RFID技术及在轨道交通的应用

1 RFID的概况和工作原理
　　1．1概述
　　RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)是利用电磁感应或微波进行非接触双向通信，并通过交换数据来达到识别目标的一种最先进的自动识别技术。该技术始于二战时期。20世纪80年代以来，随着大规模集成电路技术的成熟，射频识别系统的体积大大缩小，射频识别技术进入实用化的阶段，到20世纪90年代，RFID技术在世界范围内被广泛应用。一般的RFID系统由读写器、标签和天线三部分组成。读写器的主要任务是控制射频模块向标签发射读写信号，接受标签的应答，并将信息传输到主机以供应用系统处理，在实际应用时还需要其他硬件和软件的支持。
　　1．2 RFID的工作原理
　　RFID的工作原理：标签进入读写器发出的无线射频信号区后，接收读写器发出的射频信号。无源标签或被动标签凭借线圈上的感应电流获得能量启动标签控制电路和射频电路发送出存储在芯片中的数据。有源标签或主动标签主动发送某一频率的信号，读写器直接接受标签发射的信号进行解码后，恢复为标签的原始信息，然后送至中央计算机等应用系统，进行有关数据处理，最后应用系统得到所需要的信息，从而实现识别的目的。RFID基本工作原理和基本组成如图l所示。
　　
　　
　　2 RFID的技术特点和分类
　　2．1 RFID 技术特点
　　(1)非接触性
　　标签的读、写在非接触操作状态下完成， 阅读距离标签从几厘米到几十米，适用于相对较短距离无线传输信息的场合，如正在运行的列车和地面之间进行点式信息的交换。
　　(2)高可靠性和耐用性
　　标签与读写器之间无机械接触，避免了由于接触不良所造成的读写错误等操作，即使在卡上有灰尘、油污或黑暗等外部恶劣环境下也不影响对卡的读写。另外，卡表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落，静电击穿，弯曲损坏等问题，所以，卡的使用寿命比较长。
　　(3)操作方便、读写速度快
　　由于非接触通信，读写器在几厘米至几十米范围内就可以对卡片操作，所以，不必像IC卡那样进行插拔工作。非接触使用时没有方向性，卡片可以从任意方向掠过读写器表面， 可大大提高使用的速度，在很短的时间内即可完成读、写操作。
　　(4)信息容量大、一卡多用
　　标签信息容量可达到2的96次方个码，~P268亿个码，现行一维EAN／UPC条形码，其容量不过几十个字符，容量最大的二维条形码(PDF417)最多也只能存储2725个数字，容量受限制。射频中有多个分区，每个分区又各自有密码，所以，可以将不同的分区用于不同的应用，实现一卡多用。
　　(5)防冲突机制
　　标签中有快速防冲突机制，能防止标签之间出现数据干扰， 因此，读写器可以同时处理多张非接触式标签，可同时处理多个标签。
　　(6)安全加密性能好
　　标签的序号是唯一的，制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化，不可再更改。读写器可验证标签的合法性，同时标签也可验证读写器的合法性，处理前，卡要与读写器进行相互认证，而且在通信过程中所有的数据都加密。此外，标签中各部分都有自己的操作密码和访问条件。
　　(7)重复使用性
　　由于标签为电子数据，可以反复被覆写，进行通信。因此，可以将回收的标签重复使用。如果是被动式标签，不需要电池就可以使用，没有维护和保养的需要。
　　(8)穿透性
　　标签可穿透纸张、木材和塑料等非金属与读写器进行信息交换。铁质金属， 由于具有屏蔽作用，阻碍电磁波的传播无法进行正常的通信。
　　(9)追踪定位性
　　可以把RFID标签附着在物体上进行追踪定位。如果把标签与GPS结合， 可以对带有标签的货柜车、货舱、列车等进行有效地理位置的跟踪。
　　2．2射频识别系统分类及特点
　　(1)工作频率
　　根据各种发送频率可划分为低频(30～300kHz)、高频或射频(3～30MHz)和超高频(300MHz～3GHz)或微波(>3GH z)。低频系统一般指其工作频率小于30M H z~9系统，其典型的使用频率低于l35kH z或6．75MH z 、l3．56MHz及27．125MH z。其基本特点是：标签的成本较低，能耗较低，标签内保存的数据量较少，阅读距离相对较短，但阅读天线方向性不强(无源情况，典型阅读距离为几十厘米)，标签外形多样(卡状、环状、钮扣状、笔状)等。低频系统多用于短距离、低成本、低能耗、安全性要求较高的场合，如门禁控制、动物监管、货物跟踪、高速列车与地面之间点式信息的传输。高频系统一般指其工作频率大于400MHz的系统。高频系统的基本特点是标签及读写器成本均较高，标签内保存的数据量较大， 阅读距离较远(可达几米至十几米)，适应物体高速运动性能好，外形一般为卡状，阅读天线及标签天线均有较强的方向性。高频系统多应用于需要较长的读写距离和高的读写速度的场合，例如列车车次号识别、高速公路不停车收费等系统。
　　(2)数据传输方式
　　按照应答器回送到阅读器的数据传输方法可分为三类：反射或方向散射式(反射波的频率与阅读器的发射频率一致)或负载调制式(阅读器的电／磁场受应答器的影响，频率比为l：1)、分谐波(1／n倍)式，以及应答器中产生的高次谐波式(n倍)。