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。嵌入式設計中的RFID技術 你該如何行動？

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、產品歷史、遠程資產跟蹤。嵌入式RFID應用一般是把閱讀器包含在產品或系統(tǒng)中，以便添加本地數(shù)據收集特性，它們增強了產品的基本功能。如今，人們會在酒店、監(jiān)獄、醫(yī)院、零售網點、農場、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。在經過出口時，保安標簽內的小型調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

多數(shù)較新型RFID體系結構的開發(fā)者都把低成本轉發(fā)器（或稱標簽）作為體系結構的基礎，它們由一塊用于數(shù)據存儲與通信的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。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、天線結構、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（圖1）。

可以用自帶電源（如內部電池）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，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)的天線結構取決于應用、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)據交換速率更高。典型的UHF應用包括某些資產跟蹤，其中的標簽掛于托盤和集裝箱，在它們經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。

轉發(fā)器

有幾家制造商生產標簽中使用的RFID轉發(fā)芯片。例如，德州儀器公司（TI）提供一個Tag-itHF-1加轉發(fā)器IC產品線，符合ISO/IEC15693全球標準，該標準面向產品驗證、門禁、資產標簽、供應鏈管理、票務應用。這些產品提供用戶可訪問的存儲器和一個內容廣泛的命令集，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。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發(fā)器。依照ISO/IEC15693，使用工作于高數(shù)據速率或低數(shù)據速率的ASK或FSK調制來完成閱讀器與轉發(fā)器之間的通信或下行鏈路通信。轉發(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。

多數(shù)嵌入式RFID應用都需要一種專用閱讀器作為設計的一部分，以便解釋本地標簽。自動售貨機很好地說明了嵌入式RFID應用。這種機器能借助內置閱讀器來接受RFID卡的非接觸支付。另外，如果發(fā)售的物品有標簽，則機器還能了解其庫存，以便自動訂購補貨。小型低成本嵌入式閱讀器對于這些應用很關鍵，TI、SkyeTek、Parallax等公司供應此類閱讀器。例如，Parallax公司與GrandIdeaStudio公司合作開發(fā)的一種低成本RFID閱讀器模塊在無源轉發(fā)器標簽中工作，用于門禁、自動識別、機器人、導航、庫存跟蹤、支付系統(tǒng)、轎車發(fā)動機防盜鎖等應用（圖2）。該模塊具有2400bps串口，并需要5V直流電源。Parallax閱讀器起價低于40美元。

對于更耐久的應用或工業(yè)應用，GAORFID公司提供一種UHFRFID讀寫器，它支持兩根外部天線（圖3）。236002型工作于902MHz～928MHz頻帶，面向高速倉儲、分銷、制造應用。該模塊能在7m距離識別以10m/s速度運動的物體。該模塊需要12V直流電壓，并通過串行RS232或以太網接口通信。

嵌入式RFID技術還非常適合于快速桌面賭博，其中的作弊和手法是難以檢測的。借助適當?shù)臄?shù)據記錄工具，賭場經營者就能監(jiān)視參賭者的行動，以便檢測撲克牌的計數(shù)，調整獎勵，并盡量減少發(fā)牌者的錯誤。例如，InternationalGameTechnology公司和ProgressiveGamingInternational公司聯(lián)合開發(fā)了TableiD桌面賭博自動化系統(tǒng)，它結合了一個基于軟件的桌面管理器和一系列RFID芯片掃描模塊。最新的RFID賭博芯片工作于13.56MHz，存儲容量超過10kbit。在賭博期間，每個位置的芯片閱讀器識別并記錄每個參賭者的賭注。TableiD系統(tǒng)計算參賭者的下注模式，總結發(fā)牌者的活動，并且每小時記錄一次參賭者所做的決定。該系統(tǒng)無需用戶干預就能自動更新平均賭注和輸贏記錄等信息。有幾家供應商在制造適合于賭桌自動化并基于RFID的賭幣。例如，GamingPartnersInternational公司在生產SafechipbyBourgogneetGrasset（圖4）。

RFID技術正開始在許多應用中取代傳統(tǒng)條碼。例如，一些圖書館已開始應用RFID標簽代替條碼，來識別書名、摘要、數(shù)據庫信息等等信息。在過渡期間，組合系統(tǒng)在讀者離館時能閱讀條碼或RFID標簽。與條碼相比，RFID系統(tǒng)提供了幾個優(yōu)勢，比如取消了視線要求、允許同時閱讀多個標簽、數(shù)據存儲容量更大。RFID標簽還能充當保安器件，來確保所有借出的書在離開圖書館之前均已被恰當記錄。圖書館卡片可應用RFID標簽使讀者自助辦理離館手續(xù)，由此進一步簡化借閱。

無芯片RFID

制造商已經演示了幾種無需轉發(fā)器IC的RFID系統(tǒng)。例如，制造商可以用特定方式把鋁纖維嵌入到印刷文檔或包裝材料中，使得這些纖維能反射帶有識別數(shù)據的射頻信號。另一種無芯片系統(tǒng)需要使用具有不同磁性的微小化學顆粒。這些化學顆粒在暴露于閱讀器的電磁波時變得活躍，并發(fā)射一種獨特信號，閱讀器把它解釋為一個二進制數(shù)。憑借多達70種可供使用的化學物質，閱讀器就能根據物品嵌入的化學混合物來解釋它的獨特二進制數(shù)。印刷電子技術也能把轉發(fā)電路和天線從專門的噴墨或高速打印機中直接沉積到生產物品或其包裝上，來創(chuàng)建與RFID和條碼閱讀器配合的標簽。

當RFID應用延伸到消費層面時，設計者必須考慮隱私問題。例如，位于關鍵地點的閱讀器能暗中詢問多種使用RFID技術的智能卡、密鑰卡、護照、轉發(fā)器標簽。同樣，當服裝和飾品等常用物品變得可追溯時，營銷專家就能輕松地在商店安裝低成本閱讀器，來閱讀服裝標簽，并更多地了解顧客的購物習慣。借助物品級序列化，軟件分析就能確定某位顧客多久以前在何處購買（或者偷竊）了某件物品。零售商把RFID數(shù)據與存檔的匹配顧客信息結合起來，就能輕松地設計侵入式的營銷活動。

雖然RFID技術的使用很普遍，但它尚未接近其所有潛力。該技術的支持者經常預言如下情景：人們走進零售店或雜貨店，把購物袋裝滿各種商品，然后不結賬就走出商店。RFID閱讀器會掃描購物袋中的物品，并自動向人們口袋里的RFID信用卡收取這些物品的費用?，F(xiàn)在，由于有多種新型工具和元件供嵌入式系統(tǒng)設計者利用，上述類型的RFID應用也許比人們想象的更接近現(xiàn)實。謹請留意。

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