物流信息化的重要手段:电子标签

近些年来，自动识别技术在服务、制造业、商业及物流等很多领域中得到了快速的推广应用。随着计算机技术、大规模集成电路技术以及无线电技术的发展，电子标签（RFID tags）系统或称射频识别(RFID)技术，使IC卡解决了"无源"和"免接触"两大难题，因其可以用来追踪和管理几乎所有的物理对象而具有突出的特点，引起国际上的广泛关注。RFID技术是物流信息化的重要手段之一。

自动识别技术与电子标签

1.自动识别技术

自动识别技术是通过采用一些先进的技术手段，实现人们对各类物体或设备（人员、物品） 在不同状态（移动、静止或恶劣环境）下的自动识别和管理。它是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术。自动识别技术有多种手段，有条形码系统、光学符号识别、生物计数技术（指纹法）、IC卡和RFID等技术。其中，光学符号识别技术价格昂贵应用受限；生物计数技术仅用于特定范围。条形码系统已经得到了非常广范的普及应用。条形码是一组宽窄不等、条空相间的条纹图案，此图案代表着物体的各种信息，包括名称、编号等一系列数字、字母以及标点符号，是用来识别人、地点和物体的最为流行的方式。条形码是一种二进制代码，通过激光扫描读出数据。许多销售市场、运输、生产制造企业、公司和政府部门单位都在使用条形码来添加和更新条形码系统数据库中的记录。每个物品都使用一个含有足够信息、并能与其它货物区分开来的条形码。使用条形码最大的优点是价格便宜；缺点是存储能力小、不能改写，而且抗污染能力很弱。

IC卡是一种数据存储系统，按内部结构可分为存储器卡和CPU卡，统称为IC卡。存储器卡主要针对一些特殊应用，价格便宜，使用受限；CPU卡则包含有微处理器，使用非常灵活。IC卡的应用越来越广泛，如日常使用的带机械触点的电话卡、银行卡等，将数据存储在一个硅片里，其优点是可以防止将其内部所存储的数据被恶意地存取或修改；缺点是抗腐蚀、抗污染和抗恶劣环境的能力较差。

射频识别技术是从20世纪80年代开始逐步走向成熟的一项自动识别技术。射频识别（RFID）系统是非接触式的自动识别系统，它采用的是RFID射频识别技术。射频识别（RFID）系统一般包括电子标签（英文为RFID Tags）、阅读器（英文为Reader）和计算机与数据库系统。电子标签中通常保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面。阅读器又称为读出装置，可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，并进一步通过计算机及计算机网络实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。

2.射频识别（RFID）系统的特点

射频识别（RFID）系统，是Radio Frequency Identification的缩写，俗称电子标签（RFID tags）系统或智能标签（SmartLabels）。它应包括对被标识物体的数据收集读取、处理和存储的整个过程及全部设备与器件，包括应答器、读写器以及数据库和计算机系统等。

射频识别（RFID）系统与其它识别手段相比主要有以下几个特点：（1）RFID标签可以透过非金属材料阅读，而且不必一定与标签直接接触，这使得它成为肮脏、潮湿和刺目等环境下的理想选择，RFID阅读机能透过泥浆、污垢、油漆涂料、油污、木材、水泥、塑料、水和蒸汽阅读标签；（2）RFID系统的数据存储容量大，数据可随时更新，可读可写，特别适合于储存大量数据或物品上所需储存的数据经常需要改变的情况下使用；（3）RFID系统和条形码系统的主要区别是储存在货物上的数据形式，它取代了打印的条形码，数据被电子化储存在RFID标签的存储单元内。采用专用芯片的RFID读卡机就根据每件货物具有的唯一的序列标识号来识别货物，可以进行密钥认证，保障数据安全；（4）与条形码相比，RFID标签没有接触点，实现了"免接触"，不需要直线瞄准扫描操作，其读写的速度快，因此RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签， 操作快捷方便。例如用在工厂的流水线上跟踪部件或产品，长距射频产品可用于自动收费或识别车辆身份等交通运输上，识别距离达几十米；（5）体积小，易封装，标签能隐藏(嵌入)在大多数材料或产品内，同时可使被标记的货品更加美观。电子标签的外形多样（如卡状、环状、钮扣形、笔形等），它的超薄和多种大小不一的外形，使之能封装在纸张、塑胶制品（PVC、PET）上，可应用于不同场合，也可再层压制卡，使用非常方便；（6）使用寿命可长达10年以上，读写达10万次，无机械磨损、无机械故障，可在恶劣环境下使用（工作温度：-25～+70℃以上）。

3.RFID标签分类

RFID标签分为无源标签(Passivetags)和有源标签(Activetags)两种。有源RFID 系统的应答器 (transponder) 含有电池可自行供电时，则称此系统为 "有源"，其缺点是需要供电、需要维护、有温度范围的限制等，与无源标签相比成本较高；其优点是读/写距离较远，比无源系统拥有较长的作业范围。无源标签由阅读器产生的磁场中获得工作所需的能量，成本很低并具有很长的使用寿命，比有源标签体积更小也更轻，读写距离则较近。

1.系统构成

RFID系统是无线电频率识别系统的简称，即通过无线电波来进行识别。典型的RFID 系统由电子标签Tags 即应答器（Transpounder）、读写器(Resd/WriteDevice)和数据交换与处理系统等组成。电子标签具有智能读写及加密通信的能力。电子标签一般是附在商品上、贴在人身上或由人携带着，读/ 写装置是用来与应答器沟通的工具。

2.RFID的组成部分

RFID读写器(Reader)是读取(有时还可以写入)标签信息的设备，有时也被称为通讯器，可设计为手持式或固定式，由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成。微型天线(Antenna)用来收发传递射频信号。

电子标签(RFID Tags) 采用了无线电和雷达技术，由耦合元件及芯片组成，所以把封装在电子标签内的元器件也称为应答器。它是存储数据的载体，具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。

为处理和存储数据，必须有计算机系统和数据库系统，也可以根据需要组成局域网并配置相应设备

3. RFID的工作原理

RFID阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当电子标签(RFID Tags)受到这种无线电射频信号照射时，它能反射回自己所携带的有数字字母编码信息的射频信号，而阅读器接收到该返回信号后，便将这个返回的射频信号予以解调并进行相应的数据处理和识别。因此RFID阅读器可以实现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。阅读器与电脑或数据处理系统相连，所读取的标签信息被传送到电脑或数据处理设备上进行下一步处理，并可在屏幕上显示、打印或存储。

电子标签中所储存的电子信息代表了待识别物体的标识信息，相当于待识别物体的身份证。无源的电子标签内不含电池，电子标签利用耦合单元通过响应接收由读写器发出的射频脉冲来获取能量，因而它的识别距离也较短。有源RFID系统是由电池供电，可以工作在较高频段，识别距离也较长，和读写器之间的通信速率也较高。现在市场上开发的基本上都是无源电子标签，这类设备造价较低，易于配置。无源电子标签设备利用无线电波进行操作和通信，信号必须在阅读器允许接收信号的范围内，通常是几米。RFID芯片可以是只读的，也可以是读/写方式，根据应用需求确定。无源式标签设备采用E2PROM（电擦写可编程只读存储器），便于利用特定电子处理设备写入数据。一般电子标签设备在出厂时均设定为只读方式，有的还包含有死锁命令，以便在适当情况下阻止跟踪的进程。标签一旦被贴在产品或其它要识别的物体上，RFID识别器便能够读取存储于标签中的数据。

1.无线电频率资源

无线电频谱是宝贵的、有限的自然资源。发展无线电事业离不开频率资源，无线电业务的发展取决于有没有足够可用的频段，但是当前大多数可用的频段都在由40余种无线电业务操作使用之中，频率拥挤，干扰时有发生。因此，国际上以及各个国家都设有权威的主管机构来加强无线电频谱资源的管理，使有限的资源得到充分而有效的利用。无线电通信是传递信息的重要手段，为全社会提供着各类信息传递服务，在社会、经济发展，国防建设和人民生活中发挥着重要的作用。

因为RFID系统产生并辐射电磁波，所以这些系统理所当然地应划归为无线电设备一类。根据其发射功率的大小，RFID系统设备属于微功率无线电发射设备，按规定RFID系统应保证在工作时不会干扰附近的无线电广播和电视广播、移动业务、航空、导航等其它各类无线电业务。由于要求考虑其它的无线电业务，这在很大程度上限制了适用于RFID系统的工作频率的选择。因此在过去很长时间以来，通常只能使用专门为工业、科学和医疗设备（ISM）应用而划分和保留的频段，即主要使用与它们共用相同的频段。

2.工业、科学和医疗设备（ISM）使用的频段

国际电联（ITU）为ISM设备划分了专用频段或与其它无线电业务共用的频段，详见下表所示。我国于2001年发布实施的《中华人民共和国无线电频率划分规定》中，有关ISM设备使用的频段基本一致。

由表中可见， 433.05～434.79 MHz和902～928 MHz频段是分别划分给世界无线电1区和2区的ISM使用的频段，中国处于第3区，不使用这个划分规则。24GHz以上的ISM频段是近些年来才划分的，使用很少。