RFID技術(shù)及在軌道交通的應(yīng)用

1 RFID的概況和工作原理
　　1．1概述
　　RFID(Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別)是利用電磁感應(yīng)或微波進(jìn)行非接觸雙向通信，并通過(guò)交換數(shù)據(jù)來(lái)達(dá)到識(shí)別目標(biāo)的一種最先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。該技術(shù)始于二戰(zhàn)時(shí)期。20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的成熟，射頻識(shí)別系統(tǒng)的體積大大縮小，射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化的階段，到20世紀(jì)90年代，RFID技術(shù)在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用。一般的RFID系統(tǒng)由讀寫(xiě)器、標(biāo)簽和天線(xiàn)三部分組成。讀寫(xiě)器的主要任務(wù)是控制射頻模塊向標(biāo)簽發(fā)射讀寫(xiě)信號(hào)，接受標(biāo)簽的應(yīng)答，并將信息傳輸?shù)街鳈C(jī)以供應(yīng)用系統(tǒng)處理，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要其他硬件和軟件的支持。
　　1．2 RFID的工作原理
　　RFID的工作原理：標(biāo)簽進(jìn)入讀寫(xiě)器發(fā)出的無(wú)線(xiàn)射頻信號(hào)區(qū)后，接收讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻信號(hào)。無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽憑借線(xiàn)圈上的感應(yīng)電流獲得能量啟動(dòng)標(biāo)簽控制電路和射頻電路發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的數(shù)據(jù)。有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)，讀寫(xiě)器直接接受標(biāo)簽發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行解碼后，恢復(fù)為標(biāo)簽的原始信息，然后送至中央計(jì)算機(jī)等應(yīng)用系統(tǒng)，進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，最后應(yīng)用系統(tǒng)得到所需要的信息，從而實(shí)現(xiàn)識(shí)別的目的。RFID基本工作原理和基本組成如圖l所示。
　　
　　
　　2 RFID的技術(shù)特點(diǎn)和分類(lèi)
　　2．1 RFID 技術(shù)特點(diǎn)
　　(1)非接觸性
　　標(biāo)簽的讀、寫(xiě)在非接觸操作狀態(tài)下完成， 閱讀距離標(biāo)簽從幾厘米到幾十米，適用于相對(duì)較短距離無(wú)線(xiàn)傳輸信息的場(chǎng)合，如正在運(yùn)行的列車(chē)和地面之間進(jìn)行點(diǎn)式信息的交換。
　　(2)高可靠性和耐用性
　　標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間無(wú)機(jī)械接觸，避免了由于接觸不良所造成的讀寫(xiě)錯(cuò)誤等操作，即使在卡上有灰塵、油污或黑暗等外部惡劣環(huán)境下也不影響對(duì)卡的讀寫(xiě)。另外，卡表面無(wú)裸露的芯片，無(wú)須擔(dān)心芯片脫落，靜電擊穿，彎曲損壞等問(wèn)題，所以，卡的使用壽命比較長(zhǎng)。
　　(3)操作方便、讀寫(xiě)速度快
　　由于非接觸通信，讀寫(xiě)器在幾厘米至幾十米范圍內(nèi)就可以對(duì)卡片操作，所以，不必像IC卡那樣進(jìn)行插拔工作。非接觸使用時(shí)沒(méi)有方向性，卡片可以從任意方向掠過(guò)讀寫(xiě)器表面， 可大大提高使用的速度，在很短的時(shí)間內(nèi)即可完成讀、寫(xiě)操作。
　　(4)信息容量大、一卡多用
　　標(biāo)簽信息容量可達(dá)到2的96次方個(gè)碼，~P268億個(gè)碼，現(xiàn)行一維EAN／UPC條形碼，其容量不過(guò)幾十個(gè)字符，容量最大的二維條形碼(PDF417)最多也只能存儲(chǔ)2725個(gè)數(shù)字，容量受限制。射頻中有多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)又各自有密碼，所以，可以將不同的分區(qū)用于不同的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)一卡多用。
　　(5)防沖突機(jī)制
　　標(biāo)簽中有快速防沖突機(jī)制，能防止標(biāo)簽之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾， 因此，讀寫(xiě)器可以同時(shí)處理多張非接觸式標(biāo)簽，可同時(shí)處理多個(gè)標(biāo)簽。
　　(6)安全加密性能好
　　標(biāo)簽的序號(hào)是唯一的，制造廠(chǎng)家在產(chǎn)品出廠(chǎng)前已將此序列號(hào)固化，不可再更改。讀寫(xiě)器可驗(yàn)證標(biāo)簽的合法性，同時(shí)標(biāo)簽也可驗(yàn)證讀寫(xiě)器的合法性，處理前，卡要與讀寫(xiě)器進(jìn)行相互認(rèn)證，而且在通信過(guò)程中所有的數(shù)據(jù)都加密。此外，標(biāo)簽中各部分都有自己的操作密碼和訪(fǎng)問(wèn)條件。
　　(7)重復(fù)使用性
　　由于標(biāo)簽為電子數(shù)據(jù)，可以反復(fù)被覆寫(xiě)，進(jìn)行通信。因此，可以將回收的標(biāo)簽重復(fù)使用。如果是被動(dòng)式標(biāo)簽，不需要電池就可以使用，沒(méi)有維護(hù)和保養(yǎng)的需要。
　　(8)穿透性
　　標(biāo)簽可穿透紙張、木材和塑料等非金屬與讀寫(xiě)器進(jìn)行信息交換。鐵質(zhì)金屬， 由于具有屏蔽作用，阻礙電磁波的傳播無(wú)法進(jìn)行正常的通信。
　　(9)追蹤定位性
　　可以把RFID標(biāo)簽附著在物體上進(jìn)行追蹤定位。如果把標(biāo)簽與GPS結(jié)合， 可以對(duì)帶有標(biāo)簽的貨柜車(chē)、貨艙、列車(chē)等進(jìn)行有效地理位置的跟蹤。
　　2．2射頻識(shí)別系統(tǒng)分類(lèi)及特點(diǎn)
　　(1)工作頻率
　　根據(jù)各種發(fā)送頻率可劃分為低頻(30～300kHz)、高頻或射頻(3～30MHz)和超高頻(300MHz～3GHz)或微波(>3GH z)。低頻系統(tǒng)一般指其工作頻率小于30M H z~9系統(tǒng)，其典型的使用頻率低于l35kH z或6．75MH z 、l3．56MHz及27．125MH z。其基本特點(diǎn)是：標(biāo)簽的成本較低，能耗較低，標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較少，閱讀距離相對(duì)較短，但閱讀天線(xiàn)方向性不強(qiáng)(無(wú)源情況，典型閱讀距離為幾十厘米)，標(biāo)簽外形多樣(卡狀、環(huán)狀、鈕扣狀、筆狀)等。低頻系統(tǒng)多用于短距離、低成本、低能耗、安全性要求較高的場(chǎng)合，如門(mén)禁控制、動(dòng)物監(jiān)管、貨物跟蹤、高速列車(chē)與地面之間點(diǎn)式信息的傳輸。高頻系統(tǒng)一般指其工作頻率大于400MHz的系統(tǒng)。高頻系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是標(biāo)簽及讀寫(xiě)器成本均較高，標(biāo)簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大， 閱讀距離較遠(yuǎn)(可達(dá)幾米至十幾米)，適應(yīng)物體高速運(yùn)動(dòng)性能好，外形一般為卡狀，閱讀天線(xiàn)及標(biāo)簽天線(xiàn)均有較強(qiáng)的方向性。高頻系統(tǒng)多應(yīng)用于需要較長(zhǎng)的讀寫(xiě)距離和高的讀寫(xiě)速度的場(chǎng)合，例如列車(chē)車(chē)次號(hào)識(shí)別、高速公路不停車(chē)收費(fèi)等系統(tǒng)。
　　(2)數(shù)據(jù)傳輸方式
　　按照應(yīng)答器回送到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法可分為三類(lèi)：反射或方向散射式(反射波的頻率與閱讀器的發(fā)射頻率一致)或負(fù)載調(diào)制式(閱讀器的電／磁場(chǎng)受應(yīng)答器的影響，頻率比為l：1)、分諧波(1／n倍)式，以及應(yīng)答器中產(chǎn)生的高次諧波式(n倍)。