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无源RFID技术

Nov,08,2024 << Return list

RFID (Radio Frequency Identification)是一个统称,基本上我们所有的定位标签都可以称为RFID。通用解释为无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场,把数据从附着在物品上的标签上传送出去,以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量,并不需要电池;也有标签本身拥有电源,并可以主动发出无线电波(调成无线电频率的电磁场)。标签包含了电子储存的信息,数米之内都可以识别。与条形码不同的是,射频标签不需要处在识别器视线之内,也可以嵌入被追踪物体之内。

RFID 按是否有源来分类,可以有三种,无源,半有源,有源。

无源RFID, 完全需要外部激励,产生电能,将数据通过天线发出去,最典型的就是我们门禁卡;

半有源,需要感知到外部在读取它,然后通过自身的电池工作,自生工作及对外发射的电源并不依赖于激励,而完全是电池供电,最典型的是ETC,ETC 正常情况下是完全不工作,当靠近闸道的时候,回被激励器唤醒,然后开始工作,NFC 也是可以工作在半有源的模式;

有源标签一般是主动工作,比如我们的定位标签。

RFID 可以工作在不同的频段,典型的RFID 有以下几种:


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最典型的RFID 有三种,低频(125KHz)、高频(13.56MHz)、超高频(850MHz~910MHz),其中高频的分为一般RFID 和NFC 两种下面就四个典型的进行描述


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125K RFID

作在低频的读卡器的一般工作频率从120KHz到134KHz, TI 的工作频率为134.2KHz。该频段的波长大约为2500米。由于其工作频率比较低,相对读取的距离比13.56MHz 的要远。

主要应用在畜牧业动物的管理系统,马拉松赛跑系统的应用等,其遵循的符合的国际标准:

a) ISO 11784 RFID畜牧业的应用-编码结构

b) ISO 11785 RFID畜牧业的应用-技术理论

c) ISO 14223-1 RFID畜牧业的应用-空气接口

d) ISO 14223-2 RFID畜牧业的应用-协议定义

e) ISO 18000-2 定义低频的物理层、防冲撞和通讯协议

f) DIN 30745 主要是欧洲对垃圾管理应用定义的标准

 

13.56MHz RFID

13.56MHz RFID的工作频率为13.56MHz,该频率的波长大概为22 米。是使用最为广泛的无源RFID,我们的门禁卡,读书馆的书标签,由于其价格在0.1 元左右,被广泛使用在物流等领域,用于追溯等工作。

 

主要遵循的国际标准有:

a) ISO/IEC 14443 近耦合IC卡,最大的读取距离为10cm。

b) ISO/IEC 15693 疏耦合IC卡,最大的读取距离为1m。

c) ISO/IEC 18000-3 该标准定义了13.56MHz系统的物理层,防冲撞算法和通讯协议。

d) 13.56MHz ISM Band Class 1 定义13.56MHz符合EPC的接口定义。

 

 

MiFare

MIFARE的名字由来是米克朗车资收费系统( MIkron FARE-collection System)组合而来,是恩智浦半导体公司(NXP Semiconductors)拥有的一系列非接触式智能卡和近傍型卡技术的注册商标。

MIFARE包括一系列依循ISO/IEC 14443-A规格,利用无线射频识别(频率为13.56MHz)的多种非接触式智能卡专有解决方案。这项技术是最早是1994年由米克朗集团(Mikron Group)开发,在1998年转售给飞利浦电子公司(2006年更名为恩智浦半导体公司)。

 

读卡流程

当卡片接近读写卡机进入通信天线的感应范围(约2.5公分至10公分)之后,读写卡机便会提供微量电力(约达2伏特之后)驱动卡片上的电路。

此时卡、机各以曼彻斯特编码(MANCHESTER Encoding)及米勒编码(Miller encoding)加密通信内容后再以振幅偏移调制(Amplitude Shift Keying,ASK)透过调制解调器收发无线电波信号互相验证是否为正确卡片,如果验证结果正确读写卡机就会确认要访问的资料存储区块,并对该区块进行密码校验,在卡、 机三重认证无误之后,就可以透过加密进行实际工作通信。

这个过程大约只需要0.1秒就可以完成。如果同时有多张卡片进入读写卡机感应范围,读写卡机会将卡 片编号并选定1张卡片进行验证直到完成所有卡片验证(称为防碰撞机制)或是离开感应范围为止。

 

卡/机三重认证步骤:

1.卡片产生一个随机数RB发送到读卡器;

2.读卡器会将接收到的随机数RB依公式加密编码后的TokenAB数值并发送回卡片;

3.卡片接收到TokenAB后,会把加密部分解译出来然后比对参数B、随机数RB。同时并依据收到的随机数RA,引用公式编码后产生TokenBA发送回读卡器

4. 读卡器接收到TokenBA后,又把加密过的部分解译,比较随机数RB,RA与TokenBA中解出之RB、RA是否相符,正确的就可以完成指令(扣款、打 开门锁或是登记其他事项)

 

IC/ID/CPU:

IC卡全称集成电路卡(Integrated Circuit Card),又称智能卡(Smart Card)。可读写,容量大,有加密功能,数据记录可靠,使用更方便,如一卡通系统,消费系统等,目前主要有PHILIPS的Mifare系列卡。

ID卡全称身份识别卡(Identification Card),是一种不可写入的感应卡,含固定的编号,主要有台湾SYRIS的EM格式,美国HID,TI,MOTOROLA等各类ID卡。

ID卡内部只是一个卡号,读卡器读出后,可以自己决定该卡片的放行与否,也可由后台服务器决定怎么执行动作;IC卡内有芯片,分为存储卡,如mifare1卡,内有存储扇区,通过不同级别秘钥进行读写;cpu卡,相当于一台计算机,有处理能力。 ID卡最便宜,CPU卡最贵 CPU卡安全级别最高

 

UHF卡

UHF 是超高频卡,由于其读写距离一般在一米以上,广泛用于于物料,生产制造领域。

遵循空口标准:ISO 18000-6,GB/T 29768-2013

测试标准(ISO 18046)标准

支持多编码块读写,提供耐高温编码块(1024字节),提供ProfiNet, TCP/IP 等系列版本


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UHF 在全球使用不同的频段


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NFC

NFC技术是符合ISO18092、ISO21481标准,兼容ISO14443、ISO15693等射频标准。

ISO 14443和ISO 15693二者皆以13.56MHz交变信号为载波频率:ISO15693读写距离较远,当然这也与应用系统的天线形状和发射功率有关;

ISO14443定义了TYPE A、TYPE B两种类型协议。通信速率为106kbits/s,它们的不同主要在于载波的调制深度及位的编码方式。下表为两种协议的对比,在具体的应用场景中具体使用什么协议需要综合考虑。

 

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NFC标签分为5个类型

Type-1

符合ISO/IEC 14443A规范。它具有读写能力,可由用户配置为只读模式。内存大小从93字节到2千字节,通信速度或数据速率为106千比特/秒。不支持防冲突机制。

Type-2

符合ISO/IEC 14443A规范。它具有读写能力,可由用户配置为只读模式。内存大小从48字节到2千字节,通信速度或数据速率为106千比特/秒。支持防冲突机制。

Type-3

标签符合ISO/IEC 18092和JIS X 6319-4标准,数据速率为212 kbit/s或424 kbit/s。支持防撞机制。

Type-4

标签符合ISO/IEC 14443标准的A和B两个版本Type-4标签包含32千字节的内存,支持106千比特/秒、212千比特/秒和424 kbit/s的数据速率,以及防撞机制。

Type-5

标签(NFC- v)它依赖于ISO/IEC 15693标准,包含多达8千字节的内存,支持26.48千比特/秒的数据速率和防撞机制。

 

RFID 定位

RFID 的定位主要是通过RFID 的Reader 来读取ID ,若能被读到,标识和RFID 绑定的目标存在于Reader 的区域。

RFID 定位主要是用于门禁控制,产线上物流过程的监控等领域。