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1 RFID 简介

无线射频识别技巧(Radio Frequency Identification,RFID)是 20 世纪 90 年代开始兴起的一种自动识别技巧。该技巧是一种非打仗的自动识别技巧,其基滥觞基本理是使用射频旌旗灯号和空间耦合电感或电磁耦合)传输特点实现对被识别物体的自动识别。其核心技巧包括无线电射频、谋略机软件硬件、编码学和芯片加工技巧等多种今世高新科学技巧,是多种跨门类科学技巧的综合和记怡情APP体。被广泛利用于工业自动化、商业自动化、今世办奇迹、交通运输节制治理等浩繁领域。

1.2 RFID 的系统组成及事情道理和事情频率

RFID 系统因利用不合其组成会有所不合,但基础的 RFID 系统都由电子标签、涉猎器和天线三部分组成。各部分功能如下:

(1)标签(Tag,即射频卡):也称为非打仗 IC 卡、ID 卡、RF 卡等,由耦合元件及芯片组成,标签含有内置天线,用于和射频天线间进行通信,每个标签具有惟一的电子编码(EPC),附着在要标识的目标物体上。它具有智能读写和加密通信的功能,它经由过程无线电波与读写设备进行数据互换,事情的能量是由涉猎器发出的射频脉冲供给的。

(2)涉猎器:也称读写器、读出装配等,是用来读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。它可将主机的读写敕令传送到电子标签,再把从主机发往电子标签的数据加密,将电子标签返回的数据解密后送到主机。

(3)天线:在标签和读取器间通报射频旌旗灯号。在低频段和高频段主要应用平板天线、八木天线和阵列天线等。

此外,一个完备的 RFID 利用系统还包括:中心件(ApplicaTIon Interface),又称 RFID 治理软件,它樊篱了 RFID 设备的多样性和繁杂性,能够为后台营业系统供给强大年夜的支撑;利用系统硬件(ApplicaTIon Hardware);利和记怡情APP用系统软件(ApplicaTIon Software),记录数据、实现企业治理功能等。

范例的射频识别系统的事情道理如下:系统通电事情后,读出器经由过程其内部的线圈周期性地发出一个固有频率的电磁波(引发旌旗灯号)。当射频识别卡放在读出器的感应范围内时,卡内的线圈在“引发旌旗灯号”的感应下孕育发生微弱电流作为卡内集成芯片的电源。卡片上电复位后,蓝本处于“休眠状态”的卡片被激活并将含有自身种类识别码标志、制造牌号志等信息代码调制到载波上,经卡内天线发射出去。读卡模块将接管到的无线旌旗灯号传给现场节制器,由现场节制器进行旌旗灯号处置惩罚并对履行装配发出指令。读出器采纳微处置惩罚器节制,经由过程韦根一 485 转换模块实现与主控机之间的信息交流,其道理框图如图 1 所示。

NFID 系统的事情频率主要有:低频,125 kHz;高频,3.56 MHz;甚高频,869 MHz,902~928MHz;微波频段,2.45 GHz 和 5.8 GHz 等。此中 125 kHz 系统主要利用在动物识别和商品流畅等领域,高频 13.56 MHz 系统一样平常利用在公共交通和门禁系统等领域。在 UHF 频段(869 MHz,902~928 MHz),系统的识别间隔较远,可利用在高速公路收费、集装箱识别和铁路车辆的识别、跟踪等营业中。微波 2.45 GHz,无源标签一样平常可供给 1 m 阁下的识别间隔,有源标签也可以达到和记怡情APP十几米的识别间隔。5.8 GHz 系统主要利用在交通领域,今朝我国公路联网收费系统暂行标准也把此频段作为车辆识别的系统标准。一样平常事情频率较高则识别间隔也较远,偏向性也越强,但其穿透能力就越差。

1.3 RFID 作为换代性标识技巧的优点以及有待办理的问题

1.3.1 RFID 技巧的优点

与传统条形码识别技巧比拟,RFID 有以下上风:

快速扫描 对付条形码而言一次只能扫描一个条形码;而 RFID 采纳的长短打仗要领,无偏向性要求,标签一进入磁场,解读器就可以即时读取此中的信息,平日在几毫秒就完成一次读写,采纳防矛盾触犯机制,使之可同时处置惩罚多个标签,实现批量识别,最多同时识别可达 50 个 /s,并能在运动中进行识别。

体积小型化、外形多样化 RFID 在读取上并不受尺寸大年夜小与外形限定,不需为了读取正确度而共同纸张的固定尺寸和印刷品德。此外,RFID 标签更可往小型化与多样形态成长,以利用于不合产品。

污染能力和历久性 传统条形码的载体是纸张,是以轻易受到污染,但 RFID 对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外,因为条形码是和记怡情APP附于塑料袋或外包装纸箱上,以是分外轻易受到折损;RFID 卷标是将数据存在芯片中,是以可以免受污损。

可重复应用 现今的条形码印刷上去之后就无法变动,RFID 标签则可以重复地新增、改动、删除 RFID 卷标内储存的数据,方便信息的更新。

穿透性和无屏蔽涉猎 在被覆盖的环境下,RFID 能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质,并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近间隔而且没有物体阻挡的环境下,才可以辨读条形码。

数据的影象容量大年夜 一维条形码的容量是 50 B,二维条形码最大年夜的容量可储存 2~3 000 B,RFID 最大年夜的容量则又 294 以上。跟着影象载体的成长,数据容量也有赓续扩大年夜的趋势。未来物品所需携带的信息量会越来越大年夜,对卷标所能扩充容量的需求也响应增添。

安然性 RFID 是按照国际统一的电子产品代码的编码制在出厂前就固化在芯片中的,不重复 40 位的惟一识别内码,弗成复制和变动。数据可以加密,扇区可以自力一次定,并能根据用户锁定紧张信息。该技巧很难被仿冒、侵入,使国产芯片更安然。

1.3.2 RFID 系统中待办理的问题

(1)RFID 编码标准的选择。今朝天下范围内还没有形成统一的有关电子标签(RFID)的标准。在我国的标准拟订方面,国家标准委已经联合科技部、信息财产部以及上海标准化钻研院等 14 家单位合营进行中国 RFID 标准的钻研,今朝已完成对动物利用 RFID 标准的草案,并由上海市推出了《动物电子标示通用技巧规范》,但该规范还只是初步形成,尚在赓续改进中,而且要想短时期内在全国范围内推广还有必然难度。而除畜牧业以外的其他种类农产品的 RFID 标准仍有待钻研。

(2)RFID 的信息安然问题。RFID 的数据安然性问题也是一个惹人注目的话题。因为电子标签中保存了一些数据,是以隐私保护成了一个异常重大年夜的问题,以致是影响商业利用出路的关键点。因为电子标签数据的读取是由涉猎器发射无线射频触发的,也便是说,只要涉猎器的发射频率相同,应答器即标签就会做出相同的反映,传输相同的数据,这就会给造孽分子造成可乘之机。

为了办理以上问题,就必须对 ID 的读取进行限定。今朝最成功的便是采纳加密的要领,在电子标签中嵌入加密就可以将实时监控数据写入数据库中。假如有的系统参数事情处于非正常状态,则必须在界面中给出警告信息,并对监控系统进行调控。为了应用户便于察看和直不雅的理解,必要将采集到的数据转换成一种直不雅的、易于为用户吸收的形式显示出来,即将数据以图表的形式表示出来。VC 中的 GUI 可以很方便地支持实现以图表形式表示。

2 RFID 技巧在 ETC 系统中的利用

2.1 ETC 系统概述

在车辆自动识别技巧的成长历程中,实验和实施了多种不合的自动识别技巧,如感应线圈识别技巧、声外面波识别技巧、条形码识别技巧、红外通信识别技巧和射频识别技巧等,但终极主流归结到采纳射频识别技巧作为 ETC 系统的车辆自动识别技巧。

ETC 系统,即平日所说的不绝车收费系统,它因此今世通信技巧、电子技巧、自动节制技巧、谋略机和收集技巧等高新技巧为主导,实现车辆不绝车自动收费的智能交通电子系统。该系统经由过程路侧天线与车载电子标签之间的专用短程通信,进行车辆自动识别和有关收费数据的互换,经由过程谋略机收集对收费数据进行处置惩罚,实现不绝车自动收费的全电子收费治理系统。

射频识别系统是使用安装在车内的射频卡(无线电收发装配)存储车辆编号及相关信息,安装在车道的射频天线可与该无线电收发装配以专用短程通信(DSRC)要领互换信息,并对其存储内容进行读写操作,从而识别出当前通畅车辆。

不绝车收费系统有三个主要特征,不绝车、无人操作和无现金买卖营业。ETC 技巧在国外已有较长的成长历史,美国、欧洲等许多国家和地区的电子收费系统已经局部联网并形成规模效益。今朝,关东高速已周全实现了 ETC 收费,只保留部分车道进行 ETC 和半自动混杂收费。绝大年夜部分的商业运营车辆已经设置设备摆设了 ETC 车载单元,我国很多地区已经开始应用 ETC 系统对高速公路收费治理系统进行进级。

不绝车收费技巧分外适于在高速公路或交通忙碌的桥隧情况。传统的车道隔离收费系统称为单车道不绝车收费系统,在无车道隔离环境下的自由交流下的不绝车收费系统通称为自由流不绝车收费系统。不绝车收费技巧的实施,不仅可以大年夜大年夜前进公路的通畅能力,使公路收费走向自动化,同时也可以大年夜大年夜低落收费口的噪声水温和废气排放。从而,节约了基建用度和治理用度,也为城市面况的改良做出了凸起供献。电子收费系统代表当今最先辈的收费技巧,也是未来成长的偏向,有着广阔的成长前景。

2.2 不绝车收费系统的事情道理

2.2.1 ETC 系统的技巧道理

ETC 系统是经由过程远间隔、非打仗采集射频卡的信息,实现车辆在快速移动状态下的自动识别从而实现目标的自动化治理。今朝,该系统的要求是,远间隔读卡器能识读至少十米的间隔。因为技巧请乞降实际环境的不合,所采纳的读卡器的型号也不合。而就事情频率范围而言,今朝电子收费系统是确定在 5.8 GHz 相近,欧洲、日本、美国、中国等大年夜多半国家的标准定在 5.8~5.9 GHz 频段。

在我国选用 5.8 GHz 频段具有如下优点:首先,我国通信系统标准体系接近欧洲标准体系,无线电频率资本的分配大年夜致相同。其次,5.8 GHz 频段背景噪声小,而且办理该频段的滋扰和抗滋扰问题要比解抉 915 MHz,2.45 GHz 轻易。再次,5.8 GHz 频段的设备供应商较多,有利于我国 ETC 系统的设备引进,有利于低落系统资源,也有利于将来开展智能运输系统领域的其他办事。

2.2.2 ETC 系统的系统组成

ETC 系统主要由 ETC 收费车道、收费站治理系统、ETC 治理中间、专业银行及传输收集组成。车道节制子系统用和记怡情APP于节制和治理各类外场设备与安装在车辆上的电子标签的通信,记录车辆的各类信息,并实时传送给收费站治理子系统。收费站治理子系统认真网络治理传送过来的数据。ETC 治理中间是 ETC 系统的最高治理层,既要进行收费信息与数据的处置惩罚和互换又要行使需要的治理本能机能,它包括各公路的收费专营公司、结算中间和客户办事中间,根据收到的数据文件在公路收费专营公司和用户之间进行买卖营业、拆账和财务结算,配有多台功能强大年夜的谋略机,完成系统中各类数据、图像的采集和处置惩罚。图 2 为其布局框图。

2.2.3 ETC 系统的事情流程

车主到客户办事中间或代理机构购置车载电子标签,交纳储值。由发行系统向电子标签输入车辆识别码(ID)与密码,并在数据库中存入该车辆的整个有关信息(如识别码、车商标、车型、颜色、储值、车主姓名、电话等)。发行系统经由过程通信网将上述车主、车辆信息输入收费谋略机系统。车主将标识卡贴在车内前窗玻璃上即可。当车辆进入 ETC 收费车道处于 LI 天线的发射区时,处在休眠状态的电子标签受到微波勉励而复苏,开始事情;电子标签以微波要领发出电子标签和车型代码;天线接管确认电子标签有效后,以微波发出人 LI 车道代码和光阴旌旗灯号,写入电子标签的存储器内。当车辆驶入收费车道出口天线发射范围,颠末唤醒、互相认证有效性等历程,天线读出车型代码以及入 LI 代码和光阴,传送给车道节制器,车道节制器存储原始数据并编辑成数据文件,上传给收费站治理子系统并转送收费结算中间。

假如持无效标识或无卡车辆。在收费车道上高速冲卡而过,天线在确认无效性的同时,将启动快速自动栏杆,关闭收费车道,当场将冲卡车辆拦截;在无专用收费车道的自由流收费时,可启动逃费抓拍摄像机,将逃费冲卡车辆的车头和牌照号码摄录下来,伴同出 LI 代码和冲卡光阴一并传送给车道节制机记录在案,事后依法处置惩罚。

收费结算中间与治理银行收到汇总好的各路公司的收费信息后,从各个用户账号中,扣除通畅费和算出金额,拨入响应公司账号。与此同时,银行核对各用户账号残剩金额是否低于预定的临界阈值,如低于,应及时看护用户补交金额,继承通畅,导致残剩金额低于危险门限值,则应将其划归无效电子标签,编人黑名单,并看护各收费站,回绝无效电子标签在高速公路电子收费车道通畅。

收费结算中间设有用户办事机构,向用户出售识别卡、补收金额和款待客户查询。后台有一套金融运行规则和强大年夜的谋略机收集及数据库的支持,处置惩罚事后收费等事变。

3 RFID 的成长前景

今朝,RFID 技巧已在我国很多行业获得利用,并取得优越成果。例如,我国已在有前提的部门和地方启动了 RFID 利用试点事情,主要涉及领域包括:工业自动化;商业自动化;汽车行业;临盆治理;供应链治理与今世物流等。RFID 技巧已成为 21 世纪举世自动识别技巧成长的主要偏向。分外是 RFID 技巧在 ETC 系统中的利用,为交通收费行业的成长做出了弗成磨灭的供献。从未来的交通收集的成长来看,ETC 系统将成为交通业的主流,因而该系统在交通收费行业有着广阔的成长前景。

4 结 语

经由过程 RFID 技巧在各行业的利用,并徐徐盘踞主流职位地方,可以看出该技巧已从浩繁的识别技巧中脱颖而出,并且赓续成长完善。而基于 RFID 技巧的 ETC 系统与传统的收费系统比拟,有着绝对的成长上风,而且该系统的实现相对简单。跟着 RFID 技巧的成长,ETC 系统也会徐徐获得完善。

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