射频技术在物联网中的应用

摘 要： 随着当今科技的迅速发展，非接触式射频传感作为一种新型的网络技术，在物联网中射频技术具有非常重要的作用，在越来越多的领域中得以应用。共享和交换信息是通过具有开放性的计算机网络来实现的，利用射频技术，物联网能够有效管理物品。利用空间电磁场和射频信号耦合传输特性，自动识别与交换监控物体信息，这就是射频技术基本原理。基于射频技术的原理，对射频技术实现的系统结构与技术手段做出一定的分析，并通过流程图展示射频技术运作原理。最后对物联网中应用射频技术进行了探讨，并通过图例对射频技术在物联网中核心技术的实现过程做出一定的解析，为今后解码运用射频技术实现在物联网中运作过程给出了一定的借鉴意义。

关键词： RFID技术； 电子标签； 射频技术； 物联网

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）06?0056?03

以计算机互联网为基础，利用无线数据通信、RFID等技术，实现问题的监控和处理就是物联网的作用[1]。伴随时代信息科技的飞速进步，物联网也获得前所未有的发展。RFID技术，即射频识别技术在物联网中的应用极其重要，它显示出非接触自动识别技术的先进性。RFID技术运用耦合传输和射频信号，对目标物体自动识别并将数据信息传递和获取。物联网中，在无需人员参与的条件下，商品、物品能够进行彼此交流。实际上是通过计算机互联网，利用射频自动识别技术，共享与互联商品自动识别的信息。将RFID射频识别应用可在各种恶劣环境下工作。

1 RFID技术

1.1 RFID系统结构

RFID是一种新型非接触自动识别技术，叫做电子标签[2]。该技术不涉及人工干预和物理接触限制，对于建立和发展计算机环境极其重要。为了达到对目标物体进行自动识别，该技术运用了耦合传输以及射频信号。RFID的基础就是芯片技术以及无线电技术。天线、标签、阅读器共同构成了RFID系统。该技术具有对工作环境限制小、对高速运动目标能够识别、进行N个目标的识别、操作简便等优点。在构成RFID系统结构中，电子标签简称标签，同时还被称之为射频标签，控制逻辑和射频电路装设于标签中，伴随越来越发达的集成工艺的发展，在标签中，集成的芯片体积小、而功能却越发全面、强大。询问器又称为阅读器，其通信操作电子标签是通过RFID协议实现的。数字控制单元及射频模块组成了阅读器。当磁场中出现标签后，开始接收射频信号，该信号源自于阅读器，芯片中所存储的产品信息来自于感应电流所获得的的能量。信息被阅读器读取、并经过解码，相关数据的处理被送至中央信息系统中进行。系统框架如图1所示。

1.2 RFID技术类型

根据频率的不同，RFID技术系统主要分为高频系统、中频系统以及低频系统三种类型[3]。形状多样、成本低属于低频系统标签的特点，位于频率100～500 kHz为低频系统。低频系统自身存在的不足：阅读天线缺乏有效、稳定方向；阅读速度不够理想；相对较短的阅读距离；较少的数据量保存等。所以，主要用于技术要求不高的环境，如门禁系统等。中频系统的工作频率为10～15 MHz，相对于低频系统而言，中频系统增加了阅读距离，其标签内存数量也相对较大，实现了中等阅读速度。但其缺点为阅读天线较强，方向性不足、阅读器及标签成本高等，因此，智能卡与门禁系统的工作环境适合中频系统的运用。软衬底是高频系统标签形状，与前两种类型系统相比较，高频系统进一步增大了标签内存，优点就是阅读速度快、且距离远。缺点是阅读器与标签具有很高的成本。高频系统在零售系统以及监视火车车皮系统中得以应用。

1.3 标签类型

标签一般分为两类，一类是被动式标签、另一类就是主动式标签。被动式标签价格低廉、外观多变灵巧，由阅读器提供电源，通过耦合的方式，标签芯片的电源来自于阅读器能量[4]，而主动式标签在标签中集成了电源模块。

2 物联网

随着我国社会经济和科学技术水平的不断提升，新兴信息技术得到人们普遍应用。再进一步延伸传统互联网后，产生了物联网，与此同时，信息在任何物体之间的交换也得以实现，可以说物联网占据着十分关键的地位。物联网要想获取具体信息，依靠的是传感设备以及RFID技术，信息的传输依照协议约定，其组织网络规模大，可以智能化监控与处理各种数据信息。以先进的计算机技术为依托，监控和处理各种数据及信息、职能处理、准确及时传递信息、传递可靠、更加快捷方便地获取信息、全面感知性等，都体现了物联网的典型特征[5]。

整合应用层、信息运行层、信息传输层、信息采集层是物联网的层级结构。整合应用层分析实际信息问题，为决策和处理问题提供依据；信息运营层主要是进一步分析与处理信息，并闯将信息平台，分类管理信息；传输信息层通过对传感器的运用，传递整合所采集的信息。采集信息层对各种数据和信息进行收集，应用先进的技术方法，标记出数据和信息，以自动糊处理职能数据的标准来转化这些数据和信息[6]。分析该分层结构，最关键的是收集与处理信息，在科学应用RFID技术后，能够对目标物体进行自动、有效识别，最终将所需数据信息成功获取。

3 物联网中RFID技术的应用

3.1 系统组成

天线、阅读器以及标签是组成基本射频识别系统的三部分，射频信号由阅读器发射，能量被磁场内的标签扑捉后，开展与阅读器之间的通信[7]。存储于标签的信息被阅读器读取并经过解码，之后给管理系统传递数据信息，并处理。如图2所示。

3.1.1 天线

读写器以及标签之间的无线通信通过传递射频信号来实现，这就是天线的功能。天线分为固定式天线、手持式天线、有源天线、无源天线等。实际应用中，天线其波长与尺寸是相同且一致的。对于传输数据而言，天线的位置和形状也具有十分重要的作用，从这点可以看出，对于工作人员，设计、安装天线是具有较高的技术含量的[8]。

3.1.2 阅读器

RFID阅读器主要的作用体现在对目标物体的识别上。要准确识别目标物体，是需要对电子标签的内存数据进行读取及识别的。通过射频信号和耦合作用，电子标签和阅读器之间的信息传输实现了无接触，其工作原理如下：给电子标签传递主机读/写命令，同时加密处理主机传送给电子标签的数据，再将解密电子标签返回输送的数据传送给主机。收发范围较大时读写器最主要的特点，但因较高成本的读写器对RFID系统发展形成了制约，所以，阅读器的发展趋势体现于低成本、便捷、规模小等。

3.1.3 标签

贴标签方式将目标物体转变为智能物体，便于监控及跟踪，因此，射频卡也称之为电子标签，由芯片和耦合元件构成，RFID系统数据载体就是电子标签[4]。电子标签与阅读器之间的通信可以依靠连接的天线实现，这样，才能将标签的识别码和数据输入及读出。根据实际需要来对标签的形状进行设计，这样能够对标签内存数据进行保护，不易损坏标签。长时间监控和追踪多个快速运动目标、较长的使用寿命、数据存储量较高、小体积方便使用等等都是电子标签自身优点所在。电子标签根据不同的频率氛围微波、超高频、高频、低频电子标签。而且，无源系统和有源系统是根据标签是否装设内置电池而进行划分的[9]。

3.2 实际应用

分别以安全防伪、收费系统、物流管理系统中RFID技术的应用为例进行介绍[10]。

3.2.1 应用于安全防伪

RFID技术能够实现快速扫描，因此被广泛应用于安全防伪中，其标识号是惟一的。有别于传统的条形码扫描，RFID技术不受方向限制，能够同时检测磁场内目标物体，大幅提高了工作效率，适用于大批量操作。首先，该应用不易损坏、耐久性强。运用RFID技术，芯片中存储物品信息，因此不易受损。而传统纸质条形码容易受到环境影响。其次，穿透性强，当物品被覆盖时，应用穿透性强的RFID技术，同样能够识别标签信息。在此，数据存储量大，相比传统条形码，RFID标签所携带的信息量要大的多。最后，可重复使用，应用RFID电子标签，可以及时对数据和信息进行更新，并可重复修改和使用，而传统的条形码则不能修改、无法实现。

3.2.2 应用于收费系统

在现今高速公路自动收费系统中广泛应用到RFID技术，将射频卡装设于车内、将天线设立与公路沿线，对电子技术以及现代信息技术的运用，借助电子标签以及天线来传输数据，识别车辆后信息处理收费数据，从而自动收取车辆费用。

在自动收费系统中运用射频技术具有很强的经济效益，降低了人工成本、并对公路交通堵塞等状况进行缓解，提升了车辆通过率，促进工作效率的提高。不仅如此，该技术还在门禁系统中得以应用，例如：门禁系统的电子护照、停车卡、出入证、门卡等，都属于射频卡，该卡能够对用户身份进行自动识别。另外，RFID技术还应用于公交系统卡中，节约了成本、便于操作、提高了公交运营效率。

3.2.3 应用于物流管理系统

从以下三个方面进行探讨：第一，在邮件自动分拣系统中的应用。RFID技术已经在快递业务分拣邮件系统中得到有效应用。在大量包裹进入识别区域时，充分发挥出RFID技术非接触性的特点，不但将工作准确率有效提高，还大幅度提高了分拣工作效率。第二，在集装箱识别系统中的应用。将相关数据和信息标明于集装箱标签上，例如数量、类别、位置等。位置监控追踪集装箱运用到RFID技术。当对集装箱进行移动时，标签同时能够接收到变化的信息数据，并管理和监控禁止移动的集装箱。第三，铁路调度系统中的应用。为了对火车内行李物品以及火车运行的信息进行实时检测，将阅读器安装于铁路沿线。

在合理分析了获取的信息后，对火车的运行展开监控和追踪，这样可以有效避免危险物品存在于车内的安全隐患以及运行中的列车碰撞事故等。

4 结 语

随着我国科学技术的稳步发展，规模较大的组织网络物联网也获得前所未有进步。物联网中，在无需人员参与的条件下，商品、物品能够进行彼此交流。实际上是通过计算机互联网，利用射频自动识别技术，共享与互联商品自动识别的信息。而物联网运营的技术前提就是传感设备以及RFID技术。RFID技术能够对目标物体进行准确、自动、有效的识别，通过对耦合传输以及射频信号的运用得以实现。天线、阅读器、标签是组成射频识别系统的重要部分。其中，天线是将读写器与标签之间的无线通信通过传递射频信号实现；而阅读器为了对目标物体进行识别，而对电子标签的内存数据进行读取及识别的；通过给目标物体贴标签的方式，电子标签实现了追踪与监控功能。

参考文献

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[4] 丁治明，高需.面向物联网海量传感器采样数据管理的数据库集群系统框架[J].计算机学报，2012（6）：1175?1191.

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[7] 王平，方燕，谢昊飞，等.两信道物联网协议分析仪的设计与实现[J].自动化与仪表，2013（1）：17?21.

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[8] 刘嫣红，杨宝玲，毛志怀.射频技术在农产品和食品加工中的应用[J].农业机械学报，2010（8）：115?121.

[9] 唐志国，常文治，王彩雄，等.超宽带射频技术对变压器多局部放电的定位[J].高电压技术，2010（7）：1612?1618.

[10] 汪峥，钱焕延，汪婧雅，等.基于速度分治的车载物联网良性蠕虫模型[J].南京理工大学学报：自然科学版，2012（1）：43?49.