條件下的數(shù)據(jù)通訊,在這方面有許多現(xiàn)成的解決方案,可以選用就成熟的通訊模塊組合到讀寫器中去。