2. 物聯網感知層: RFID技術

RFID 系統

RFID 系統有三個主要成份: 
 天線 (antenna, or coil) 
 感應器 (transponder, or RF Tag, 或矽晶片 ) 
 辨識器 (transceiver, reader) :分為只可讀 (read) 、可讀寫 (read/write) 兩種。 

RF Tag 有兩類: 
 Passive Tag :無電源標籤或稱被動標籤 
 Active Tag :有電源標籤或稱主動標籤 

而本實驗室所使用之 RFID 為具 915M Hz 之 UHF (ultra high frequency) 頻段 Reader ,最佳讀取範圍測試得 1.5 公尺 ,而在金屬環境包圍影響下,仍然有 30 公分 之讀取範圍。


RFID 應用

應用相當廣泛,最常見的應用為:
門禁管制

設有讀卡器,人員出入門禁監控、管制及上下班人事管理。 
回收資產:棧板、貨櫃、台車、籠車等可回收容器管理。 
貨物管理:航空運輸的行李識別,存貨、物流運輸管理(

準確掌握產品相關資訊)。 
物料處理:工廠的物料清點、物料控制系統。
廢物處理:垃圾回收處理、廢棄物管控系統。 
醫療應用:醫院的病歷系統、

病人識別、危險或管制之生化物品管理。 
交通運輸:高速公路的收費系統。
防盜應用:超市的防盜、圖書館或書店的防盜管理。 
動物監控:畜牧動物管理、寵物識別、野生動物生態的追蹤。 
自動控制:汽車、家電、電子業之組裝生產。 
聯合票證:聯合多種用途的智能型儲值卡、紅利積點卡。

RFID 之特性

(1) 數據的讀寫 (Read Write) 機能: 
只要通過 RFID Reader 即可不需接觸,直接讀取訊息至數據庫內,且可一次處理多個標籤,並可以將物流處理的狀態寫入標籤,供下一階段物流處理的讀取判斷之用。

(2) 容易小型化和多樣化的形狀: 
RFID 在讀取上並不受尺寸大小與形狀之限制,不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。此外, RFID TAG 更可往小型化與多樣型態發展,以應用在不同產品。

(3) 耐環境性: 
紙張一受到髒污就會看不到,但 RFID 對水、油和藥品等物質卻有強力的抗污性。 RFID 在黑暗或髒污的環境之中,也可以讀取數據。

RFID超高頻(UHF)標籤因電磁反向散射 特點,對金屬和液體等環境比較敏感,可導致這種工作頻率的被動標籤 難以在具有金屬表面的物體或液體環境下進行工作,但此類問題隨著技術的發展已得到完全解決

(4) 可重複使用: 
由於 RFID 為電子數據,可以反覆被覆寫,因此可以回收標籤重複使用。如被動式 RFID ,不需要電池就可以使用,沒有維護保養的需要。

(5) 穿透性: 
RFID 若被紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質包覆的話,也可以進行穿透性通訊。不過如果是鐵質金屬的話,就無法進行通訊。

(6) 數據的記憶容量大: 
數據容量會隨著記憶規格的發展而擴大,未來物品所需攜帶的資料量愈來愈大,對卷標所能擴充容量的需求也增加,對此 RFID 不會受到限制。


RF 之使用頻率現況

為避免各國無線電頻率使用標準不一,造成使用上的混亂與困擾,國際上大多遵守 國際電信聯合會 (ITU) 的規範。目前 RFID 使用的頻率有 6 種,分別為 135KHz 以下、 13.56M Hz 、 433.92M Hz 、 860M ~ 930M Hz( 即 UHF) 、 2.45G Hz 以及 5.8G Hz ,其各有特色和缺陷。 135KHz 以下傳輸距離短約 10 公分 左右,通訊速度慢。此頻段在絕大多數的國家屬於開放,不涉及法規開放和執照申請的問題,因此使用最廣,主要使用在寵物、門禁管制和防盜追蹤。 13.56M Hz 薄化的效果最佳傳輸距離為 1 公尺 以下,代表性應用為會員卡、識別證、飛機機票和建築物出入管理,通訊距離 10 公分 左右的近距離非接觸式 IC 卡發展快速。 UHF 頻段的 RFID 標籤最遠可達近 5 公尺 的傳輸距離,可大幅提升現階段的應用層次,通訊品質佳,適合供應鍊品項管理,但有各國頻率法規不一的問題,現有的使用者頻率騰挪問題必不可免,否則跨區應用必然會出現管理的盲點。

 


RFID 與條形碼之差異性比較

目前全球以千億計的大小商品,都靠著產品上一條條粗細不一的線條 ( 條形碼 ) 來辨別身份。但是條形碼只能記載著產品簡單的背景,例如生產商和品項名稱,而且還得透過紅外線接觸掃瞄才能讀取數據。更重要的是目前全世界每年生產超過五億種商品,而 全球通用的商品條形碼,由十二位排列出來的條形碼號碼已經快要用光了 。條形碼是只讀的、需要對準標的、一次只能讀一個、且容易破損;而 RFID 是可擦寫的、使用時不需對準標的、同時可讀取多個、堅固全天候使用,可不需人力介入操作。

何謂RFID?
全名是 Radio Frequency Identification。
為一種無線識別技術。
RFID系統主要由讀取器標籤後端應用系統組成。
利用讀取器發射無線電波,觸動感應範圍內的RFID標籤。
電磁感應產生的電流,供應RFID標籤運作並發出電磁波回應感應器。
將資訊連至後端資料庫裡,用以識別、追蹤與確認商品的狀態。


何謂自動識別?
利用擷取物件的特徵或內建資料,經由電腦系統的比對處理資料管理

自動識別的優點
人工輸入資料所花費的時間較電腦讀取資料長許多。
將物件資料轉成數位資料存入電腦中。
提高處理速度
提高辨識精確度


RFID組成元件
主要分為前端與後端
前端:硬體等接收讀取裝置
後端:資料庫或其他應用程式


電子標籤
具有以下兩個部分
晶片:用來儲存及處理資料,調變和解調變無線電信號。
天線:用來接收由讀卡機送過來的訊號,並把要求的資料送回給讀卡機。


讀取器

 
大多數與應用系統結合使用,接收主機端的命令,對於儲存在標籤的資料以有線或無線方式傳送回主機。

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雙向無線電波收發器向標籤發出訊號並解讀其應答。

RFID標籤與讀取器
RFID標籤分類-電力來源(

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標籤內部供電有無)
被動式
透過電磁感應產生電流與讀取器通訊。

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有價格低廉,體積小巧,無需電源等優點。目前市場所運用的RFID標籤以被動式為主。
半被動式
電池

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電力恰好可以驅動標籤內的IC僅提供感應器偵測周遭環境,與讀取器通訊亦須透過電磁感應。
主動式
電池提供感應器運作、通訊所需的電力。

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可藉由內部電力,隨時主動發射內部標籤的記憶體資料到讀取器上。

  1. 主動式標籤( Active Tag): 內建一顆小電池,記憶體容量可達1MB以上,使用電波通訊,擁有較長無線通信距離(可達100公尺),因運作電力是由標籤(Tag)中內嵌的電池所提供,因此,使用期限受到限制,使用壽命大約七~十年(一般而言,主動式標籤在電力耗盡後,將會自動轉換成被動式標籤) 相對成本高,下圖為主動式標籤傳送資料方式。

  2. 動式標籤( Active Tag): 標籤(Tag)中沒有內建電池,標籤透過內建天線可以經由讀卡機產生的電磁感應電場取得能量,因此通訊距離短,然而成本也較為低、體積小、壽命長較具競爭力,下圖為被動式標籤傳送資料方式。

標   籤   類   型

 

 

 

 

 

 

標籤傳輸之圖例

 

 

 

 

特               徵

主動式標籤

Active RF Tag

被動式標籤

Passive RF Tag

 

電源裝置 內建電池 須靠外界磁力產生電源
感應距離 較遠 較短
使用年限
設備體積
環境狀況 對高、低溫較敏感 能適應於較差的環境
價位 較高 較低
  • 後端應用程式資料庫(Back-end database)為紀錄RF標籤(tag)的詳細資料,當讀取器收到射頻標籤(tag)訊號,會以無線或有線網路連結後端應用程式資料庫(Back-end database),取得該射頻標籤(tag)的詳細資料整合後,供给其他應用程式使用。

 

RFID標籤與讀取器
RFID標籤分類-存取方式
唯讀
唯讀式標籤的內存資訊在出廠時已被寫死,使用者無法修改或是寫入任何資訊,只能讀取標籤內的資料。
一寫多讀
使用者只能寫入或修改標籤內容一次,之後就等同唯讀式標籤只能被多次讀取。
可讀寫
使用者可以在標籤的生命週期內,隨時透過讀寫器重複寫入或修改標籤的內部資訊。


RFID讀取器內部元件
天線:負責接收和傳送訊號
收發器:與天線互相連接,由發送器和接收器組成
記憶體:儲存讀取器配置參數和讀取到的標籤資料
電源:提供所有讀取器元件的電力來源
控制器:允許使用者、電腦程式控制讀取器的功能
微處理器:負責訊號解碼和錯誤檢查
通訊介面:提供讀取器與外部的互動

延伸---NFC

 

Near Field Communication又稱近距離無線通訊,是一種短距離的高頻無線通訊技術,允許電子設備之間進行非接觸式點對點資料傳輸,在十公分(3.9英吋)內,交換資料。  

這個技術由免接觸式射頻識別(RFID)演變而來,由飛利浦索尼共同研製開發,其基礎是RFID及互連技術。 

 NFC藍牙都是短程通信技術,都被整合到行動電話。但NFC不需要複雜的設定程序。NFC也可以簡化藍芽連接。 但無法達到Bluetooth的低功率。 

NFC的最大資料傳輸量是 424 kbit/s 遠小於 Bluetooth V2.1 (2.1 Mbit/s)。雖然NFC在傳輸速度與距離比不上BlueTooth,但是NFC技術不需要電源,對於行動電話或是行動消費性電子產品來說,NFC的使用比較方便。NFC的短距離通訊特性正是其優點,由於耗電量低、一次只和一台機器連結,擁有較高的保密性與安全性,NFC有利於信用卡交易時避免被盜用。NFC的目標並非是取代藍芽等其他無線技術,而是在不同的場合、不同的領域起到相互補充的作用。 

 實際示範---NFC Sony Xperia P 

http://www.eprice.com.tw/mobile/talk/4551/4769998/


 

參考網站:http://goo.gl/UDs8k

http://en.wikipedia.org/wiki/Radio-frequency_identification

http://www.nextnature.net/2007/01/voluntary-rfid-implant/

http://www.eprice.com.tw/mobile/talk/4551/4769998/

http://www.ithome.com.tw/itadm/article.php?c=43612

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無線電的訊號是通過調成無線電頻率的電磁場,把數據從附著在物品上的標籤上傳送出去,以自動辨識與追蹤該物品。某些標籤在識別時從識別器發出的電磁場中就可以得到能量,並不需要電池;也有標籤本身擁有電源,並可以主動發出無線電波(調成無線電頻率的電磁場)。