RFID定位技术简介(新手必看)
RFID 技术利用反向散射通信方式建立阅读器和标签之间的无线通信链路。
无源的 RFID 标签将接收到的阅读器发射的问询信号中携带的能量供给其内部电路,并将自身信息调制到入射的连续波上,从而实现与阅读器之间的信息传输。
相比其他的定位技术,RFID 技术具有信号穿透力强、价格低廉、体积小、低功耗、无源、非视距传播、可重复使用等优点,目前已被应用于物流追踪、仓储管理、工业自动化等领域。利用 RFID 技术所提供的位置信息,能够有效提高工业自动化的效率,减少人力成本。
阅读器是 RFID 系统最核心也是最复杂的一个组件,其读取和写入标签内存信息,控制通信信号的解析。它一方面通过标准网口、RS232 串口或 USB 接口同计算机相连,另一方面通过天线与 RFID 标签进行通信。
天线与阅读器相连,帮助在标签与阅读器之间建立无线通信。天线按照方向性可分为定向天线和全向天线。天线波瓣宽度越窄,天线的方向性越好,增益越大,作用距离越远,但覆盖范围也越小。阅读器可以同时连接一个或多个天线,但每次使用时只能激活一个天线。
RFID 标签由耦合元件、电子芯片及微型天线组成,每个标签内部存储了唯一的电子标识符(Electronic Product Code,EPC)。标签附着在被管理的物品上,用于标识目标对象。目前,标签工艺已经非常成熟,可支持内存反复擦写 10000 次以上,有效使用寿命可达十年以上。
根据标签供电方式的不同,可将标签分为有源标签、半有源标签和无源标签。根据通信频率的不同,其又可以分为低频标签、高频标签、超高频标签和微波标签,不同频段的标签的穿透能力不同。
此外,各类定制化的标签也越来越多,如陶瓷标签、贴纸标签、易碎纸标签等。
RFID 系统工作时,阅读器与 RFID 标签通过反向散射通信机制建立通信链路。计算机系统控制阅读器的天线向空间某处发送一定频率的“问询”信号,该空间内的标签通过电磁耦合的方式接收空间中的电磁波能量,当照射标签的电磁波功率达到一定的门限功率时,标签内部设计的电路将产生感应电流,激活标签。
在“应答”阶段,标签通过调整天线的阻抗来反射一部分入射的连续波。反射波的相位和幅度由天线的阻抗决定。通过调节天线的阻抗,RFID 标签可以将自身的数字信息调制到入射连续波上再反射。阅读器内部的接收器通过解调分析接收到的电磁波,获得标签的 EPC、RSSI 及信号相位等信息。
RFID 定位技术可以采用位置感知和基于RSSI的方式来定位。在位置感知方式下,可以为跟踪对象安装 RFID 标签,然后部署 RFID 标签阅读器的位置,当跟踪对象进入感知范围内时,即可检测到跟踪对象的位置。
基于 RSSI 的方式通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离,然后根据相应数据进行定位计算。RFID 标签成本低,目前 RFID 定位技术广泛应用在商品物流、人员定位及物联网领域。但RFID定位技术需要部署多个阅读器来构建定位基础设施,标签、部署方式及参考标签数量都会影响定位精度,因此很难大规模部署。
RFID 定位技术通常用于定位动物或物体。从理论上讲,所有常用测量定位方法都可以应用于 RFID 定位技术,如室内 RFID 定位技术可以根据信号测量技术的不同进行不同的实现。另外,RFID 定位技术方便灵活,对环境适应性强,抗干扰能力强。但是,RFID 定位系统只能在几十厘米的半径内提供定位,因此不适合在大范围内进行高精度跟踪。
总的来说,RFID 定位技术的主要特征如下:
无源的 RFID 标签将接收到的阅读器发射的问询信号中携带的能量供给其内部电路,并将自身信息调制到入射的连续波上,从而实现与阅读器之间的信息传输。
相比其他的定位技术,RFID 技术具有信号穿透力强、价格低廉、体积小、低功耗、无源、非视距传播、可重复使用等优点,目前已被应用于物流追踪、仓储管理、工业自动化等领域。利用 RFID 技术所提供的位置信息,能够有效提高工业自动化的效率,减少人力成本。
RFID系统构成
1) 典型的RFID系统架构
RFID 技术通过非接触的方式对附有标签的物体进行识别。一个典型的 RFID 系统主要由阅读器(Reader)、天线(Antenna)、标签(Tag)及计算机组成。阅读器是 RFID 系统最核心也是最复杂的一个组件,其读取和写入标签内存信息,控制通信信号的解析。它一方面通过标准网口、RS232 串口或 USB 接口同计算机相连,另一方面通过天线与 RFID 标签进行通信。
天线与阅读器相连,帮助在标签与阅读器之间建立无线通信。天线按照方向性可分为定向天线和全向天线。天线波瓣宽度越窄,天线的方向性越好,增益越大,作用距离越远,但覆盖范围也越小。阅读器可以同时连接一个或多个天线,但每次使用时只能激活一个天线。
RFID 标签由耦合元件、电子芯片及微型天线组成,每个标签内部存储了唯一的电子标识符(Electronic Product Code,EPC)。标签附着在被管理的物品上,用于标识目标对象。目前,标签工艺已经非常成熟,可支持内存反复擦写 10000 次以上,有效使用寿命可达十年以上。
根据标签供电方式的不同,可将标签分为有源标签、半有源标签和无源标签。根据通信频率的不同,其又可以分为低频标签、高频标签、超高频标签和微波标签,不同频段的标签的穿透能力不同。
此外,各类定制化的标签也越来越多,如陶瓷标签、贴纸标签、易碎纸标签等。
2) 反向散射通信机制
目前,市面上商用的阅读器一般都集成了信号分析模块,能够对标签反射的信号进行解调,获取信号中携带的标签电子编码数据,同时通过分析接收到的信号,获得 RSSI 和到达天线的信号相位。RFID 系统工作时,阅读器与 RFID 标签通过反向散射通信机制建立通信链路。计算机系统控制阅读器的天线向空间某处发送一定频率的“问询”信号,该空间内的标签通过电磁耦合的方式接收空间中的电磁波能量,当照射标签的电磁波功率达到一定的门限功率时,标签内部设计的电路将产生感应电流,激活标签。
在“应答”阶段,标签通过调整天线的阻抗来反射一部分入射的连续波。反射波的相位和幅度由天线的阻抗决定。通过调节天线的阻抗,RFID 标签可以将自身的数字信息调制到入射连续波上再反射。阅读器内部的接收器通过解调分析接收到的电磁波,获得标签的 EPC、RSSI 及信号相位等信息。
RFID定位技术的特征
RFID 定位技术是通过无线电信号识别标签来进行身份自动辨认的技术。RFID 定位技术可以采用位置感知和基于RSSI的方式来定位。在位置感知方式下,可以为跟踪对象安装 RFID 标签,然后部署 RFID 标签阅读器的位置,当跟踪对象进入感知范围内时,即可检测到跟踪对象的位置。
基于 RSSI 的方式通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离,然后根据相应数据进行定位计算。RFID 标签成本低,目前 RFID 定位技术广泛应用在商品物流、人员定位及物联网领域。但RFID定位技术需要部署多个阅读器来构建定位基础设施,标签、部署方式及参考标签数量都会影响定位精度,因此很难大规模部署。
RFID 定位技术通常用于定位动物或物体。从理论上讲,所有常用测量定位方法都可以应用于 RFID 定位技术,如室内 RFID 定位技术可以根据信号测量技术的不同进行不同的实现。另外,RFID 定位技术方便灵活,对环境适应性强,抗干扰能力强。但是,RFID 定位系统只能在几十厘米的半径内提供定位,因此不适合在大范围内进行高精度跟踪。
总的来说,RFID 定位技术的主要特征如下:
- 优点:耗时短,应用范围广,标签成本较低,非接触,非视距;
- 缺点:作用距离短,易受干扰,安全隐私难保障,不便整合兼容其他系统,标准化不够完善;
- 定位精度:5cm~5m;
- 适用场景:仓库、工厂、商场,广泛用于货物、商品的流转定位及博物馆藏品的出入库管理;
- 工作原理:邻近探测法、多边定位法等。