低频读写器

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物联网干货★RFID产业知识『低频简述』

来源:低频读写器    发布时间:2023-11-30 14:10:38

  低频主要是采用电感耦合的方式来进行通信,其工作频率范围为30kHz~300kHz。典型工作频率有125KHz和134.2KHz,阅写器和电子标签基本采用线圈天线进行相互感应,电子标签位于阅读器的近区,当超过此范围,近场耦合就失去作用,逐步过渡到远距离的电磁场,当位于阅读器的远区时,电磁场将摆脱天线,作为电磁波进入空间中,低频标签的阅读距离正常的情况下小于1米。低频标签的典型应用有:动物识别、容器识别、工具识别、电子闭锁防盗(带有内置应答器的汽车钥匙)。

  在日常的市场环境中,低频的125 kHz RFID技术采用电感耦合方式工作。由于电子标签的成本低,非金属材料和水对该频率具有较低的吸收率,所以在门禁卡、钥匙扣、身份识别、公交系统和民用水表领域得到普遍应用。

  市面上低频芯片的主要供应商为瑞士EM、泰国SiliconCraft、台湾瑞新、台湾晖鸿、NXP、Atmel等。低频RFID 标签芯片可分为两类,一类是只读的产品,这类产品成本低,量相对较大,主要的应用领域在门禁卡、钥匙扣等身份识别类场景。另外一类是既可以读也可以写的产品,此类产品价格相对高一些,主要应用领域有动物标签、地埋标签等。

  动物的身份识别和追溯应用中,主要为低频的134.2KHz为主,低频标签与阅读器之间传送数据时,低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。由于低频采用普通的CMOS工艺,具有省电、廉价的特点,工作频率低抗干扰的能力强,受温度﹑湿度﹑障碍物的影响小,还可以穿透水、有机组织,能够在各种恶劣的环境下做正常工作,在动物跟踪溯源领域得到普遍应用

  低频134.2kHz标签的芯片一般具备可读可写功能,有大容量存储空间,内部结构相对复杂,宠物注射识别行业需求量较大,根据芯片各个模块的功能不同,可以将其分成三个基本部分;射频模拟前端(RF Analog Front-End)、数字控制部分(Digital Controller)、可读写的EEPROM存储器(Memory)。具体逻辑结构示意图如下所示

  射频模拟前端(RF Analog Front-End)部分完成芯片和读卡器之间的接口连接,同时为数字电路工作提供一些必要的工作信号。射频模拟部分完成标签芯片的能量获取,时钟提取,系统上电复位,系统的调制解调工作。射频模拟是承接读卡器和标签芯片之间通信的唯一桥梁,是保证RFID系统的整体通信基础。

  数字控制部分(Digital Controller)完成标签芯片的逻辑控制功能。标签芯片的登陆认证控制,密码安全校验,数据通讯的错误校验,读写的逻辑控制,读卡器数据输出编码及速率的逻辑设计实现等。标签芯片的数字控制部分位于射频模拟部分和存储单元之间,是连接两者的桥梁。掌管着整个整个通信系统的工作时序。

  数字控制部分(Digital Controller)完成标签芯片的逻辑控制功能。标签芯片的登陆认证控制,密码安全校验,数据通讯的错误校验,读写的逻辑控制,读卡器数据输出编码及速率的逻辑设计实现等。标签芯片的数字控制部分位于射频模拟部分和存储单元之间,是连接两者的桥梁。掌管着整个整个通信系统的工作时序。

  可读写的EEPROM存储器(Memory)完成整个标签芯片数据的存储工作。这中间还包括密码存储﹑用户码﹑芯片配置信息和ID码的存储等。存储单元的存在,保证了芯片的唯一性,使其能与读卡器等进行数据交换,为芯片标识的核心意义所在。

  低频的标签天线主要以线圈为主,无源低频RFID 电子标签是通过磁场耦合实现与标签识读器之间的通信,磁场在自由空间传播衰减很快,因此该电子标签的读写距离很短。低频标签不可群读,只能单独读取。

  天线的制作主要有:①线圈绕制法,②蚀刻法、③烫印法和④直接印制法(导电油墨印刷法),目前国内外主要以蚀刻法和电镀法为主,直接印刷法是最近新起的印制技术。

  应用在125k-135kHz的RFID标签天线,主要利用线圈绕制法制作,需要在一个绕制工具上绕制标签线圈并用烤漆做固定,要求天线线圈匝数较多,圈数几百,通过焊接的方式将天线和芯片相连,①优点是简单、工艺不复杂,②缺点是成本高、生产效率低 。

  读写设备主要是对低频标签的数据来进行采集分析,实际应用中可分为固定式读写器、移动式读写器两类,进行数据读取或写入操作,低频读写器由天线、射频模块、控制管理系统三部分构成,满足的协议如下;① ISO 18000-2是空中接口议标准,规定了电子标签和读写器之间通信的物理接口,规定了协议、指令以及多标签通信的防碰撞方法。

  ② ISO11784/85 标准是应用于动物识别协议,选择动物识别产品必须要满足此协议。

  射频接口基本功能:①产生低频的发射功率,启动电子标签并为它提供能量;②调制发射信号,将数据传送给电子标签;③接收并解调来自电子标签的低频信号。

  低频读写器虽然在耦合方式、通信流程、数据传输方法等功能原理上十分类似,但是在外观构造设计上有着明显差异,固定式读写器主要使用在在半导体、牲畜屠宰厂、刀具等自动化生产线进行溯源管理。>

  移动式读写器市面上主要以手持PDA加装低频模块和只读式扫描仪两种类型为主,适合各种移动政务、巡检、仓储和畜牧业上管理应用,结合实际应用场景可选择带应用系统和不带应用系统设备,以下是几款移动手持式读写器特点;Ø 设备轻薄,方便携带适用于任何移动场所数据采集。

  总结目前低频RFID 的应用领域,主要可大致分为:卡类身份识别市场、动物标签市场、特殊应用市场以及工业领域。

  卡类身份识别市场,指的是门禁卡、钥匙扣、汽车钥匙等应用领域。这类应用场景的特点是应用时间相对来说比较久,并且经历过高峰期,已经处于退化期阶段。低频卡类身份识别目前依然是低频RFID 最主要的应用领域。因为卡类身份识别的应用场景在过去几十年积累了大量的基础用户。除了常见的门禁卡之外,在其他同类型的场景,例如游泳池的管理、游乐场所的管理等等,低频RFID 的应用非常普遍。存量足够大,以及供应链的稳定性,所以这一个市场每年都有不少的出货,所以这一个市场依然是低频RFID 量最大的市场。

  动物标签市场,指的是基于动物管理的低频RFID 应用,包括动物脚环、耳标、玻璃管标签等产品门类。早在2008 年,北京就提出推行养犬芯片;在2017 到2019 年,苏州、马鞍山、包头、杭州、深圳等城市相继出台与注射犬只芯片有关的管理条例。所谓养犬芯片,就是宠物主在为犬只登记狗牌的同时为宠物狗注射内含低频RFID 芯片的玻璃管。面对日益庞大的宠物市场,低频RFID 作为目前最佳的宠物管理手段将会迎来新的增长点。这一个市场是当前最受低频RFID 企业所关注的市场,并且市场潜力比较大,是低频RFID 最主要的增量市场。

  特殊应用市场,指的是比较小众,或者行业的门槛比较高,很少有企业能开拓进去的市场。低频RFID 独有的技术特点以及项目制的商业模式,让它在特殊市场得到了用武之地。目前低频RFID 最主要的特殊市场就是地埋标签。在城市之中,施工频繁,若无法精准地掌握地下管线的位置,在施工全套工艺流程中特别容易对地下管线造成破坏,而无论是水、电、网、气都是生活的必须物品,遭破坏后就会带来很明显的影响。在这样的背景之下,目前已有部分地区在基于低频RFID 的地埋标签对地下管线来管理。此外,半导体行业的晶圆生产工厂也是低频RFID 的适用场景之一,因为晶圆生产环境对电磁要求比较高。低频RFID电磁干扰很小,也比较适用。

  工业应用也是低频RFID 应用相对集中的一个领域,很典型的场景就是AGV 小车。此外,工业应用另一个典型应用场景就是工厂厂房的工位标签,以及工厂巡检与身份的认证。因为工厂环境中需要稳定可靠的产品,并且有些工厂环境还面临金属、遮挡等干扰环境,因此低频RFID 在该领域也有一定的市场。l 卡类应用在2019年终占据低频RFID 市场比例为87% 左右,动物标签占比约10.9%,而剩余的应用占比加起来约2.1%。

  l 2019年,动物标签总体有5000 万的量,其中玻璃管标签1500 万左右,鸽子脚环300 万左右,其余的为耳标类产品。

  国内的低频RFID厂家大多分布在在畜牧业、人机一体化智能系统产线、资产管理等几方面应用,芯片大部分还是采用进口为主,读写器和标签大多自行研发生产,以下是国内外的部分代表企业和行应用;

  RFID智慧养殖方案过去的生猪养殖规模较小,都是整体进行统计管理,对于单个猪的身份、饲养生长情况、免疫数据、体温、发情预警都关注不够,导致业务数据录入信息系统时不完整、不及时;业务报表滞后,无法及时反映问题,难以指导业务提升。

  智能养殖方案包含不一样读卡器和猪只RFID电子耳标组合实现猪只个体管理,一秒读取猪只耳标号,快速关联猪只档案、栏位、业务信息;数据自动记录上传,无需人工录入;自动生成业务报表,提高管理效率;数据全面及时有效,驱动业务变革。

  1、在生猪进栏之前,将其基础信息编号、畜别、出生时间、地点等录入电子标签里面,然后再进行生物玻璃管皮下注射或安装耳标,将电子标签与此猪建立确定的关联关系。在建档成功后,允许生猪进栏。

  2、日常饲养管理过程中,通过手持式RFID阅读器进行个体识别,并记录其饲养数据。如日常管理信息(所属圈栏、饮食时间、体貌特征、身长体重数值等);免疫信息(是否免疫、疫苗种类、接种方法、接种剂量、免疫员等);生育史信息(生育时间、数量等);病史信息(病名、时间、症状、是否痊愈等);饲养人员通过后台管理系统实时更新到生猪档案数据库。

  3、通过固定式专用RFID阅读器自动识别个体,进行自动分拣归栏,自动饲喂,记录活动规律等,利用互联网实时更新到生猪档案数据库。

  4、其它管理部门或人员通过后台管理系统可以查询生猪档案,查询种猪血统和能力认定记录。病死猪处置情况跟踪报告等信息。

  5、基于以上数据,后台管理系统可自动生成关于种猪数量和产能的分析报告;免疫等重点工作的记录报告;生猪饲养方法和产肉数量、等级等数据的统计报告;病死猪处置情况跟踪报告等等。

  RFID 宠物追溯管理解决方案利用RFID低频技术实现对宠物的跟踪识别,给每一个宠物分配RFID标签芯片,芯片完善的记录了宠物的基础信息,监管部门通过RFID读写器对芯片标签数据来进行非接触式的读取或修改,在应用软件业务上进行个人或集体的宠物集中身份信息溯源管理,快速定位、自动识别、高效的可追溯性,提高整个城市宠物的管理水平。

  利用宠物管理软件平台做数据的集中的查询和管理,进行追溯管理。因为采用同样标准的技术和协议,动物医院,动物免疫中心,主人都能够最终靠统一的设备来获知宠物的信息,达到集中的管理,信息的共享。

  当宠物丢失时,主人能及时的找回宠物。动物医院的医生可以为宠物建立终身健康记录。同时,宠物管理的有关部门有了准确的信息,管理方便多了。也能够直接进行进出口的控制。任何一个时间里,只要读取宠物身上的RFID电子标签芯片,就能够得到宠物的所有信息,一目了然,可以对出现的问题做出最快最准确的决策。

  信息化全方位的安全规范管理,对宠物管理工作的容易出现的偏差的环节和不方便的情况可以有明显效果地的处理,提升工作人员的效率。此系统的应用贯穿宠物管理过程的始终,渗透到每一个环节,从而清楚、准确的进行管理。