每个电子标签拥有全球唯一的识别号,而且在出厂之前已加锁,这就防止了被人窜改。可对电子标签中收费站可读区中的敏感数据加锁,加锁后不能在修改。
为特定业主配置特定代码口令,该口令置于卡的系统区,保证任何机构及用户均无法改写特定业主发行的卡内数据。
对敏感数据可用DES(数据加密标准)算法等进行加密,可进一步强化防伪能力。
随着现在信息时代及物联网快速发展,对信息读取速度的提取要求越来越高,超高频电子标签与普通电子标签的区别及优势如下分析:
快速扫描:条码一次只能有一个条码受到扫描;RFID辨识器可同时辨识读取数个 RFID标签。体积小型化、形状多样化:超高频电子标签在读取上并不受尺寸大小与形状限制,不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外,RFID标签更可往小型化与多样形态发展,以应用于不同产品。
超高频电子标签抗污染能力和耐久性:传统条码的载体是纸张,因此容易受到污染,但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外,由于条码是附于塑料袋或外包装纸箱上,所以特别容易受到折损;RFID卷标是将数据存在芯片中,因此可以免受污损。
可重复使用:现今的条码印刷上去之后就无法更改,RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据,方便信息的更新。
超高频电子标签穿透性和无屏障阅读:在被覆盖的情况下,RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质,并能够进行穿透性通信。而条码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下,才可以辨读条码。数据的记忆容量大:一维码的容量是50Bytes,二维码最大的容量可储存2000~3000字符,RFID最大的容量则有数MegaBytes。随着记忆载体的发展,数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大,对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。
安全性:由于RFID承载的是电子式信息,其数据内容可经由密码保护,使其内容不易被伪造及变造。近年来,RFID因其所具备的远距离读取、高储存量等特性而备受瞩目。它不仅可以帮助一个企业大幅提高货物、信息管理的效率,还可以让销售企业和制造企业互联,从而更加准确地接收反馈信息,控制需求信息,优化整个供应链。
现在假如要稳定读取10米的距离,让RFID读写器的识别率达到100%,且能够自适应天馈和环境的变化,读取的效果比常见的产品更好,应该怎么办?
1、分析:首先要分析影响接收机性能的因素有哪些?
超高频RFID读写器接收机工作时也需要发射机发出无调制的载波。接收机接收到的包括标签反射信号、天线噪声、环境反射、发射机直接耦合,以及接收机自身的噪声等。直流偏移是零中频结构特有的一种干扰,是由于接收机中本振、发射机泄漏、环境反射等信号耦合到混频器输入端形成的。读写器收发同频造成了直流偏移远大于常规的接收机,加上常见工作距离只有3—5米,载波泄漏情况还受天馈及环境影响,直流偏移具有时变性。直流偏移不仅破坏了后级电路的直流工作点,还影响放大滤波电路的线性度性能,使信噪比变差。使用环行器的单天线设计中,环行器隔离度有限导致发射泄漏到接收端的强度大,直流偏移问题会更加严重,直流偏移、环境折反射引起的幅度相位干扰、本振相位噪声、ADC量化噪声等都可降低接收机的信噪比,提高其性能除了要在模拟射频电路上进行改进,还必须在基带信号处理算法上采取相应措施。
2、做法:对基带数字信号进行处理
(1)过采样与滤波
根据奈奎斯特采样定理,为了使采样信号能恢复成原来的连续信号,采样频率至少应大于信号最高频率的两倍,过采样是在奈奎斯特频率的基础上将采样频率提高一个过采样倍律的水平,过采样能够降低有效带宽内量化噪声的功率,提高信噪比,相当于增加了ADC的分辩率,过采样得到的数据可以用CIC滤波器进行抽取,使数据率回到正常水平,再级联FIR滤波器进行带通滤波,进一步降低噪声功率,提高信噪比。
(2)直流偏移校正
以电路硬件方式处理直流偏移的办法包括:交流耦合、载波消除、谐波混频、自校正补偿等,其中谐波混频处理、自校正补偿方法均较复杂,而实现的效果有局限性,有一种载波消除的处理方法,该方法需要同时在模拟射频和基带单元增加补偿电路及软件,增加了复杂程度和成本,且调试困难。之前提到简单的通过电容交流耦合方式即可滤除信号直流部分来减轻直流偏移的干扰,这种方式是所有方案中结构最简单、成本最低,因而应用最广。
(3)数据解码
基带数据解码方法分为过零检测和相干检测两种,过零检测工作原理是设定一个阀值,对数据缓冲区内的每个数据样本都与中值相比较,如果该数据样本与中值的差值的绝对值大于阀值且大于平均值,就判定为1,否则都判为0。由于该方法的实现简便易行,甚至利用比较器就可以实现判决,在中低端读写器产品上使用广泛。
3、最后的总结:
很多技术都不是100%的可靠,但并不影响我们使用它,如PC等。即便是条码,我们采用人工的方式一个一个去扫描,但也不能保证这个工人不会出错,不会有漏扫漏读的情况发生。RFID技术的优势更多的是体现在群读方面,而该优势的核心是在于防碰撞算法,可以在购买的时候选择一个好的产品,一个好的流程设计,一些必要的容错机制,都会影响一个rfid产品的读写性能,这也牵扯到RFID在实际应用过程中达到100%的识别率。
在说明有哪些因素会影响超高频RFID读写器的读取距离之前,先说明一下,读写器与RFID电子标签之间的工作原理。
最基本的RFID系统由三部分组成:
1. RFID电子标签(Tag,即射频卡):由耦合元件及芯片组成,标签含有内置天线,用于和射频天线间进行通信。
2. 超高频读写器:读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。
3. RFID天线:在标签和读取器间传递射频信号。
系统的基本工作流程是:阅读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阅读器,阅读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。
在耦合方式(电感-电磁)、通信流程(FDX、HDX、SEQ)、从射频卡到阅读器的数据传输方法(负载调制、反向散射、高次谐波)以及频率范围等方面,不同的非接触传输方法有根本的区别,但所有的阅读器在功能原理上,以及由此决定的设计构造上都很相似,所有阅读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。高频接口包含发送器和接收器,其功能包括:产生高频发射功率以启动射频卡并提供能量;对发射信号进行调制,用于将数据传送给射频卡;接收并解调来自射频卡的高频信号
因此影响超高频RFID读写器的主要因数有:1、读写器;2、标签;3、环境。
1、超高频RFID读写器;
超高频读写器可分为两部分:控制器+天线。
在其他条件因素不变的情况下,
控制器所用的芯片方案越好,读取距离及读取效果肯定越好。像如今国内,基本有两大种方案,一种为:分离元器件,一种为:独立芯片。
分离元器件组成的超高频读写器,相应的成本低,开发相应简单。
独立芯片组成的超高读写器,现今主流的就是英频杰的R2000、R1000、R50;当然还有韩国的PR9200,另外还有国内有部分厂家自主研发的芯片。相应地,独立芯片的处理能力更好,读取效果也更好。同样对开发的要求也会提高。
当控制器所用的芯片一致时,就需要比较控制器的射频功率,国内常规能做到的是30dBm。因此读取距离可通过调整功率来进行远近的设定。
若控制器这部分是一致时,就需要比较控制器所连接的天线,而跟读取距离相关的天线的参数值就是天线增益:理论上,天线增益越大的天线,超高频读写器的读取距离也是越远。
RFID电子标签
因为在超高频当中,RFID电子标签绝大部分为无源标签,因此标签的大小和天线的设计,都对超高频读写器的读取距离有影响。理论上,RFID电子标签的尺寸越大,所能读取的距离就越远,因此,在行业中,INLAY 9662,9640,等都是比较不错的标签。
环境因素
环境对读写器的影响,主要取决于RFID读写器与RFID电子标签之间的环境是否有金属、液体、电磁场等因素影响。而且环境对读取距离的影响是有提升,也有衰减。
举例说明:
当在一个狭窄的通道或者走廊里,进行对RFID读写器的读距测试时,此时测出的读距会比在空旷的环境测试的读距要远。
因此通过对项目应用的环境了解,已经读取标签的距离要求,我们更能及时地给客户推荐最合适的设备。
超高频:
在RFID技术领域当中,根据频段的不一样,大致可分为:低频、高频、超高频、2.4G、5.8G
LF:125 KHz~135KHz(ISO18000-2)
该频段特点是具有良好的物体穿透能力。广泛应用于进出管理、门禁管理、考勤、车辆管理、巡更、汽车钥匙、动物晶片、固定设备等。
◆ HF:13.56MHz(ISO18000-3)
目前已被广泛应用的频段,这是一个比较成熟与最具活力的产业,已广泛应用于防伪、物流、人员识别等领域,如:
供应链、生产管理与产品跟踪、货架、智慧卡(身份证、医保卡与交通卡等)、运输、门禁、票务(门票、电子票务)、图书和旅游卡等。
◆ UHF:860MHz~960MHz(ISO18000-6)
国土安全、供应链、物流、移动商务、防伪、电子牌照、仓库管理、机场行李管理等,这是一个未来最具商机而将被广泛开发与应用的频段。
◆ MW:2.45 GHz(ISO18000-4)与5.8GHz(ISO18000-5)
定位跟踪、自动收费系统、移动车辆识别。
◆ 混频:134.2KHz和430MHz相混合,用于车辆管理、远距离传输数据等。
所以工作于超高频UHF频段的射频识别设备,统称为超高频RFID读写器。超高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降的不是很快,读取的区域跟天线有关系,常规的天线的读取区域为:正前方夹角为60°的椭球体区域,当然也有是部分特殊的天线夹角会更小,或者是360°的一个读取范围。该频段读取距离比较远,无源的距离在0-30m之间。近场是主要是通过电容耦合的方式,远场是以电磁波形式进行实现。
特性:
1. 在该频段,全球的定义不是很相同-欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz,北美定义的频段为902到905MHz之间,在日本建议的频段为950到956之间。该频段的波长大概为30cm左右。
2. 目前,该频段功率输出目前统一的定义(美国定义为4W,欧洲定义为500mW)。 可能欧洲限制会上升到2W EIRP。
3. 超高频频段的电波不能通过许多材料,特别是水,金属,雾等悬浮颗粒物资。相对于高频的电子标签来说,该频段的电子标签不需要和金属分开来(金属标签有特制的抗金属标签,能够吸收通过金属反射过来的能量,所以抗金属标签必须贴在金属表面)。
4. 电子标签的天线一般是长条和标签状或耳标型。天线有线性和圆极化两种设计,还有近距离的近场天线,满足不同应用的需求。
5. 有很高的数据传输速率,在很短的时间可以读取大量的电子标签。
分类:
根据读取距离,我们可将超高频RFID读写器分为:
近距离:0-80cm;应用:发卡(改写标签的EPC区)、近距离读写RFID电子标签等
中距离:1-5m; 应用:产线管理,车辆管理,叉车货物管理等
中远距离:10-15m;应用:车辆管理、人员管理等
远距离: 20-30m; 应用:高速路的车辆管理、人员管理、仓储管理等
符合的国际标准:
a) ISO/IEC 18000-6 定义了甚高频的物理层和通讯协议;空气接口定义了Type A和Type B两部分;支持可读和可写操作。
b) EPCglobal 定义了电子物品编码的结构和甚高频的空气接口以及通讯的协议。例如:Class 0, Class 1, UHF Gen2。
c) Ubiquitous ID 日本的组织,定义了UID编码结构和通信管理协议。
我们毫无怀疑,在将来,甚高频的产品会得到大量的应用。例如WalMart, Tesco, 美国国防部和麦德龙超市都会在它们的供应链上应用RFID技术。超高频电子标签一般分为四个区域:
【Reserve(保留区)】:地址:0-3;地址:0-1存储32bit杀死密码(kill),默认为:00 00 00 00;
2-3存储32bit访问密码(Access),默认为:00 00 00 00。
当本区域没有被访问加密或者杀死加密的时候,区域内的数据可以进行随意改写。
【EPC(EPC区)】:地址:2-7;存储96bit ID号,也就是平常我们设备默认读取出来的数据所存储的区域。当本区域没有被访问加密或者杀死加密的时候,区域内的数据可以进行随意改写。
【TID(TID区)】:地址:0-5;存储96bit全球唯一且不可改写的ID号。
【User(用户区)】:地址:0-31;存储512bit的数据。默认每个地址都为:00 00,当本区域没有被访问加密或者杀死加密的时候,区域内的数据可以进行随意改写。
以上各区域说明,均以Alien H3这款比较常用的标签芯片作为范例。不同的芯片,对应的区域数据和实际作用可能会有所不同
要读取USER区数据建议你先去看看EPC的协议,EPC的几个基本操作就是读、写、锁、杀。
协议文档里面很详细,另外,如果你是做应用开发的,要根据各厂家提供的API进行操作,需要阅读各厂家的API函数。
如果你是做底层基带开发的,就更要熟悉EPC协议来。
低频(125KHz):0-5-厘米。专用的远距离读写器配远距离RFID电子标签,可达到1米左右;
高频(13.56MHz):5-10厘米。专用的远距离读写器配远距离RFID电子标签,可达到1米左右;
433.92MHz:远的可达到1公里;
超高频(915MHz):远的可达到25-40多米;
2.4GHz:可达到200米;
手持机:一般为10厘米以下。特殊的超高频远距离手持机可达到7米。
RFID读写器:也就是大家常说的读头,也就是控制系统中的读写模块。将读头芯片封装通过串口或IIC等方式与控制器进行通信,这就形成了简单的控制系统。RFID读写器又称为读出装置、扫描器、阅读器、通信器、读写器。
低频读写器和超高频读写器比较而言。
在识别距离,抗干扰性能,多标签的识别问题以及用户可以使用的空间来说超高频读写器都比低频读写器效果要好
另外,超高频远距离读写器协议的复杂度较高,国内能生产超高频的RFID电子标签芯片和超高频读写器协议的芯片比较少,很多芯片是需要进口的。这直接导致成本的上升。
不过随着国内企业研发实力的增强、制造工艺的改进,以及RFID行业应用的普及,量大必然导致价格的下跌。还有就是读写器企业的品牌价值也是不一样的。叫得上名号的企业产品肯定比一般的企业产品卖得贵,这跟其他行业是一样的。