RFID技術有潛力成為嵌入式系統(tǒng)設計中重要組成部分

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

多數(shù)較新型RFID體系結構的開發(fā)者都把低成本轉(zhuǎn)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(jù)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(jù)。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(nèi)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(jù)，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(chǎn)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(jù)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(jù)交換速率更高。典型的UHF應用包括某些資產(chǎn)跟蹤，其中的標簽掛于托盤和集裝箱，在它們經(jīng)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(jù)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(zhuǎn)發(fā)器

有幾家制造商生產(chǎn)標簽中使用的RFID轉(zhuǎn)發(fā)芯片。例如，德州儀器公司(TI)提供一個Tag-itHF-1加轉(zhuǎn)發(fā)器IC產(chǎn)品線，符合ISO/IEC15693全球標準，該標準面向產(chǎn)品驗證、門禁、資產(chǎn)標簽、供應鏈管理、票務應用。這些產(chǎn)品提供用戶可訪問的存儲器和一個內(nèi)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(jù)。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(zhuǎn)發(fā)器。依照ISO/IEC15693，使用工作于高數(shù)據(jù)速率或低數(shù)據(jù)速率的ASK或FSK調(diào)制來完成閱讀器與轉(zhuǎn)發(fā)器之間的通信或下行鏈路通信。轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)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(wǎng)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(jù)記錄工具，賭場經(jīng)營者就能監(jiān)視參賭者的行動，以便檢測*牌的計數(shù)，調(diào)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(chǎn)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(jù)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(jù)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(jīng)演示了幾種無需轉(zhuǎn)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(jù)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(zhì)，閱讀器就能根據(jù)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(zhuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)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(jù)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(jīng)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*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。