無源UHF RFID電子標(biāo)簽系統(tǒng)設(shè)計分析

UHF RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號來自動的識別目標(biāo)，并且獲得目標(biāo)中的相關(guān)信息。它能夠自動的收集產(chǎn)品以及時間和地點的信息，而且還能夠快速的把信息傳遞出去，可以有效的減少人為的錯誤或者干擾，在電力行業(yè)中得到了比較廣泛的應(yīng)用。

0引言

RFID即Radio Frequency Identification，是無線射頻識別技術(shù)的簡稱，也就是人們經(jīng)常所說的電子標(biāo)簽，是上個世紀(jì)出現(xiàn)的一種新的識別技術(shù)。RFID的工作頻段按照頻率的大小可以分為低頻——LF、高頻——HF、超高頻——UHF和微波——MW，UHF RFID的頻率位于860~960MHz的范圍內(nèi)，是無源超高射頻識別技術(shù)，其具有高速度、遠(yuǎn)距離、比較強(qiáng)的抗干擾能力、低成本的優(yōu)勢以及標(biāo)簽小等優(yōu)點，成為了RFID技術(shù)中的研究熱點，得到了比較廣泛的應(yīng)用。

一、UHF RFID電子標(biāo)簽系統(tǒng)簡介

UHF RFID系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、閱讀器三部分組成，其中電子標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的載體，存儲了被識別物體的信息，它主要通過標(biāo)簽的形式附著在需要被識別的物探上。閱讀器是用來進(jìn)行信息的讀/寫或者讀設(shè)備，主要用來閱讀電子標(biāo)簽中的信息，并且將識別的信息傳遞給數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，其性能與其設(shè)計的結(jié)構(gòu)和技術(shù)有很大的關(guān)系；其中讀寫閱讀器還能夠通過電子標(biāo)簽根據(jù)需要寫入數(shù)據(jù)。一般的閱讀器主要由高頻模塊即頻率的發(fā)送器和接收器，和應(yīng)答單元相連接的耦合元件即線圈和微波天線以及控制單元組成，還有部分閱讀器還安裝有附加的接口，如常用的USB接口等可以和電子計算機(jī)等其它設(shè)備相連接，可以將讀取的數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，然后進(jìn)行后期的分類、統(tǒng)計、存儲等處理工作。RFID結(jié)構(gòu)如圖1所示。


圖1 RFID結(jié)構(gòu)

UHF RFID的工作原理是通過射頻識別系統(tǒng)來進(jìn)行工作，電子標(biāo)簽通常也被稱為應(yīng)答器、射頻標(biāo)簽、數(shù)據(jù)載體，閱讀器也被稱為讀取設(shè)備，通訊器、掃描器或者讀寫器。電子標(biāo)簽和之間通過耦合元件來完成射頻信號的無線耦合，在耦合的過程中按照時間的順序來完成數(shù)據(jù)的交換和能量的傳遞。在電子標(biāo)簽和閱讀器之間的射頻信號的耦合方式主要由以下兩種，其中一種是電磁反向散射耦合，這種耦合方式和雷達(dá)的工作原理相似，通過發(fā)射設(shè)備發(fā)射電磁波，電磁波在遇到目標(biāo)后向接收設(shè)備產(chǎn)生反射，反射信號中也同時帶有目標(biāo)的信息，這種方式主要利用了電磁波在空間中傳播的原理；第二種方式是電感耦合，這種方式和變壓器的工作原理類似，通過高頻的交變電磁場來實現(xiàn)空間上的耦合，主要應(yīng)用了法拉第的電磁感應(yīng)定律。電磁反向散射耦合方式主要用在微波、高頻率遠(yuǎn)距離的視頻識別設(shè)備中，其主要的工作頻率范圍有433、915MHz以及2.45、5.8GHz，UHF RFID主要應(yīng)用的就是這種耦合方式，其識別的距離大于1m，一般的作用距離為3~10m左右。電感耦合方式主要用在影響中、低頻的近距離的射頻識別系統(tǒng)中，其工作的頻率有13.6、125、225MHz，其識別距離小于1m，其作用距離一般為10~20cm.

二、UHF RFID電子標(biāo)簽系統(tǒng)的設(shè)計

在UHF RFID電子標(biāo)簽系統(tǒng)的設(shè)計中主要包含了以下關(guān)鍵的技術(shù)，編碼和調(diào)制，數(shù)字調(diào)制，檢錯糾錯、基帶中的編碼等技術(shù)。

1.編碼和調(diào)制

對于UHF RFID系統(tǒng)來說，閱讀器和應(yīng)答器之間的數(shù)據(jù)傳輸需要三個方面的模塊：發(fā)送器、接收器和信息通道。發(fā)送器有調(diào)制器和信號處理組成，接收器由應(yīng)答器中的解調(diào)電路和信號處理組成，信息通道主要為信息傳輸?shù)慕橘|(zhì)。

2.數(shù)字調(diào)制

電磁能量通過電磁波的形式發(fā)射到空間中，通過改變電磁波的三個參數(shù)即頻率、功率、相位中的任何一個或者幾個就可以實現(xiàn)對信息編碼，然后通過電磁波傳送到空間中的任何地點。通過對電磁波的信息編碼就是人們經(jīng)常說的調(diào)制，載波就是沒有調(diào)制的電磁波。從接收到的電磁波中通過分析其頻率、相位、接受功率的變化可以得到了原來的信息，這就是人們常說的解調(diào)。在UHF RFID中常用的調(diào)制方法主要由頻移鍵控，振幅鍵控和副載波組成。

3.基帶中的編碼

編碼是用不同形式的代碼來表示二進(jìn)制中的0和1，在UHF RFID中常用的編碼方式有米勒編碼、單級性歸零碼、MRZ碼、差動雙向碼、變形米勒碼、曼徹斯特碼等形式。

4.檢錯糾錯

在使用UHF RFID技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)時容易受到外界的干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)生改變，使結(jié)果產(chǎn)生錯誤，所以有必要引進(jìn)檢錯糾錯技術(shù)，通過檢錯糾錯可以通過采取一定的措施對改變的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，比較常用的技術(shù)有奇偶校驗。奇偶校驗的方法是一種非常簡單的檢錯方法，可以分為縱向奇偶校驗，橫向奇偶校驗，橫向縱向奇偶校驗三種。其中縱向奇偶校驗是通過以字符為單位來進(jìn)行分組的，橫向奇偶校驗和縱向奇偶校驗只能夠檢查出數(shù)據(jù)在橫向和縱向方向上的編碼錯誤，對于某個字符的的錯誤則無能為力。如果把縱向方向和橫向方向上的奇偶校驗方法結(jié)合起來，就成為了交叉校驗，這種方法具有非常好的檢錯性能。

三、結(jié)束語

UHF RFID具有數(shù)據(jù)儲存量大，使用壽命長，無線無源，安全防偽，防水、防磁等等一系列的優(yōu)點，將會成為代替條形碼的一種新型的技術(shù)，隨著我國開始重視物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，UHF RFID在電力行業(yè)也得到了非常廣泛的應(yīng)用。UHF RFID技術(shù)還可以和通訊設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)之間相互結(jié)合，可以對產(chǎn)品的信息進(jìn)行遠(yuǎn)距離的跟蹤和分享。在工業(yè)生產(chǎn)、公共信息服務(wù)、物流行業(yè)得到了非常廣泛的應(yīng)用，大大的提高了管理的效率，降低了管理的成本。