射頻識別系統系列講座[第1、2講]——什么是RFID(射頻識別系統)？

       RFID(Radio Frequency Identification)采用無線射頻實現可移動存儲設備與計算機或PLC之間的數據交換。一個典型的RFID系統包括載碼體（即數據存儲器），與載碼體通訊的天線，以及處理天線與PC（或PLC）之間通信的控制器（天線與控制器一體時，我們稱之為只讀器或讀寫器）。
　　載碼體分為標識頭、標簽、PCB三種形式，通常附著于產品載體乃至是產品本身，這樣就提供了一個隨產品移動的移動數據庫。
　　
　　RFID系統包括三個基本組成部分:
　　1) 載碼體
　　2) 天線
　　3) 控制器
　　

　　◆載碼體
　　　　載碼體包含線圈、已編程的芯片，以及電池（在有源讀寫系統中）。
　　標識頭（Tags）
　　　　標識頭有各種不同的尺寸、存儲容量、工作溫度和讀寫范圍。
　　　　標識頭小到可以置于動物體內，大到可以覆蓋整個桌面。幾乎所有的標識頭都是封裝的，所以耐振動、化學制品、潮濕和灰塵。盡管標識頭不受大多數環境因素的影響，其讀寫距離仍受周邊金屬和電磁輻射的影響。
　　　　標識頭可以通過內部電池供電（通常稱為“有源標識頭”）或感應耦合供電（稱為“無源標識頭”）。無源標識頭無需維護，幾乎可以永久使用。有源標識頭的使用壽命取決于電池，有些標識頭配有可更換電池或超容量電池。
　　標簽(Labels)
　　　　標簽是一層附著有存儲芯片的紙或聚酯，它上面有經過印刷、沖壓，蝕刻或鍍層的RF線圈。盡管不如封裝的載碼體那樣更能適應環境條件，標簽有一個絕無僅有的特性，那就是價格低廉，這特別適用于開環的應用（或一次性使用）。在開環系統中，標簽附著在產品上，并隨產品在整個物流鏈中移動。判斷一個系統是不是開環的標準是：當產品最終被用戶購買時，例如一臺PC，標簽是否退出了物流鏈的循環。相反，在可復用標識頭應用中，例如托盤跟蹤，標識頭將一直保留在物流鏈中。標簽價格低廉，對大批量用戶極具吸引力。
　　PCB (印刷電路板)
　　　　印刷電路板（PCB）可以嵌入產品或運輸設備，耐高溫的特性使之可以用于塑料托盤的制造，但是當它直接接觸外部環境時（例如雨淋，過于潮濕等），就需要進行一定形式的封裝。RFID PCB的優點在于價格低廉，并且能夠適應標簽所不能承受的環境條件。
　　塑料托盤的制造是RFID PCB應用的一個很好的例子。在塑料托盤制造周期的超聲焊接階段之前，將PCB置于塑料托盤中。這樣，PCB就把托盤變成了一個“智能托盤”，在整個物流鏈中都可以將數據讀寫到托盤中。
　　
　　◆天線(Antenna)
　　　　天線是使用無線電波讀或寫數據到載碼體中去的裝置。
　　　　有的系統使用分離的天線和控制器，有的系統把天線和控制器集成到一個只讀器（Reader）或讀寫器（Reader／Writer）中。天線的大小形態各異，小的天線可以放在很狹小的空間，大型天線可以用于更遠的讀寫范圍。另外，天線提供了獨特的解決方案。應用于磁盤驅動器生產的可潛水天線就是一個例子：當標識頭浸入水下時，安裝在去離子水下的天線就可以讀寫標識頭中的數據。其它的例子包括把天線做成通道式的，設在傳送帶周圍當作通道口，甚至當作碼頭的大門。當載碼體通過這些入口（又稱通道或門）時，我們就可以讀寫其中的數據了。
　　
　　◆控制器(Controller)
　　　　控制器用來管理天線與PC、PLC、服務器或網絡接口模塊的通訊接口。
　　主機系統與控制器連接并通過并口、串口或通訊總線訪問載碼體。RFID控制器也可以通過編程直接利用載碼體存儲的數據來實現過程控制。一些控制器甚至還有直接能被控制器激活的I/O點，這樣可以減輕主機系統的工作負荷。

  只讀式(Read-Only)
　　RFID系統最簡單的形式是只讀式，它可以直接取代條形碼技術。其優勢在于讀取100%準確, 能夠耐受惡劣的環境和無需光學可視。
　　讀取正確率通常是選擇RFID的關鍵因素。固定位置的條碼只讀器, 一次掃描能達到95%~98%的正確率質量已經很不錯了。受環境因素及維護情況的影響,條碼的正確率慢慢會降到不足90%。在大多數情況下, RFID第一次通過率可高達99.5%~100%。另外, 由于沒有移動部件或光學組件，維護更是簡單。
　　工業環境的苛刻要求也使得RFID成為最佳選擇。一些環境要求數據采集系統在液體、化學藥劑、粉塵及高溫環境中都能正常運作。應用實例包括天線和載碼體當完全浸在水下時仍能傳輸數據。載碼體甚至可以通行240攝氏度高溫的烤漆爐。
　　當考慮到是否必須光學可視時，RFID的價值進一步得到了體現。使用RFID，載碼體不一定要在讀頭的光學可視范圍內。載碼體具有穿透大多數非金屬材料（假設使用的頻率恰當）的能力，因此可以嵌入載體、容器乃至產品中。而且，這些容器和產品可以密封在外包裝中，這對數據采集結果并無不利影響。
　　
　　讀/寫式（可復用）
　　更進一步的，可讀可寫的RFID 可被用作動態電子單據，使得用戶可以減少網絡通信數據量，連接遠程生產站，或者在主機或PLC停機時，替代PC或PLC控制生產。
　　下面是電子單據的一個例子：在汽車發動機制造中，載碼體附在發動機運載工具上，行程路線及內建指令均寫在載碼體里。當發動機和運載工具接近第一個站點時，讀寫器讀取載碼體信息并據此決定發動機是否在本站進行加工。如果回答是肯定的，載碼體中的指令就被讀出并送到本地處理器，本地處理器根據收到的指令決定如何操作自動化設備。加工完成后，關鍵質量數據和生產結果就存在載碼體中。這就使得用戶日后可以查詢在不同生產階段發生的所有質量問題。如果加工失敗，失敗信息也被寫到載碼體中。然后，在到達下一個站點之前，該發動機將被移出生產線并輸送到遠程的返工站點。在返工站點,載碼體中的數據被讀出，我們就可以根據數據決定如何修復該發動機。
　　在電子工業領域，一些公司更深入地使用電子單據，使得即使中央服務器或主機停機時生產仍然可以繼續進行。由于載碼體可以把內存的指令傳給某個站的本地處理器，生產線的運行可以不依賴于工廠網絡。
　　

　　讀/寫式（一次性使用）
　　更進一步，一次性載碼體可應用于產品的制造過程中并且貫穿于整個物流鏈（從制造到零售再到最終用戶）。從本質上講，RFID載碼體是用于生產的“智能產品”，它可以與周圍環境交流。
　　下面以RFID標簽應用于電視機生產為例子，說明如何創造“智能產品”。
　　在生產過程中，RFID載碼體被置于電視機外殼內側。使用載碼體后，載碼體伴隨著“智能產品”一直到倉庫。在倉庫里，載碼體可用于查找某種型號，或者安排不同型號的運輸路線以使其到達指定的存放位置。另外，讀寫器具有在同一磁場同時與多個載碼體通訊的能力，這樣，當出庫時所有的電視機都可以同時被讀寫，無論電視機是堆在貨架上還是在單獨運輸中。這使用戶可以把目的地信息寫入“智能產品”，或是記錄發送了什么，從而實現電子記帳。
　　當貨物到達零售倉庫時，在進入大樓的同時，“智能產品”就被讀取，提供快速貨物清單簽收，并能自動結算應付給供應商的貨款。
　　接下來，“智能產品”就被跟蹤到零售點，在零售點載碼體可以用于防盜和實時盤存。最后，當電視機離開零售點時，主要的客戶和產品配置信息被寫入RFID載碼體。
　　如果用戶將一臺電視機返回到服務中心（或附屬的服務中心），在用戶到達服務柜臺之前，在計算機顯示器上就可以調出產品的完整記錄，使服務上了一個新臺階。
　　這個例子揭示了“智能產品”不只在整個物流鏈中為客戶節省了資金，同時也給客戶創造了附加值。這種增值特性可以使制造商（和零售商）擴大銷售及利潤，在激烈的競爭中脫穎而出。