RFID技術(shù)在智能實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中的展望

摘 要：通過了解RFID系統(tǒng)的基本組成和工作原理，結(jié)合RFID技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用情況，提出了將RFID技術(shù)應(yīng)用到智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的展望，詳細(xì)分析了RFID智能實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比在各個方面的優(yōu)勢，探討了影響RFID在智能實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的因素。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；智能實(shí)驗(yàn)室；優(yōu)勢；展望

1 引言

自20世紀(jì)90年代開始，無線射頻識別技術(shù)RFID （ Radio Frequency Identification）開始興起。RFID 是一種非接觸性的自動識別技術(shù)， 是物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建基礎(chǔ)和核心技術(shù)，射頻識別（ RFID）技術(shù)以其能夠自動識別物品并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)而被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的各個方面， 顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間， 被認(rèn)為是21世紀(jì)的最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。目前，RFID（無線射頻識別）技術(shù)已在現(xiàn)代化圖書館建設(shè)、物流跟蹤、車輛的自動識別、智能交通系統(tǒng)、生產(chǎn)線自動化及過程控制等方面得到了實(shí)際應(yīng)用，并且取得了良好效果。有鑒于此，提出了將RFID技術(shù)應(yīng)用到智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中來的構(gòu)想。

2 RFID簡介

RFID 是Radio Frequency Identification的縮寫，即無線射頻識別，俗稱電子標(biāo)簽，RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，利用射頻信號在空間電感或電磁耦合的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對被識別物體所攜帶信息的自動化提取和識別。RFID 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對電子標(biāo)簽的快速讀寫，并可對多個標(biāo)簽和移動物體進(jìn)行識別，有十分可觀的應(yīng)用前景。

2.1 RFID的組成及工作原理

RFID 主要由標(biāo)簽、閱讀器和天線三部分組成。按供電方式來分，標(biāo)簽可分為有源標(biāo)簽、無源標(biāo)簽兩種。RFID利用了射頻信號空間耦合（電感或電磁耦合）的傳輸特性，電感耦合指依據(jù)電磁感應(yīng)規(guī)律，基于變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實(shí)現(xiàn)耦合；電磁耦合指依據(jù)電磁波空間傳播規(guī)律，基于雷達(dá)原理模型，通過發(fā)射的電磁波碰到目標(biāo)后反射同時帶回目標(biāo)信息[1]。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，閱讀器發(fā)出射頻信號，無源標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，或者有源標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號，閱讀器讀取信息并解碼后將其送至后臺系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。

2.2 RFID發(fā)展過程及其應(yīng)用

RFID技術(shù)是一種新的自動識別技術(shù)，直接繼承了雷達(dá)的概念。在過去的半個多世紀(jì)里，RFID技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個階段，表1為RFID技術(shù)發(fā)展的歷史簡表[2]。

3 RFID應(yīng)用于智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的可行性分析

高校越來越注重理論與實(shí)踐相聯(lián)系，用理論指導(dǎo)實(shí)踐，用實(shí)踐驗(yàn)證理論，高校實(shí)驗(yàn)室在理論與實(shí)踐相結(jié)合方面無疑起著巨大的作用。以往實(shí)驗(yàn)室只在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的時間開放，在非實(shí)驗(yàn)時間關(guān)閉，學(xué)生想要在非實(shí)驗(yàn)時間利用實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備進(jìn)行理論驗(yàn)證非常困難。為了讓學(xué)生更好地利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室資源，我校中南大學(xué)最近實(shí)施了一項新的措施：全校范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室在非實(shí)驗(yàn)時間對學(xué)生完全開放。這一措施對于學(xué)生來說無疑是個好消息，但是隨之而來的問題是，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模越來越大，實(shí)驗(yàn)設(shè)備也會越來越多，實(shí)驗(yàn)室工作人員在實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理方面面對著很大的壓力。目前RFID技術(shù)已經(jīng)基本成熟，并且已經(jīng)在圖書館管理、物流管理等方面得到了應(yīng)用，將RFID技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室管理中來，建設(shè)智能實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為了大勢所趨。基于RFID的智能實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室相比主要有以下的優(yōu)勢：用RFID標(biāo)簽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的管理、方便實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的清點(diǎn)、對進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室的人員進(jìn)行智能登記、方便實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的流通。

3.1 信息管理

RFID標(biāo)簽的存儲容量很大，可以將大量的信息存儲于一個RFID標(biāo)簽中，便于信息的管理，并且RFID標(biāo)簽可進(jìn)行反復(fù)讀寫操作，方便對標(biāo)簽內(nèi)信息的更改。給實(shí)驗(yàn)室每臺實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置一個RFID標(biāo)簽，每個RFID標(biāo)簽內(nèi)存儲著對應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備可唯一標(biāo)識的信息，方便對實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理。將RFID系統(tǒng)應(yīng)用于學(xué)生校園卡，對應(yīng)于每張校園卡，RFID也都有唯一的標(biāo)識。當(dāng)學(xué)生進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室時，實(shí)驗(yàn)室門口的閱讀器可智能地將進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室的時間進(jìn)行登記，無需工作人員在實(shí)驗(yàn)室門口對進(jìn)出學(xué)生進(jìn)行登記。

3.2 方便設(shè)備清點(diǎn)

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理中，每次學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)室工作人員都要對實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行一一清點(diǎn)、歸類放置，這項工作比較枯燥、勞動強(qiáng)度大，不利于實(shí)驗(yàn)室工作人員把精力集中到對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)上來。在RFID智能實(shí)驗(yàn)室中，工作人員拿著手持式的閱讀器經(jīng)過實(shí)驗(yàn)房間時，可以識別出實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備標(biāo)簽中的信息，便可以了解整個房間實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況，可以快速查看設(shè)備是否丟失、是否借出、是否在指定的位置等信息。

3.3 對設(shè)備進(jìn)行流通管理

高校每年在實(shí)驗(yàn)設(shè)備采購中的投入在總的經(jīng)費(fèi)支出中占據(jù)很大的比重，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式下，院與院之間、學(xué)校與學(xué)校之間由于信息封閉，使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備尤其是貴重設(shè)備在院與院之間、學(xué)校與學(xué)校之間流通不暢，實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率低、實(shí)驗(yàn)設(shè)備重復(fù)購買等已經(jīng)成了普遍現(xiàn)象。RFID智能實(shí)驗(yàn)室完全可以解決這一問題，將各院、各學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理，某個實(shí)驗(yàn)設(shè)備被借出后，對應(yīng)該設(shè)備的RFID標(biāo)簽會更改相應(yīng)的信息，將更改后的信息傳送給閱讀器，閱讀器將信息上傳到網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)時跟蹤。

4 RFID在智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中要解決的問題

作為一種新技術(shù)，RFID具有廣泛的應(yīng)用前景，但是在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問題，下面是RFID技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中面對的一些問題，下面這些問題的解決會在很大程度上完善整個RFID應(yīng)用系統(tǒng)，有利于推動RFID技術(shù)在智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面的發(fā)展。

4.1 問題一：RFID的標(biāo)準(zhǔn)問題

目前，國際上RFID產(chǎn)品在頻段、通信、接口等方面還沒有形成一個統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，甚至是同一個國家的不同RFID公司之間也沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO18000、 歐美EPC Global和日本的 Ubiquitous ID Center三項標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成三足鼎立局面，然而這3個標(biāo)準(zhǔn)之間并不兼容，在通訊方式、防沖突協(xié)議和數(shù)據(jù)格式3個方面存在明顯差別[3]。

4.2 問題二：RFID標(biāo)簽及其設(shè)備的成本問題

目前RFID公司最關(guān)注的問題就是該如何降低標(biāo)簽和閱讀器價格，并且考慮RFID系統(tǒng)在安裝和實(shí)施應(yīng)用方案時所產(chǎn)生的成本問題。當(dāng)前電子標(biāo)簽的價格很高，無源標(biāo)簽價格在30美分左右，有源標(biāo)簽價格在1美元左右，只有電子標(biāo)簽的單價在10美分以下才能在社會上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。目前，射頻閱讀器的價格在1000美元以上，高昂的價格使得社會上難以形成大量的需求。

4.3 問題三：RFID的安全性問題

RFID技術(shù)在使用過程中會遇到很多安全性方面的問題。第一，金屬的遮擋會影響RFID標(biāo)簽中無線電波的頻率，導(dǎo)致閱讀器無法讀取標(biāo)簽中的信息；第二，無線射頻的發(fā)射和接收需要天線線圈，而天線線圈很容易折斷，會使得標(biāo)簽因天線斷路而失效；第三，目前的RFID系統(tǒng)還沒有可靠的安全機(jī)制，不能對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行很好的保密，RFID數(shù)據(jù)容易受到黑客的攻擊，從而造成數(shù)據(jù)的泄露、流失?？偟膩碚f，RFID的安全性問題本質(zhì)上就是解決標(biāo)簽與閱讀器之間通信安全的問題。

4.4 問題四：RFID標(biāo)簽的讀取可靠性問題

在正常的讀取距離和使用環(huán)境下，RFID讀取數(shù)據(jù)的正確率較為理想。但是，因?yàn)槟壳癛FID技術(shù)尚不夠成熟，容易受到外界射頻信號或特殊材料的影響，單片RFID標(biāo)簽的正確讀取率約為80%；雙片標(biāo)簽的正確讀取率達(dá)到96%左右[3]。在較差壞境下，RFID標(biāo)簽?zāi)鼙徽_識別的技術(shù)還有待提高。

5 結(jié)束語

本文主要結(jié)合RFID技術(shù)提出了RFID技術(shù)在智能實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中的展望，RFID技術(shù)作為一個新技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，雖然現(xiàn)在在各個方面面臨著困難，但是，毋庸置疑的一點(diǎn)是，RFID技術(shù)必將引領(lǐng)21世紀(jì)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是建設(shè)智慧城市、智能校園的技術(shù)核心，在智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面定會大放異彩。

參考文獻(xiàn)

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[2]蔡夢欣.圖書館RFID研究[M].北京：國家圖書館出版社，2010 .

[3]秦文珍.無線射頻識別技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用研究[J].農(nóng)業(yè)圖書情報學(xué)刊，2012，24（3）：114

作者簡介：唐永強(qiáng)（1992-），男，山東省聊城市陽谷縣，學(xué)生，本科。研究方向：自動化專業(yè) 。