RFID電子施封鎖技術(shù)是怎樣去運用的

1、引言

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電子標簽―RFID在國內(nèi)外已被廣泛的使用，如為減少行李遺失事故的發(fā)生，國際航空運輸協(xié)會積極鼓勵全球航空公司和機場，采用先進的RFID技術(shù)處理乘客的行李。它能通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別過程無須人工干預，能夠工作于各種惡劣環(huán)境之中，可用于高速運動目標的識別及多個目標的同時識別，操作快捷方便。由于具有高速移動物體識別、多目標識別和非接觸識別等特點，RFID技術(shù)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間，被認為是21世紀的最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一，曾被美《商業(yè)周刊》評為將掀起新產(chǎn)業(yè)浪潮的未來四大高技術(shù)之一。

RFID技術(shù)的應(yīng)用已趨成熟。在北美、歐洲、大洋洲、亞太地區(qū)及非洲南部都得到了相當廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)RFID的應(yīng)用已經(jīng)涉及到鐵路紅外軸溫探測系統(tǒng)的熱軸定位、軌道衡、超偏載檢測系統(tǒng)等。正在計劃推廣的應(yīng)用領(lǐng)域還有電子身份證、電子車牌、鐵路行包自動追蹤管理等。

2、射頻技術(shù)

從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術(shù)在低中高頻段基于變壓器藕合模型（初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞），在超高頻及微波頻段基于雷達探測目標的空間藕合模型（雷達發(fā)射的電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機）。射頻標簽與讀卡器之間的電磁藕合包含兩種情況：一是電感耦合方式，是低、中、高頻段近距離非接觸射頻識別系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在電感耦合方式中，讀卡器的天線相當于變壓器的初級線圈，射頻標簽的天線相當于變壓器的次級，因而電感藕合方式也稱為變壓器方式。電感耦合方式通過空間磁場實現(xiàn)耦合，耦合磁場在讀卡器線圈（初級）與射頻標簽線圈（次級）之間構(gòu)成閉合回路。二是電磁藕合方式，在電磁耦合方式中，讀卡器的天線將讀卡器產(chǎn)生的射頻信號以電磁波的方式定向發(fā)送到空間范圍內(nèi)，形成讀卡器的有效閱讀區(qū)域，位于讀卡器有效閱讀區(qū)域中的射頻標簽從讀卡器天線發(fā)出的電磁場中提取工作電源，并通過射頻標簽的內(nèi)部電路及標簽天線將標簽內(nèi)存的數(shù)據(jù)信息回傳到讀卡器。

電磁耦合與電感藕合的差別在于電磁耦合方式中讀卡器將射頻信號以電磁波的形式發(fā)送出去;在電感藕合方式中，讀卡器將射頻信號束縛在讀卡器電感線圈的周圍，通過交變閉合的線圈磁場，形成讀卡器天線與射頻標簽天線之間的射頻通道，而沒有向空間輻射電磁能量。電感耦合的RFID系統(tǒng)中，電子標簽卡在天線上形成的接收信號的調(diào)制方式常采用副載波負載調(diào)制技術(shù);電磁耦合的RFID系統(tǒng)中，電子標簽卡在天線上形成的接收信號的調(diào)制方式常采用電磁波反向散射調(diào)制技術(shù)。

按照讀寫距離來劃分，RFID系統(tǒng)可分為接觸式和非接觸式，而非接觸式又分為近距離（密耦合）、中距離（遙耦合）和遠距離。本論文中主要探討的是遙耦合，讀寫距離從1米到10多米甚至更遠的RFID系統(tǒng)稱為遠距離RFID系統(tǒng)。它是依靠電磁波在空間輻射形成空間電磁場，電子標簽卡與讀寫器之間的通信方式類似雷達探測過程。工作時，射頻標簽位于閱讀器天線輻射場的遠場區(qū)內(nèi)，標簽與閱讀器之間的耦合方式為電磁耦合方式。閱讀器天線一般為極化（線極化或圓極化）天線，并在空間形成一個輻射場為無源標簽提供射頻能量。遠距離RFID系統(tǒng)的工作頻段為860―960MHz、2.4GHz和5.8GHz等，目前大量應(yīng)用在車輛管理、碼頭集裝箱等大物件的流通領(lǐng)域。

3、RFID技術(shù)的應(yīng)用

本論文中的RFID技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。它的工作原理是：無線電信號通過調(diào)成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附在物品上的標簽上傳送出去，以達到自動辨識與追蹤該物品的目的。

目前大部分電動車的防盜系統(tǒng)的防盜原理是：當盜竊者觸碰電動車時，車子自動發(fā)出警報鳴笛。這種防盜系統(tǒng)根本發(fā)揮不了防盜的作用：一、車子經(jīng)常被非盜竊人員觸碰，導致大家弄不清楚警報聲到底是否是因為盜竊所產(chǎn)生的。二、即便是盜竊所產(chǎn)生的警報，戶主也不能及時知道是有人在盜竊自己的車子。而本論文的構(gòu)想是：把RFID技術(shù)應(yīng)用在電動車防盜系統(tǒng)中?；緲?gòu)思是：在電動車的電瓶安裝處加裝施封鎖自動識別裝置并在施封鎖的一側(cè)加上電子標簽外殼與RFID芯片，只要是電瓶處或者機動車開鎖處被解鎖，通過RFID的讀卡器，就會發(fā)出無線射頻信號，戶主手中的應(yīng)答器就會接收到報警系統(tǒng)的提示。

整個系統(tǒng)的組成是基于主動射頻激活后的動態(tài)識別系統(tǒng)，系統(tǒng)由電子施封鎖，125KHZ低頻激活系統(tǒng)，如圖1所示。

讀出裝置的電路由單片機控制模塊、射頻收發(fā)模塊、接口控制及125KHZ無線喚醒發(fā)射模塊、其中接口用于控制系統(tǒng)中射頻信號發(fā)射和接收。電子施封鎖的電路由單片機控制模塊、射頻收發(fā)模塊、125KHZ無線喚醒發(fā)射模塊、電源管理幾部分組成。

電子施封鎖的電路由單片機控制模塊、射頻收發(fā)模塊及無線喚醒電路、電源等四個部分組成。單片機用于控制射頻收發(fā)模塊和保存與電子施封鎖相關(guān)的信息;無線喚醒電路則在收到讀寫器發(fā)送的特定信號后產(chǎn)生一個中斷信號喚醒休眠的單片機和射頻收發(fā)模塊;射頻收發(fā)模塊則負責接收和發(fā)射讀寫器發(fā)送來的信號;電源電路控制電源的功耗，根據(jù)無線喚醒電路的指令及無線射頻的信號強度控制電源的消耗，及計算電源的容量及壽命管理，確保電源能長時間可靠的工作。

系統(tǒng)單片機控制模塊采用了NORDIC最新的無線和超低功耗技術(shù)，選擇用NRF24LE1控制芯片，在一個極小封裝中集成了包括2.4G無線傳輸，增強型51 FLASH高速單片機，豐富外設(shè)及接口等的單片F(xiàn)LASH芯片，是一個綜合了性能及成本的完美結(jié)合，很適合應(yīng)用于各種2.4G的產(chǎn)品設(shè)計。

讀寫器和電子施封鎖都有工作及休眠二種工作模式。由安裝在電動車上的震動傳感器感應(yīng)到電動車震動時，接口控制模塊發(fā)出讀寫指令，啟動讀出裝置的射頻收發(fā)模塊工作，同時啟動125KHZ無線喚醒發(fā)射模塊工作;電子施封鎖受到讀出裝置喚醒信號后啟動工作，實現(xiàn)與讀出裝置的數(shù)據(jù)交換，完成一次完整的數(shù)據(jù)交換后，讀出裝置將讀取到的信息存在于單片機控制模塊中，并迅速將車載信息發(fā)送到車主手中的報警器。讀出裝置和電子施封鎖重新進入低功耗休眠狀態(tài)，等待下一次的喚醒。

本論文中的電子施封鎖采用電池供電，而電池是一種消耗性的電源，工作時間短，為了延長車載卡的工作時間，需要進行電源管理，以降低功耗。當前大多數(shù)的電源管理方法采用一種周密設(shè)計的喚醒、休眠方法。但大多數(shù)情況下，喚醒周期的大部分時間是徒勞無用的， 消耗能量。本系統(tǒng)中采用一種無線觸發(fā)喚醒的電源管理方法，在這種方法中，車載卡進入休眠模式后就會一直保持睡眠狀態(tài)，在讀寫器沒有發(fā)送出特定頻率的無線信號時，它是不會被喚醒的。當然，這個特定頻率的無線信號會立即地喚醒休眠的電子施封鎖這樣，就節(jié)省了在喚醒前和監(jiān)測期間的電源消耗。

高安全性，芯片內(nèi)固化Gazell協(xié)議具有AES 128bit 高強度加密，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽?低功喚醒、高頻數(shù)據(jù)交換，避免了同頻干擾。喚醒脈沖通過特定頻率是125KHZ低頻發(fā)送，而數(shù)據(jù)通信采用另外的2.4G無線頻率傳送。一旦讀寫器與標簽建立通信連接后，雙方便跳到由讀寫器指定的固定頻率上工作。這樣，即使電動車或是整個停車場中其它電子施封鎖在無線通信范圍內(nèi)也不會被喚醒，避免了同頻干擾起到了抗干擾的作用。

4、結(jié)論

為了解決當下電動車及電瓶經(jīng)常被盜的問題，本文提出了把RFID電子施封鎖應(yīng)用于防盜系統(tǒng)，主要組成部分包括RFID電子標簽、發(fā)卡器，接收器、報警器。在研究過程中遇到的主要困難是如何優(yōu)化電子施封鎖的體積，針對此問題我們將進一步進行深入研究。

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