RFID在制造業(yè)生產(chǎn)管理中的應(yīng)用

文學(xué)書

摘 要：無線射頻辨識（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)發(fā)展至今，生活中都可以發(fā)現(xiàn)RFID應(yīng)用。RFID應(yīng)用共發(fā)展出三大主流：物流、門禁、電子錢包。本文設(shè)計制作一套13.56 MHz RFID系統(tǒng)并描述實際設(shè)計信息，內(nèi)容包含13.56 MHz標(biāo)簽設(shè)計、13.56 MHz讀取器設(shè)計，經(jīng)整合及實際測試，此系統(tǒng)可成功地操作于13.56 MHz。

關(guān)鍵詞：RFID 設(shè)計 應(yīng)用

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0203-01

RFID（Radio Frequency Identification）是無線射頻辨識，是一種無線通信技術(shù)，可藉由其Tag識別不同的特定目標(biāo)進行數(shù)據(jù)的讀寫，不需要在Tag和Reader之間建立機械或光學(xué)的路徑。

RFID應(yīng)用共發(fā)展出三大主流：物流、門禁、電子錢包。早期的門禁管理都必須使用遙控器來控制，遙控器不僅昂貴，還必須經(jīng)常更換電池。被動式RFID標(biāo)簽不僅便宜且不需使用電池。RFID是藉由無線射頻的技術(shù)發(fā)展出來，Tag中含有射頻芯片和天線，數(shù)據(jù)編碼后，以無線方式來傳送數(shù)據(jù)，Reader也以無線方式來接收數(shù)據(jù)并做譯碼。

1 RFID的分類

1.1 Passive

Passive Tag是不含電池，電力來源是透過Reader傳送電磁波所轉(zhuǎn)換。以讀取距離區(qū)分為短距離通訊（<1 m）和長距離通訊（>1 m）。

短距離通訊：頻率范圍有125 kHz（LF）和13.56 MHz（HF），也因為屬于短距離通訊，所以應(yīng)用在門禁管理、電子錢包與安全性較高的應(yīng)用。

長距離通訊：頻率范圍有433 MHz（UHF）、860～960 MHz（UHF）和2.45 GHz（微波），也因為屬于長距離通訊，所以應(yīng)用在物流倉儲、停車場進出與牧場牲畜，這些管理上需考慮讀取速度、防碰撞性能與抗噪聲能力，所以長距離通訊，大多應(yīng)用在寬闊的環(huán)境上。

1.2 Semi-Passive Tag

Semi-Passive Tag是含電池，改善Passive Tag需不斷接收來自Reader傳送的電磁波，使Tag處于工作狀態(tài)，讓Semi-Passive Tag接收的能量能充分作為回傳訊號之用，也因此增加Reader與Tag之間的通訊距離。頻率范圍433 MHz（UHF）、860～960 MHz（UHF）和2.45 GHz（微波），屬于長距離通訊。

1.3 Active

Active Tag是含電池，與Semi-Passive Tag的差別，電池的供電必須包含回傳訊號之用，通訊距離也比Semi-Passive Tag較長。頻率范圍有433 MHz（UHF）、860～960 MHz （UHF）和2.45 GHz（微波）。

1.4 RFID技術(shù)的主要優(yōu)點

（1）非接觸感應(yīng)。

（2）長距離傳輸，適合使用在物流倉儲、停車場進出與牧場牲畜的管理。

（3）取代條形碼。

（4）數(shù)據(jù)儲存；Tag芯片中含有內(nèi)存，可將信息儲存在Tag。

（5）讀取方便；不須手持條形碼機逐一掃描。

（6）流程管理自動化，減少人工成本，提供實時信息。

2 RFID在制造業(yè)生產(chǎn)管理中的應(yīng)用——以13.56 MHz RFID系統(tǒng)設(shè)計為例

2.1 13.56 MHz Tag設(shè)計

Tag包含RFIC和繞線式天線，RFIC編號：S50，操作頻率為13.56 MHz。

2.2 13.56 MHz Reader設(shè)計

Tag設(shè)計完成后，然而在13.56 MHz RFID系統(tǒng)中必需透過Reader才能將Tag的數(shù)據(jù)做讀取或?qū)懭?，所以在這一章節(jié)所提出的是一個13.56 MHz Reader 的設(shè)。13.56MHz Reader電路方塊圖，大致分為3大部分，射頻電路、微處理器、RS 232電路。

2.3 MF RC500 RFIC射頻電路設(shè)計

MIFARE系統(tǒng)是以13.56 MHz的操作頻率為基礎(chǔ)。該頻率由石英晶體產(chǎn)生，同時也會產(chǎn)生高次諧波。為了符合電磁兼容性規(guī)范，13.56 MHz的高次諧波須設(shè)計一個低通濾波器做抑止。MF RC500的內(nèi)部接收單元采用新的接收概念。它使用卡片響應(yīng)的副載波所調(diào)變而成both side-bands。使用內(nèi)部產(chǎn)生的VMID電位作為RX腳位的輸入電位。為減少干擾，需用電容將VMID接地。Reader的輸入單元需要在RX和VMID的腳位元間增加電壓驅(qū)動。此外，在天線和電壓之間使用串聯(lián)電容。

2.4 通訊協(xié)議程序設(shè)計

在Tag和Reader的硬件電路設(shè)計完成后，必須設(shè)計通訊協(xié)議程序，以滿足對Tag進行溝通，并將Tag中的數(shù)據(jù)做讀取和寫入，本研究的RFID系統(tǒng)是符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 14443，國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 14443是由物理特性、射頻接口、初始化與沖突防止和傳輸協(xié)議，這四部份所組合而成，通訊協(xié)議程序在設(shè)計上必須參考初始化與沖突防止和傳輸協(xié)議兩部份。

3 結(jié)語

本文成功的設(shè)計一個13.56 MHz的RFID系統(tǒng)，利用微處理芯片及一些RFID的芯片來實做出硬件裝置，并搭配軟件程序來制作完整的RFID系統(tǒng)，實做的系統(tǒng)可符合ISO-14443A標(biāo)準(zhǔn)的需求。實做的成果為藉由微處理芯片與RFID芯片以及UART芯片即可完成系統(tǒng)中的Reader和Tag的部份，包含基頻和射頻，在搭配PC端的軟件控制即可完成整個RFID系統(tǒng)。

本文設(shè)計在HF的頻段，其應(yīng)用是在門禁管理和電子錢包的短距離使用上，并無法使用于物流倉儲和停車場進出的長距離應(yīng)用，期望未來能朝向UHF的頻段，讓RFID的運用模式能套在更多的生活應(yīng)用，使人們的生活更加便利。

參考文獻

[1] A.Rida，L.Yang，T.Reynolds，E.Tan，S.Nikolaou，and M.M.Tentzeris， “Inkjet-Printing UHF Antenna for RFID and Sensing Applications on Liquid Crystal Polymer，”IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium 2009，pp.1-4，June 2009.

[2] Philips Application Note 048032：MF RC500 highly9 integrated ISO14443A reader IC.