智能卡讀寫器，IC卡讀卡器

     關鍵詞：RFID 電子标簽 閱讀器 典型産品

無線射頻識别技術（Radio Frequency Identification，RFID），或稱(chēng)射頻識别技術，是從二十世紀90年代興起的一項非接觸式自動識别技術。它是利用射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到自動識别目标對象並(bìng)獲取相關數據，具有精度高、适應環境能力強、抗幹擾強、操作快捷等許多優點。

目前常用的自動識别技術中，條碼和磁卡的成本較低，但是都容易磨損，且數據量很小；接觸式IC卡的價格稍高些，數據存儲量較大，安全性好，但是也容易磨損，壽命短；而射頻卡實現瞭(le)免接觸操作，應用便利
，無機械磨損，壽命長，無需可見光源，穿透性好，抗污染能力和耐久性強，而且，可以在惡劣環境下工作，對環境要求低，讀取距離遠，無需與目标接觸就可以得到數據，支持寫入數據，無需重新制作新的标簽，可重複使用，並(bìng)且使用瞭(le)防沖撞技術，能夠識别高速運動物體並(bìng)可同時識别多個射頻卡。

近年來，無線射頻識别技術在國内外發展很快，RFID讀寫器産品種類很多，像TI、Motorola、Philips、Microchip等世界著名廠家都生産RFID讀寫器産品，並(bìng)且各有特點，自成系列。RFID已被廣泛應用於工業自動化
、商業自動化、交通運輸控制管理等衆多領域，例如汽車或火車等的交通監控系統、高速公路自動收費系統、物品管理、流水線生産自動化、門禁系統、金融交易
、倉儲管理、畜牧管理、車輛防盜等。随著(zhe)成本的下降和标準化的實話，RFID技術的全面推廣和普遍應用将是不可逆轉的趁勢。

1.1 RFID系統(tǒng)的組(zǔ)成及其工作原理

RFID系統因應用不同其組成會有所不同，但基本都由電子标簽（Tag）、閱讀器（Reader）和數據交換與管理系統（Processor）三大部分組成。電子标簽（或稱射頻卡、應答器等），由耦合元件及芯片組成
，其中飽(bǎo)含帶加密邏輯、串行EEPROM（電可擦除及可編程式隻讀存儲器）、微處理器CPU以及射頻收發及相關電路。電子标簽具有智能讀寫和加密通信的功能，它是通過無線電波與讀寫設備(bèi)進行數據交換，工作的能量是由閱讀器發出的射頻脈沖提供。閱讀器，有時也被稱爲查詢器、讀寫器或讀出裝置，主要由無線收發模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成
。閱讀器可将主機的讀寫命令傳送到電子标簽，再把從主機發往電子标簽的數據加密，将電子标簽返回的數據解密後送到主機。數據交換與管理系統主要完成數據信息的存儲及管理、對卡進行讀寫控制等
。

RFID系統的工作原理如下：閱讀器将要發送的信息，經編(biān)碼後加載在某一頻率的載波信号上經天線向外發送，進入閱讀器工作區域的電子标簽接收此脈沖(chōng)信号，卡内芯片中的有關電路對此信号進行調制
、解碼、解密，然後對命令請求、密碼
、權限等進行判斷。若爲讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關信息，經加密、編(biān)碼、調制後通過卡内天線再發送給閱讀器，閱讀器對接收到的信号進行解調、解碼
、解密後送至中央信息系統進行有關數據處理；若爲修改信息的寫命令，有關控制邏輯引起的内部電荷泵提升工作電壓
，提供擦寫EEPROM中的内容進行改寫，若經判斷其對應的密碼和權限不符，則返回出錯信息。RFID基本原理框圖如圖1所示。

在RFID系統中，閱讀器必須在可閱讀的距離範圍内産(chǎn)生一個合适的能量場(chǎng)以激勵電子标簽。當當前有關的射頻約束下
，歐洲的大部分地區各向同性有效輻射功率限制在500mW，這樣的輻射功率在870MHz，可近似達到0.7米。美國、加拿大以及其他一些國家，無需授權的輻射約束爲各向同性輻射功率爲4W，這樣的功率将達到2米的閱讀距離，在獲得授權的情況下，在美國發射30W的功率将使閱讀區增大到5.5米左右。

1．2 RFID技術(shù)的分類(lèi)

RFID技術的分類(lèi)方式常見(jiàn)的有下面四種：

根據電子标簽工作頻率的不同通常可分爲低頻（30kHz～300kHz）、中頻（3MHz～30MHz）和高頻系統（300MHz～3GHz）。RFID系統的常見工作頻率有低頻125kHz、134.2kHz，中頻13.56MHz，高頻860MHz～930MHz、2.45GHz、5.8GHz等。低頻系統特點是電子标簽内保存的數據量較少，閱讀距離較短
，電子标簽外形多樣，閱讀天線方向性不強等。主要用於(yú)短距離、低成本的應用中，如多數的門禁控制、校園卡、煤氣表、水表等；中頻系統則用於(yú)需傳送大量數據的應用系統；高頻系統的特點是電子标簽及閱讀器成本均較高，标簽内保存的數據量較大，閱讀距離較遠（可達十幾米），适應物體高速運動，性能好。閱讀天線及電子标簽天線均有較強的方向性，但其天線寬波束方向較窄且價格較高，主要用於(yú)需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場(chǎng)合，多在火車監控、高速公路收費等系統中應用。

根據電子标簽的不同可分爲可讀寫卡（RW）、一次寫入多次讀出卡（WORM）和隻讀卡（RO）。RW卡一般比WORM卡和RO卡貴得多，如電話卡、信用卡等；WORM卡是用戶可以一次性寫入的卡，寫入後數據不能改變(biàn)，比RW卡要便宜；RO卡存有一個唯一的号碼，不能逐改，保證瞭(le)安全性。

根據電子标簽的有源和無源又可分爲有源的和無源的。有源電子标簽使用卡内電流的能量、識别距離較長(zhǎng)，可達(dá)十幾米，但是它的壽命有限（3～10年），且價格較高；無源電子标簽不含電池，它接收到閱讀器（讀出裝置）發出的微波信号後，利用閱讀器發射的電磁波提供能量，一般可做到免維護、重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)、較便宜，但它的發射距離受限制，一般是幾十厘米，且需要閱讀器的發射功率大。

根據電子标簽調制方式的不同還可分爲主動式（Active tag）和被動式（Passive tag）。主動式的電子标簽用自身的射頻能量主動地發送數據給讀寫器，主要用於(yú)有障礙(ài)物的應用中，距離較遠（可達30米）；被動式的電子标簽，使用調制散射方式發射數據，它必須利用閱讀器讀寫器的載波調制自己的信号，适宜在門禁或交通的應用中使用。

1．3 RFID技術标準

目前常用的RFID國際标準主要有用於(yú)對動物識别的ISO11784和ISO11785，用於(yú)非接觸(chù)智能卡的ISO10536（Close coupled cards）、ISO 15693（Vicinity cards）、ISO14443(Proximity cards)，用於(yú)集裝箱識别的ISO 10374等
。目前國際上制定RIFD标準的組織比較著名的有三個：ISO，以美國爲首的EPC global以及日本的Ubiquitous ID Center，而這三個組織對RFID技術應用規範都有各自的目标與發展規劃。下面對常見的幾個标準加以簡介。

ISO 11784和ISO 11785技術(shù)标準(zhǔn)：

ISO 11784和ISO 11785分别規定瞭動物識别的代碼結構和技術準則，标準中沒有對應答器樣式尺寸加以規定，因此可以設計成适合於所涉及的動物的各種形式
，如玻璃管狀、衛标或項圈等。代碼結構爲64位，其中的27至64位可由各個國家自行定義
。技術準則規定瞭應答器的數據傳輸方法和閱讀器規範。工作頻率爲134.2kHz，數據傳輸方式有全雙工和半雙工兩種，閱讀器數據以差分雙相代碼表示，應答器件採用FSK調制，NRZ編碼。由於存在較長的應答器充電時間和工作頻率的限制，通信速率較低。

    ISO 10536、ISO 15693和ISO14443技術标準：

ISO 10536标準發展於(yú)1992年1995年間，由於(yú)這種卡的成本高，與接觸式IC卡相比優點很少，因此這種卡從未在市場上銷售。ISO 14443和ISO 15693标準在1995年開始操作，其完成則是在2000年之後，二者皆以13.56MHz交變信号爲載波頻率。ISO 15693讀寫距離較遠，而ISO 14443讀寫距離稍近，但應用較廣泛。目前的第二代電子身份證採用的标準是ISO 14443 TYPE B協議。ISO 14443定義瞭(le)TYPE A、TYPE B兩種類型協議，通信速率爲106kbit/s，它們的不同主要在於(yú)載波的調制深度及位的編碼方式。TYPE A採用開關鍵控（On-Off keying）的Manchester編碼，TYPE B採用NRZ-L的BPSK編碼。TYPE B與TYPE A相比，具有傳輸能量不中斷、速率更高、抗幹擾能力列強的優點。RFID的核心是防沖撞技術，這也是和接觸式IC卡的主要區别。ISO 14443-3規定瞭(le)TYPE A和TYPE B的防沖撞機制。二者防沖撞機制的原理不同，前者是基於(yú)位沖撞檢測協議，而TYPE B通信系列命令序列完成防沖撞。ISO 15693採用輪尋機制、分時查詢的方式完成防沖撞機制。防沖撞機制使得同時處於(yú)讀寫區内的多張卡的正確操作成爲可能，既方便瞭(le)操作，也提高瞭(le)操作的速度
。

ISO 18000技術(shù)标準(zhǔn)：

ISO 18000是一系列标準，此标準是目前較新的标準，原因是它可用於(yú)商品的供應鏈，其中的部分标準也正在形成之中。ISO 18000-6基本上是整合瞭(le)一些現有RFID廠商的減速器規格和EAN-UCC所提出的标簽架構要求而訂出的規範。ISO 18000隻規定瞭(le)空氣接口協議，對數據内容和數據結構無限制，因此可用於(yú)EPC。

通常RFID的産品按其使用功能可以分爲身份識别ID卡、消費IC、物流标記卡、遠距離識别卡等。目前各家廠商的RFID讀寫器産品在功能上各有側(cè)重；瑞士EM公司的ID卡主要用於(yú)身份識别，荷蘭Philips公司的Mifare One卡主要用於(yú)消費，美國TI公司的标簽卡主要用於(yú)物流，瑞典TagMaster公司的遠距離卡主要用於(yú)停車人員物資遠距離識别等。

當(dāng)前RFID應用和發展面臨著(zhe)幾個關鍵問題是标準
、成本、技術和安全。

3．1 标準

目前行業标準以及相關産品标準還不統一，電子标準簽迄今爲止全球也還沒有正式形成一個統一的（包括各個頻段）國際标準。标準（特别是關於(yú)數據格式定義的标準）的不統一是制約RFID發展的重要因素，而數據格式的标準問題又涉及到各個國家自身的利用和安全。标準的不統一也使當前各個廠家推出的RFID讀寫器産品互不兼容，這勢必阻礙瞭(le)未來RFID讀寫器産品的互通和發展，因此，如何使這些标準相互兼容，讓一個RFID讀寫器産品能順利地在民辦範圍中流通是當前重要而緊迫的問題。目前，很多國家都正在抓緊時間制定各自的标準，我國電子标簽技術還正處在研發階段。

3．2 成本

目前美國一個電子标簽低的價格是20美分左右，這樣的價格是無法應用於(yú)某些價值較低的單件商品，隻有電子标簽的單價下降到10美分以下，才可能大規模應用於(yú)整箱整包的商品。随著(zhe)技術的不斷提升和在各大行業的日益推廣，RFID的各個組成部分，包括電子标簽、閱讀器和天線等，制造成本都有望大幅度降低。

3．3 技術

雖然在RFID電子标簽的單項技術上已經趨於(yú)成熟，但總體上産(chǎn)品技術還不夠成熟，還存在較高的差錯率（RFID被誤讀的比率有時高達20%），在集成應用中也還需要攻克大量的技術難題。

3．4 安全

當前廣泛使用的無源RFID系統還沒有非常可靠的安全機制，無法對數據進行很好的保密，RFID數據還容易受到攻擊，主要是因爲RFID芯片本身，以及芯片在讀或者寫數據的過程中都很容易被黑客所利用。此外，還有識别率的問題，由於(yú)液體和金屬制口等對無線電信号的幹擾很大，RFID标簽的準確(què)識别率目前還隻有80%左右，離大規模實際應用所要求的成熟程度也還有一定差距。

從總體上而方，RFID技術已經逐步發展成爲一個獨立的跨學科的專業領域，它将大量來自完成不同專業領域的技術綜合到一起：如高頻技術、電磁兼容性、半導體技術、數據保護和密碼學、電信、制造技術和許多專業領域。RFID技術所能應用和發揮效應的主要方面包括節省人工成本，提高作業精確性，加快處理速度，有效跟蹤物流動态等，目前RFID技術已被廣泛應用於工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理等衆多領域。2004年11月初，美國《VAR Vusiness》雜志完成的一項技術狀況調查報告，評出瞭2005年“七大熱門科技走向”，其中把射頻識别技術（RFID）作爲2005年科技業的突破性技術。美國沃爾瑪及美國國防部等正在推進全面導入RFID的計劃，許多高科技公司也正在開發RFID專用的軟件和硬件，這些公司包括英特爾，微軟，甲骨文和SUN等。ABI估計，到2008年，RFID電子标簽、閱讀器和相關軟件與服務的銷售額可望增至30億美元，RFID技術市場在未來五年内将有數萬億美元的市場空間。