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RFID技术及其在商业系统中的应用
作者:华东理工大学 史晓东 彭亦功
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数据采集/无线通讯展厅
通讯卡, 数据采集卡, 无线通讯模块, 远程监控系统, RFID, 信号隔离器, 转换器...
摘 要:介绍射频识别(RFID)技术基本概念、特点、组成及其工作原理,提出将RFID技术应用于商业系统中商品销售和管理的实施方案,展望了我国发展这一项技术在商业系统中的广阔前景。
关键词:射频识别 应答器 阅读器

Abstract: This paper describes the basic concept, features, structure and principle of RFID technology. Meanwhile, the solution for implementing of applying RFID technology to Commercial System is introduced to show its broad prospect of this technology in this field.
Keywords: RFID Responser Reader

引言

随着人们对于识别技术的要求越来越高,以往的识别手段已经逐渐满足不了现代社会的需求,特别是在商店、超市等场合。由于商品种类、数量繁多,进货、出货量大,商品的价格还需要根据市场的供需情况实时地进行调整,而传统的识别方式由于其识别速度慢、识别信息量小,因此给商场管理带来了诸多不便。随着RFID技术的出现,无论是识别的精度、速度,还是识别的信息量,都较以前有了很大的提高,如果在商业系统中引入RFID技术,将会很大程度上提高其运营效率。

1 射频识别技术简介

1.1 射频识别的概念及特点[1]

射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,英文名称为Radio Frequency Identification (RFID)。简单地讲,射频识别是无线电技术在自动识别中的应用。

射频识别技术具有识别速度快、精度高、信息量大等特点,同时,射频识别技术可以穿透一定的介质进行识别,比如木材、塑料、硬纸盒等。另外,射频识别技术能同时对多个物体进行识别。

1.2 射频识别系统的组成及其工作原理

射频识别系统的组成一般至少包括如下两个部分:应答器和阅读器。

应答器:电子标签是应答器的一种,英文名称为Tag或者Smart Labels。电子标签主要由线圈和芯片组成,每个电子标签都有约定格式的电子编码,电子标签附着在物体上标识目标对象。

阅读器:英文名称为Reader,阅读器可以无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据,从而达到自动识别物体的目的,并可进一步将数据传送给计算机和网络,实现对物体信息的采集、处理及远程传送等管理功能。

射频识别系统的工作原理如图1所示。标签(Tag)进入磁场后,接收阅读器发出的射频信号,电子标签凭借感应电流所获得的能量发射出存储在芯片中的信息(Passive Tag),或者主动发送某一频率信号(Active Tag),阅读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理[2]。

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图1 RFID工作原理

如图2所示,电子标签和读头通过各自的天线构建起二者之间非接触信息的传输通道,这种空间信息传输通道的特性完全由天线周围的场区特性决定,是电磁传播的基本规律。通常可以根据观测点距离天线的距离将天线周围的场划分为3个区域[3]:

① 无功近场区。是天线辐射场中紧邻天线口径的一个近场区域,通常该区域的界限距天线口径λ/2π处。从物理概念上讲,该区域是一个储能场,其中的电场和磁场的转换类似变压器原理。其中λ为电磁波波长。

② 辐射近场区。这个场区的电磁场已经脱离了天线的束缚并作为电磁波进入空间,辐射场占优势,并且辐射场的角度分布和距离天线的口径的距离有关。

③ 辐射远场区。该场中辐射场的角分布与距离无关,是最重要的一个场区,与近场区的分界距离为R=2D2/λ。其中为天线直径,Dλ为电磁波波长。

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图2 天线场

射频识别系统中标签与读头之间的作用距离是射频识别系统应用中的一个重要指标。通常情况下这种作用距离定义为标签与读头之间能够可靠交换数据的距离。根据标签与读头之间的作用距离,标签天线与读头天线之间的耦合可以分为如下3类:

① 密耦合系统:范围0~1cm,是无功近场区之间的电感耦合,频率一般在30MHz以下,电磁泄露小,能量大,适合安全要求高的场合,例如电子门锁。

② 遥耦合系统:分为近耦合系统(15cm)和疏耦合系统(1m),利用无功近场区之间的电感耦合,典型工作频率为13.56MHz。

③ 远距离耦合系统:作用距离为1~10m,利用辐射源场区之间的电磁耦合。

2 RFID技术应用于商业系统的实施方案

目前,国内商场中的商品均采用普通标签标注,包含的信息量少,并且改动不方便,这对于信息的动态更新是非常不利的,同时,给货物的仓储管理也带来了不少麻烦。例如,当物品的价格变动时,普通标签不能实时显示和在线修改,只能通过营业员重新标价,同时,数据库中的物品价格也要进行改动,显然,这种标签管理方式是非常麻烦的。

在商场货物的销售、仓储和管理中应用RFID技术,可以大大提高商场运营的效率,使得商品信息的实时显示、在线更改、物品的仓储管理以及商品的销售都可以一气呵成。

2.1 RFID系统结构

如图3所示即为商场的RFID系统结构示意图。

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图3 RFID系统结构

RFID系统包括前端的RFID数据采集系统、中间件以及根据一定的业务规则进行的数据传输、后台的和RFID数据系统相关的业务系统。

前端数据采集系统由分布于商场各处的阅读器构成,阅读器分为有线和无线两种,主要完成对商品信息的采集和修改。

数据中间件的功能主要是根据一定的传输协议来封装数据,比如TCP/IP,封装完的数据能在网络上传输。

外部网络为数据传输提供了媒介。

后台主要完成数据的处理和存储。

2.2 商场RFID货架的结构

如图4所示即为货架的结构。此货架由一定数量的格子组成(可以根据需要设定),每个格子中装有一个阅读器和一个推杆,此阅读器还带有LCD显示。商品和阅读器之间采用近耦合的方式,因此,格子与格子之间不会出现相互干扰的现象。同一个格子中放置相同的商品,不同的格子中可以放置不同的商品。阅读器通过读取电子标签中的商品代码,可以从数据库中调出商品的详细信息,并显示在LCD上,包括价格、生产日期、保质期等等。若商品的信息需要改动,只需用图4中的无线手持阅读器去读取对应商品的代码,调出数据库中的信息,在线修改对应商品在数据库中的信息即可,一步到位,方便快捷。

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图4 商场RFID货架结构之一

对于顾客来说,可以直接从货架的LCD显示器上获得商品的详细信息,若顾客决定购买此商品,可直接从货架上取出商品,货架格子里的推杆会将剩下的商品往前推一定的距离,使商品到达阅读器近耦合读取的距离,从而保持商品信息的显示;若商品全部取走,则格子内没有任何商品的电子标签,阅读器则不会显示。

图4所示货架结构是针对外包装比较规则,质地比较硬,适合推杆作用的商品。而对于外包装比较软,不适合推杆作用在其上的商品,可以采用如图5所示的货架结构。

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图5 商场RFID货架结构之二

此货架中没有在格子里面安装固定的阅读器和推杆,而是在货架上挂载了一定数量的阅读器,此阅读器和商品标签之间的作用类型同样是近耦合型,顾客可以通过手持挂载的阅读器来读取货架上商品的详细信息,此信息可以显示在阅读器的LCD显示屏上。

若是要改变商品的信息,理货员可以通过手持图4中的无线阅读器来修改此商品在数据库中的信息,非常方便。

此外,还设计一种购物篮,篮中装有一个无线的阅读器,可以同时读取多个商品的标签,并且商品名称和价格都会显示在购物篮的LCD显示器上,可以方便顾客知道自己的消费开支。

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图6 商场RFID购物篮结构

3 商业系统普及RFID技术面临的问题

目前,国内商业系统使用RFID技术的商场还比较少见,主要是由于RFID应用于商业系统还存在以下这些问题:

① 成本问题。当前电子标签及射频阅读器的价格还较高,一次性投入较大。

② 标准化问题。到目前为止,包括ISO和CEN颁发了有关RFID的技术标准,但彼此并不完全兼容,换句话说,RFID还没有统一的标准。

③ 个人隐私权问题。由于携带着嵌有电子标签商品的顾客有遭到追踪的潜在威胁,商场必须考虑此类问题,避免不必要的麻烦。

4 结束语

RFID作为一种新兴的自动识别技术,由于具有远距离识别、可存储携带较多的信息、读取速度快、应用范围广等优点,已经在各个领域开始逐步成功地推广应用,并且取得了良好的社会效益和经济效益。若将这项技术应用于商场的销售和管理中,必然会进一步提高商场的运营效率。

参考文献
1 游战清,刘克胜,张义强,吴谷.无线射频识别技术(RFID)规划与实施[M].北京:电子工业出版社,2005
2 纪震,李慧慧,姜来.电子标签原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2006
3 Klaus Finkenzeller.射频识别技术[M].北京:电子工业出版社,2003(end)
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