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RFID技术及其在温度传感器方面的应用

2014/12/12    来源:佳工网    作者:黄斌      
关键字:RFID  温度传感器  自动化  数据采集  

  基于历史发展现状简要介绍RFID技术概念、组成、主要特点及技术局限,同时通过总结搜索的国内外相关资料论述了RFID技术在温度传感器方面的应用(包括学术研究和商业化)、目前的种类和所能达到的特性,从而提出RFID温度传感器发展需要解决的若干问题。

  自动识别技术是一种高度自动化的信息和数据采集技术。自动识别系统在出入控制与安全应用方面,在供应链与制造过程工业领域的产品跟踪方面,以及在零售终端方面的应用等很普遍。目前最普遍的自动识别要算七十年代开发的条形码技术。近年来,射频识别(Radio Fre quency Identification, RFID)技术在自动识别中得到较多使用。同时,射频识别在温度传感器方面的研究与商业化也展示出良好前景。下面段落分别就射频识别技术和射频识别温度传感器展开论述。

射频识别技术

  射频识别技术利用无线射频方式在阅读器和应答器之间进行非接触双向数据传输,以达到目标识别和数据交换的目的。识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签。与传统的自动识别系统(如条形码)相比,RFID技术具有很多优势:可以定向或不定向的 远距离读写数据,无需保持对象可见;可以透过外部材料读取数据;可以同时处理多个电子标签;可以在恶劣环境下工作;可以储存的信息量很大;可以通过 RFID标签对物体进行物理定位等。但RFID标签不能象条形码那样随意扔掉。

  射频技术的基本原理是电磁理论。射频识别技术的基本原理是利用射频信号和空间耦合传输特性来获得对被识别物体的自动识别。射频识别系统一般由电子标签和阅读器两部分组成,基本模型图见图1。阅读器和电子标签之间的射频信号的耦合类型包括电感耦合(变压器模型)和电磁反向散射耦合(雷达原理模型)。电子标签附着在被识别的物体上,当进入可识别范围时,阅读器以非接触的方式将标签中的信息提取出来。射频标签分为有源和无源两种。有源标签识别距离较长体积较大,但寿命有限且价格较高;无源标签则相反。应答器一般由集成电路连接到天线,收发器质询应答器以了解其中的储存信息,包括产品系列号以及其它相关用户写入的信息。RFID系统算是一种传感系统。

射频识别技术

  然而,射频通信和半导体电路的物理性质限制了RFID应答器的大小空间和可以达到的性能。典型的应答器由微芯片和天线组成,用来通过射频电波传播信息。应答器有主动式和被动式两种。主动式应答器在标签上有一个电源供应,比方说电池。而被动式的应答器都是通过收发器的质询信号来获得能量。

  大多数情况下,无论是主动式还是被动式的发射应答器只有在收发器质询时才发射一个信号。主动式的操作距离可以较远,甚至在恶劣的环境中。远程耦合系统的操作距离一般在1米之内,频率低于135 kHz(该频段特点是具有良好的物体穿透能力),或者是6.75 MHz、13.56 MHz和27.125 MHz中的一个;长距离系统操作距离一般在1米到10米之间(当然航空应答器操作距离更长,几百米到上千米),目前使用915 MHz(欧洲禁止)以及2.45 GHz、5.8 GHz和24.125 GHz。应答器的数据数量从几位到几千个字节。数据数量影响到RFID系统的可用频率,故此,高数据量的标签一般用于超高频率以便所有数据可以在若干毫秒内读完。只读的应答器比可读/写的应答器相对价格要低,但使用的场合受限,因为标签上的物品信息无法更新。

  然而,可读/写的应答器安全性能要低。多页可读/写的应答器解决了这个问题,因为每个用户可以授权一页信息。被动式读/写的应答器常常使用电可擦除式只读存储器(EEPROM),占用集成电路较大的空间并消耗较大的电流。而被动式应答器需要减小功耗以便保证操作距离。

  另外,EEPROM的读取次数也有限制,不会超过几十万次,而且读取时间很慢(一百毫秒左右)。典型的低功耗应答器消耗10μW到50μW的能量。被动式应答器一般通过电感耦合(质询信号产生的磁场)、电容耦合(质询信号产生的电场)或者远场能量收集的形式获得能量。随着电池技术的进步,主动式应答器的寿命在乐观且谨慎使用下可以接近十年。当同一通道的多个应答器对同一个收发器产生反应时它们的信号可能互相影响,造成的后果就是传输失败。RFID的防冲突方法受制于低级的运算能力,包括内存有限。

  另外,费用也是个大问题。尤其是频域防冲突法,虽然通信能力强健但复杂程度和费用都很高。现在的大多数防冲突法是时域防冲突法,也就是传输的位置随着时间变化。在数据安全方面,最好的情况是应答器和收发器相互识别授权。德州仪器和微芯公司已经开发出授权和加密的应答器。

责任编辑:陈浩
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