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一文看懂RFID产业链!

发布时间:2021-12-29作者来源:金航标浏览:323

       0 1 什么是RFID

       RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术,又称“电子标签”,是20 世纪90年代开始兴起的一种非接触式自动识别技术,在无人进行干预的情况下,它可以通过射频信号自动识别目标对象并获取相关的数据。RFID 技术工作环境弹性较大,除可在极端环境下进行工作外,亦可识别高速运动物体和同一时间识别多个标签。


       02  RFID组成及工作原理

       RFID 主要由标签、阅读器/读写器、天线三个部分组成。

       标签的主要功能是附着在物体上用以标识目标对象,由耦合元件及芯片组成,具有唯一的电子编码;

       阅读器/读写器的主要功能是读取(或写入)标签信息,分为手持式和固定式;

       天线的功能则是在标签和阅读器之间传递射频信号。


       RFID 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,标签进入电磁场后产生感应电流,标签获得能量被激活,发送出存储在芯片中的产品信息,接受天线收到从标签中发送来的载波信号,在经过天线调节器传送回阅读器,阅读器对信号进行解调和解码后送到后台主系统进行处理,这种标签被称为无源标签或被动标签(Passive Tag)。有源标签或主动标签(Active Tag)主动发送某一频率的信号,阅读器读取并解码信号后,发送至主系统进行有关数据处理。主动标签自身装有电池供电,与被动标签相比成本更高,读写距离较远且体积较大。


▲RFID 识别技术工作原理


       RFID技术的基本工作原理并不复杂:标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(Active Tag,有源标签或主动标签);解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。


▲RFID系统架构图


       03RFID分类

       RFID的分类有多种方式,可分为按工作频率分类,按供电方式分类,按应用范围分类,按数据读写类型分类。详见下图:



       04RFID工作频段

       RFID应用系统的工作频率宽泛,低可至100KHz,高可达5GHz。目前国际主要采用的频段有:低频(125KHz-134KHz)、高频(13.56MHz)、超高频(860M-960MHz)、和微波(2.45GHz、5.8GHz)产品。对于天线而言,当传输的信号波长远超过天线有效尺寸时,天线作为电路负载呈明显的感性,导致信号能量被存储在天线近场区,从而不能被高效地传播。而天线受应用环境和重量限制,往往不能做的足够大。以13.56MHz频率举例,对应八分之一波长约为需2.7m,因此UHF频段就成为无源RFID在较远距离(0.5m~10m)传输的应用首选。相比于2.4GHz频段,900MHz频段天线的有效尺寸更大,意味着更多的能量可以被接收。


▲RFID频段分布示意图






▲主要国家和地区的UHF(Ultra High Frequency)RFID频段分配


       05RFID协议标准


▲RFID技术相关协议标准与特征


       06RFID核心技术

       伴随UHF的RFID应用越来越广泛,相应地技术与产品标准化工作也在持续进行中,其现行行业规范ISO/IEC 18000-63中,对RFID的技术层次都做了明确的规定。无源RFID通信采用半双工方式,由RFID读写器首先使用PIE编码发送带有广播性质的UHF能量信号,该信号在编码前已做过ASK或者PSK数字调制处理,标签收到读写器发射的RF信号进行解调,并通过反向散射技术将数据返回至读写器。对于的UHF电子标签来说,标签芯片的特性至关重要,它直接决定标签产品的存储容量、读写极限距离、读写速度、读写参数、信息安全等至关重要的参数,是电子标签产品的核心技术,如图5.1系UHF电子标签芯片架构图示意图。


UHF电子标签芯片架构图


       07RFID产业链


       一套RFID方案需要设计、读写器、天线、标签、支架或机柜、应用软件,软件集成服务等。其产业链划分极细,且每个环节的厂商非常多。这里列举一些代表厂商,供参考

       芯片:

       RFID芯片分为标签芯片和读写器芯片。其技术的发展趋势仍将是功耗更低、距离更远、读写速度更快、可靠性和安全性更高,并且成本不断降低。对于国内RFID的芯片厂商,最重要的是稳定性,包括生产工艺都还需要再做改进。

       1.恩智浦(NXP)


       NXP的RFID芯片包括超高频、高频、NFC和低频,产品已经广泛用于仓储、服装零售、汽车电子、品牌保护追踪和家畜追踪等等。


       例如,在2017年推出的UCODE 8 RAIN RFID,其更灵敏,更易于嵌入到标签,通常用于超高频RFID标签中。该芯片还可为使用该标签的公司添加专用ID号,以实现品牌鉴定。


       2.意联科技(Alien Technology)


       美国意联科技是行业内领先的供应商,专门提供符合EPCglobal Gen2及ISO/IEC 18000-6c标准的超高频无源射频识别芯片,以及标签、阅读器和专业服务相关的技术及产品。


Higgs-4就是一款高度集成的单芯片EPC Gen2超高频射频识别标签芯片。它可以在低射频功率下写入数据,也可在大数量标签的零售应用中对标签同时写入数据。


       3.英频杰(Impinj)


       美国英频杰公司是全球领先的超高频 Gen 2 RFID解决方案供应商,产品包括高性能的标签芯片,读写器,读写器芯片,软件,天线和系统集成。


       例如,Monza S6-C标签芯片为大规模物品智能化应用提供了高性能和数据完整性。它包含了自动性能调节、自我诊断和耐久结构等特性,在提高标签的质量和读取性能的同时,也降低了标签应用的成本。其适合于零售、医疗、票务和其他应用的单品级应用。


       4.复旦微电子


       上海复旦微电子集团股份有限公司的超高频系列芯片基于在射频和存储领域的多年技术积累,具有射频读写灵敏度高,兼容性好,存储器可靠性高等特点,可广泛应用于物资管理、交通运输、物流快递、人员管理、门禁管理等领域。


       复旦微电子的超高频RFID标签芯片工作频段为840MHz到960MHz,此系列芯片包括了符合国内标准GB/T29768和GJB7377.1的超高频标签芯片,以及符合国际ISO18000-6C协议的标签芯片。分别可提供不带加密算法的普通版本和带加密算法的安全版本芯片。


       5.江苏芯云科技


       江苏芯云科技是一家扎根中国本土,由技术创新驱动的电子科技公司,依托极富竞争力的海归技术团队在芯片设计及关键技术领域突破,构建云应用的协同创新生态,参与全球集成电路、电子解决方案商业化竞争。芯云科技除了在RFID领域具备从芯片到整体解决方案的能力以外,芯云科技自主研发的高速电力线载波通信(HPLC)芯片及模组已经广泛应用于国家电网智能抄表领域,高度契合智能电网用电信息采集“全集抄、全费控、主动监测”的要求。与此同时,芯云科技自主研发的8通道16bit位ADC芯片,主要用于电网继电保护装置与自动化设备,已经通过国家电网相关产业单位的系统验证,进入系统实际挂测阶段。


       芯云科技RFID产品整体解决方案覆盖云、管、端,构建立体式物联网连接管控体系,产品主要包括RFID无源超高频电子标签芯片、无源超高频电子标签、超高频手持式读写器、超高频RFID通道门,云平台信息化系统等。目前产品与方案在资产管理、智能仓储、移动运检等领域已进行实地应用。


 RFID技术在资产管理智能巡检中的应用


       6.深圳远望谷


       深圳市远望谷信息技术股份有限公司建有全球领先的RFID产品性能测试中心,可为大规模的物联网建设提供RFID技术、产品和解决方案服务,拥有6大系列100余种RFID产品。其聚焦铁路、图书与零售三大战略性行业,并为纺织洗涤、智慧旅游、烟酒管理、智能交通等领域提供高性能的RFID产品和解决方案。


       远望谷1995年就开始研制开发货车电子标签专用芯片,目前已研制出具有完全自主知识产权的第一代货车电子标签专用芯片,也使得货车电子标签有了一颗“中国芯”。由于这颗“中国芯”,迫使美国把原来售价150美元的货车电子标签降价到20多美元。


       天线:

       RFID天线也分为标签天线和读写器天线。根据应用场合各有不同,RFID 标签可能需要贴在不同类型、不同形状的物体上,甚至需要嵌入到物体内部。标签天线和读写器天线还分别承担接收能量和发射能量的作用,这些因素对天线的设计提出了严格要求。

       1.莱尔德(Laird Tech)


       美国莱尔德科技集团是设计和制造电磁屏蔽材料、导热界面材料和无线天线产品的世界著名公司,产品广泛应用于电信、数据通讯、手机、计算机、通用电子装置、网络设备、航空航天、国防、汽车以及医疗设备等领域。


       2.英内尔科技


       深圳市英内尔科技有限公司是专业从事RFID天线设计开发、生产、销售的科技企业。它主要为RFID标签企业提供:PET铝蚀刻天线、PET铜蚀刻天线、NFC线路板线圈天线、抗金属干扰天线、各类PCB高精密异形天线以及代客户进行天线设计开发。它可提供快速优质的高频和超高频蚀刻天线。


       3.澳信科技


       佛山澳信科技有限公司集研发、生产和销售于一体。其擅长无线射频应用等领域的读卡器天线,主营4G/LTE 、3G、WIFI、WIMAX、RFID、VHF/UHF、TV、MIMO、CPE、GPS、GSM、CDMA等。


       设备:

       RFID设备包括阅读器及标签。RFID阅读器可透过运用电磁场识别及追踪RFID标签,并取得该等标签所储存之电子信息。


       1.霍尼韦尔扫描与移动技术部(HSM)


       霍尼韦尔扫描与移动技术部隶属于霍尼韦尔自动化控制系统集团。作为一家专业的条形码扫描器制造商,旗下产品包括激光条形码扫描器、影像条形码扫描器、OEM扫描引擎、移动数据终端和条形码检测仪。


       2.斑马技术公司


       斑马技术公司1999年开始开发RFID打印机,成功开发了高频、超高频的RFID打印机。斑马技术的产品和解决方案被全球众多行业广泛采用,适合各种应用。例如,利用条码腕带和临床样本采集,提升患者医护安全;使用移动设备打印收据,加快结账;简化仓储业务流程;以及利用实时信息为专业比赛和娱乐节目增加新的分析数据。


       3.ThingMagic


       ThingMagic是全球知名的RFID设备制造商,成立于2000年,总部设在美国波士顿。其专注于读写器、传感器和嵌入式系统技术的研发和生产。它的固定式读写器M6和智能读写器Astra一直在市场上有广泛应用,并在全球有很高的知名度和占有率,广泛应用在车辆管理、人员管理和供应链管理等多种场合。


       08RFID应用场景

       RFID技术已经广泛应用在资产管理、零售、物流、服装、交通、医疗、身份识别、金融支付等领域,在国计民生中发挥着重要的作用,并且随着物联网技术的发展与推广,RFID作为感知层的关键技术之一,并迎来更大的机遇期。以RFID在资产管理方面的应用为例,我们来看看RFID技术在物联网资产管理项目中的具体应用。


       下图所示,基于RFID技术物联网资产管理系统一般可分为三层架构:


基于RFID技术物联网系统应用架构


       信息采集层具体设备包括通过RFID电子标签、RFID手持读写器、RFID通道门等,共同完成对资产配备的RFID标签的信息进行存储、采集、上报等功能,通过RFID标签序列号的唯一性来管理标识设备资产。

       数据传输层RFID读写设备采集到的资产信息,可通过移动网络、WiFi、以太网等方式传输至后台系统管理平台。

业务管理层 部署云管理平台,用于管理系统内各类设备资源,同时有效进行数据分析,从而判断货物出库、入库、移库、盘点等流程。同时可生成相应报表明细单、并在系统中做相应的处理。


       通过基于物联网的资产管理系统应用,实现资产信息化、智能化、标准化管理,构建资产全生命周期管理体系及多层次安全防护措施,实现账、卡、物一致,提升资产盘点效率、实现资产流转实时监控、资产出入库异常状态主动上报等功能,大大提升日常工作维护效率。同时业务系统对数据进行细致分析,对资产业务信息全面掌握,有效挖掘数据价值,提升数据应用水平,为资产管理决策提供更有价值的信息,全面提升资产管理水平。

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