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RFID 的技術原理與應用

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Academic year: 2022

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(1)RFID Information System. RFID 的技術原理與應用 Present By Jack Wang (2009 Fall).

(2) Contents  RFID 介紹  RFID 發展歷史  RFID 組成元件與原理  RFID 組成元件  RFID 運作流程  RFID 技術原理.  RFID 關鍵問題  RFID VS Barcode.  RFID 分類  以電池的有無區分  以運作頻率區分  以標籤可讀寫性區分.  RFID 特性  RFID 限制  RFID 應用  小結.

(3) RFID 介紹  無線射頻識別 (Radio Frequency Identification, RFID) 是一種無線識別技術,透過商品上的微晶 片「標籤」,可將資訊連至後端資料庫裡,用以 識別、追蹤與確認商品的狀態  可以透過無線射頻 (RF) 讀取到數值資料 (ID) ,統稱 RFID  是一種內建無線電技術的晶片,晶片中可存放一系列 資訊,如:產品別、位置、日期等,其體積可做到極 小,可隨附於所要識別的實體上,並可以非接觸的方 式,快速、且大量地讀寫其內容資料  最大的好處是能提高整體物品管理效率及節省人力成 本,比目前條碼系統,有更高效率與彈性.

(4) 無線電波頻譜分類 (Radio Frequency).

(5) RFID 頻率應用說明 頻段. 讀取距離. 低頻 (LF), < 135KHz. < 0.5m. 高頻 (HF), 13.56MHz. 優點. 缺點. 不像高頻靠近金屬或 液體的物品上時訊號 會被金屬或液體反射 回來. 讀取距離短、無 法同時進行多標 籤讀取以及資訊 量較低. 數公分至 智慧卡 數十公分 圖書館圖書管理 門禁卡. 傳輸速度較快且可進 行多標籤辨識. 讀取距離短 , 一 般多為近距離應 用. 棧板管理 貨物箱追踪 停車管理 航空行李及旅客 管理. 取距離較遠、資訊傳 輸速率較快,而且可 以同時進行大數量標 籤的讀取與辨識,因 此目前已成為市場的 主流. 金屬與液體的物 品上的應用較不 理想. 航空行李 物品管理 供應鏈管理. 和超高頻段相似,但 是對於環境的敏感性 較高. 金屬與液體的物 品上的應用較不 理想. 超高頻 (UHF), <7m 868MHZ to 950MHz; 台灣 為 922MHz~928MH z 微波 (Microwave) 2.4GHZ. <1m. 應用面 門禁卡 動物晶片 產品授權認證 汽車防盜.

(6) RFID 發展歷史         . 二次世界大戰敵我飛機管制 - 1950’s 政府機密室門禁 - 1960’s 動物 ID - 1970’s 交通運輸 - 1980’s 智慧卡 - 1990’s Wal-Mart - 2000’s 美國國防部 - 2000’s 美國 911 恐怖攻擊 - 2000’s 美國汽車輪胎爆炸 - 2000’s.

(7) RFID 發展歷史 (Cont.).

(8) RFID 組成元件  電子標籤 (Tag)  讀取器 (Reader) / 天線 (Antenna)  應用系統 (Application System) - 資訊系統 / 後端 資料庫系統. wire/wireless. 應用系統. 天線 讀取器. 電子標籤.

(9) 電子標籤組成元件 (Tag) RFID 標籤主要由以下三者所組成:  RFID 晶片 • 包含邏輯控制單元、記憶體和收發器 • 進行解碼、解密和錯誤檢查等運算功能 • 記憶體空間從 16 位元到 512K 位元組以上.  天線 • 用於接收讀取器發送的射頻資料或傳送出本身的識 別資料.  電力來源 • 主動式:由標籤內部所附電源所提供 • 被動式:由讀取器送出的無線電波所提供.

(10) 電子標籤的構造 標籤. 天 線 IC 晶片. 邏輯 控制 單元. 記 憶 體. 收 發 器. 天線 電容器 IC 晶片. Memory Block. 外觀範例.

(11) 電子標籤的記憶體範例  RFID 標籤中,含有正式的名稱為 ISO14443A 是目 前 RFID 儲值扣款技術中最普遍的一個標準,又俗 稱 MIFARE 卡片,起初是由荷蘭飛利浦公司所制定 ,包含有 MIFARE 1 、 MIFARE UltraLight 與 MIFARE Prox 三類,頻率為 13.56 MHz ,傳輸速 度為 106K/s ,目前最常用的為 MIFARE 1 ,例如 捷運優遊卡便是屬於這一類  而 MIFARE 1 又可以分成 S50 與 S70 這兩大類, 主要在於 EEPROM 記憶體大小不同,記憶體的控 制與存取方式皆相同。大致上是使用 Sector 與 Block 來劃分記憶體區塊,每個 Sector 內都有控制 Block 可以控制資料的存取權限.

(12) 記憶體區塊範例說明.

(13) 讀取器組成元件 (Reader) RFID 讀取器由以下元件組成:  收發器 (Transceiver) • 由發送器 (Transmitter) 和接收器 (Receiver) 組 成 • 發送器負責發送讀取器的信號於標籤,然後再透過 讀取器的天線接收標籤的回應;而接收器則負責將 接收到的類比訊號傳送給微處理器處理.  微處理器 • 將接收器傳來的類比訊號進行解碼和錯誤檢查.  記憶體 • 儲存讀取器的配置參數和讀取到的標籤資料.

(14) 讀取器組成元件 (Cont.) Reader 元件組成 ( 續 ) :  輸入輸出單元 • 根據外部事件將讀取器打開開關或關閉.  控制器 • 允許使用者或是電腦程式控制讀取器的功能.  通訊介面 • 提供讀取器與外部的互動;例如:傳輸內部儲存資 料或是接受和回應命令.  電源供應 • 提供所有讀取器元件的電力來源.

(15) 讀取器的構造 讀取器. 記憶體. 收發器. 外觀範例. 電源. 控制器. 微處理器.

(16) RFID 運作流程 被動式範例 1 、讀取器透過天線送出 一定頻率的射頻信號. 讀取器. 天線. 3 、讀取器採集訊息並解碼. 應用系統. )))) ((((. 標籤. 2 、當標籤進入無線範圍時產生感應電 流而獲得能量,向讀取器送出 ID 碼等 訊息. 4 、讀取器將訊息 / 數據送至應用系 統主機進行處理.

(17) RFID 通信技術原理 RFID 的通信原理可分為以下二種:  電磁感應(低頻和高頻) • 當電流通過讀取器的天線時,會在天線周遭產生磁 場,此時 RFID 標籤一旦切入該磁場就會因為磁場 的改變而在標籤上產生感應電流,成為標籤運作的 電力來源.  微波存取(超高頻和微波) • 此類讀取器的天線成正負兩極狀,當電流通過時會 產生電波,使得遠方的標籤天線因為共振而產生電 力.

(18) 通信原理 - 電磁感應 電磁感應原理. 資料來源取自:資通安全專論 T95013- RFID 相關應用與安全機制簡介.

(19) 通信原理 - 微波存取 微波存取原理. 資料來源取自:資通安全專論 T95013- RFID 相關應用與安全機制簡介.

(20) RFID 關鍵問題 RFID Tag 讀取率/正確率 訊號干擾 訊號衰減/讀取距離/讀取角度 處理速度 電力來源.

(21) RFID VS Barcode 功 能. 條 碼. RFID. 讀取數量. 條碼讀取時只能一次一個. 可同時讀取多個 RFID 標籤資料 ; 降低人員處理 速度. 遠距讀取. 讀條碼時需要光線. RFID 標籤不需光線就可以讀或更新. 資料容量. 儲存資料的容量小. 儲存資料的容量大. 讀寫能力. 條碼資料不可更新. 電子資料可以反覆被覆寫( R/W ). 讀取方便性. 條碼讀取時需要可看見與清楚. 智慧型標籤可以很薄且如隱藏在包裝內仍然可讀 取資料. 資料正確性. 條碼要靠人工讀取,所以有人為 RFID 標籤可傳遞資料作為貨品追蹤與保全 缺失的可能性. 堅固性. 當條碼污穢與損壞將無法讀取即 RFID 標籤在嚴酷、惡劣與骯髒的環境下仍然可讀 無耐久性 取資料. 高速讀取. 移動中讀取有所限制. 可以進行高速移動讀取. 建置成本. 低. 高. 環境限制. 低. 怕水與金屬.

(22) RFID 結合 Barcode. Walmart 要求其前 100 名供應商在 2005/1/1 前,必須在所有包裝箱和貨箱架上使用 RFID tag 資料來源: Scientific American, 2004/2.

(23) RFID 分類 - 以電池的有無區分 被動式 (Passive)  標籤由讀取器傳送的無線電訊號進行充電,來 回應相關資訊. 半被動式 (Semi-passive)  標籤上有電池,當有事件觸發時可提供電力給 標籤,以增加讀取距離、運算能力或效率. 主動式 (Active)  標籤上有電池,可由標籤主動傳輸射頻信號.

(24) RFID 以運作頻率區分 低頻 (Low Frequency, LF) : 30~300KHz 高頻 (High Frequency, HF) : 3~30MHz 超高頻 (Ultra High Frequency, UHF) : 300~3000MHz 微波 (Micro Wave) : 2.45~5.8GHz  所使用運作頻率會影響讀取距離.

(25) ISO 標準之頻段、特色與應用 頻段 低頻 125kHz 135kHz. 高頻 13.56 MHz 特高頻 433MHz. 超高頻 860-950 MHz. 極高頻 ( 微波 ) 2.45 GHz. ISO 對應標準. 特色. 典型應用. ISO18000-2 Two Type 被動式. 通訊距離 < 1 米 Tag 厚度最厚 讀取速度慢 金屬及水之阻擋影響最小 易有環境雜訊干擾 無法製成貼紙形狀. 門禁系統 動物識別 存貨控制 汽車晶片防盜鎖. ISO18000-3 Two Mode 被動式. 通訊距離 < 1 米 金屬及水之阻擋影響次小 讀取速度中等 Tag 天線製作容易可製成貼紙形狀. 門禁系統 智慧卡 悠遊卡. ISO18000-7 主動式. 通訊距離最長 ( 可達 100 米 ) 較不受阻擋物影響 Tag 有電源管理問題 Tag 尺寸略大. ISO18000-6 Two Type 被動式 / 半主動式. ISO18000-4 Two Mode 被動式 / 半主動式. 通訊距離長(被動 3 ~ 5 米、半主動可達 10 米) 直線前進特性次強 受水分影響 被動式整體特性適合物流業應用 通訊距離長(半主動可達 15 米) Tag 尺寸最小 直線前進特性最強,易受金屬及水之阻擋影響 半主動式適合讀取速度快之電子標籤 最易受水分吸收影響. 貨櫃電子鎖 車隊管理 鐵路車廂監控 道路收費系統 物流管理 停車場管理.

(26) RFID 以標籤可讀寫性區分  Class0 – 唯讀. 只能讀取不能作任何寫入,這是最基本類型的電子標籤,在出產時就將 EPC ( Electronic Product Code )寫入晶片,並且無法對 EPC 做更改。.  Class1 –. 只可寫入一次. 這是可寫入一次的電子標籤,這一種標籤在出產時不會寫入資料,購買的廠. 商可以利用編碼器加入資訊。像 Wal-Mart 要求其供應商使用的就是這種的電 子標籤。.  Class2 –. 可讀寫. 這是可重覆讀寫的電子標籤,適合用來儲存貨品編碼外的很多資料,例如有 效日期、產地或其他參考編號等。由於所寫入的資料會較多,所以標籤記憶 體容量也較大。.  Class3 –. . 半被動式. 除擁有讀寫功能外,是一種內附感應器的電子標籤.  Class4 –. 主動式. 是含有電池的電子標籤,能發出訊號與其它標籤進行溝通,不須經過感應器.

(27) RFID 特性 可重複讀寫 可一次讀取多個 微型化/形狀多樣化 耐磨損/耐環境性 重複使用性 非可視/穿透性 資料記憶容量大.

(28) RFID 發展限制因素 標準  技術可靠度  專利. 相容性  電波頻譜標準未定. 成本 隱私權 業界作業流程或習慣.

(29) RFID 應用.

(30) 課程小結 依照各種不同的環境與情況挑選適合的 RFID 類型 在 RFID 導入前須評估是否能在導入後真正 增加效益 如何利用 RFID 結合不同領域,成為更多有 幫助的應用是可討論的議題 RFID 在未來將會慢慢融合到我們的日常生活 中,但其安全性和隱私權的保護還是需要多 方的考量.

(31) RFID Information System. Present By Jack Wang (2009 Fall).

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參考文獻

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