基于RFID的ETC系统设计应用

1.1 RFID简介

　　无线射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术。该技术是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)传输特性实现对被识别物体的自动识别。其核心技术包括无线电射频、计算机软件硬件、编码学和芯片加工技术等多种现代高新科学技术，是多种跨门类科学技术的综合体。被广泛应用于工业自动化、商业自动化、现代服务业、交通运输控制管理等众多领域。

　　1.2 RFID的系统组成及工作原理和工作频率

　　RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本的RFID系统都由电子标签、阅读器和天线三部分组成。各部分功能如下：

　　(1)标签(Tag，即射频卡)：也称为非接触IC卡、ID卡、RF卡等，由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信，每个标签具有惟一的电子编码(EPC)，附着在要标识的目标物体上。它具有智能读写和加密通信的功能，它通过无线电波与读写设备进行数据交换，工作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供的。

　　(2)阅读器：也称读写器、读出装置等，是用来读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。它可将主机的读写命令传送到电子标签，再把从主机发往电子标签的数据加密，将电子标签返回的数据解密后送到主机。

　　(3)天线：在标签和读取器间传递射频信号。在低频段和高频段主要使用平板天线、八木天线和阵列天线等。

　　此外，一个完整的RFID应用系统还包括：中间件(Application Interface)，又称RFID管理软件，它屏蔽了RFID设备的多样性和复杂性，能够为后台业务系统提供强大的支撑；应用系统硬件(Application Hardware)；应用系统软件(Application Software)，记录数据、实现企业管理功能等。

　　典型的射频识别系统的工作原理如下：系统通电工作后，读出器通过其内部的线圈周期性地发出一个固有频率的电磁波(激发信号)。当射频识别卡放在读出器的感应范围内时，卡内的线圈在"激发信号"的感应下产生微弱电流作为卡内集成芯片的电源。卡片上电复位后，原本处于"休眠状态"的卡片被激活并将含有自身种类识别码标志、制造商标志等信息代码调制到载波上，经卡内天线发射出去。读卡模块将接收到的无线信号传给现场控制器，由现场控制器进行信号处理并对执行装置发出指令。读出器采用微处理器控制，通过韦根一485转换模块实现与主控机之间的信息交流，其原理框图如图1所示。

　　NFID系统的工作频率主要有：低频，125 kHz；高频，3.56 MHz；甚高频，869 MHz，902～928MHz；微波频段，2.45 GHz和5.8 GHz等。其中125 kHz系统主要应用在动物识别和商品流通等领域，高频13.56 MHz系统一般应用在公共交通和门禁系统等领域。在UHF频段(869 MHz，902～928 MHz)，系统的识别距离较远，可应用在高速公路收费、集装箱识别和铁路车辆的识别、跟踪等业务中。微波2.45 GHz，无源标签一般可提供1 m左右的识别距离，有源标签也可以达到十几米的识别距离。5.8 GHz系统主要应用在交通领域，目前我国公路联网收费系统暂行标准也把此频段作为车辆识别的系统标准。一般工作频率较高则识别距离也较远，方向性也越强，但其穿透能力就越差。

　　1.3 RFID作为换代性标识技术的优点以及有待解决的问题

　　1.3.1 RFID技术的优点

　　与传统条形码识别技术相比，RFID有以下优势：

　　快速扫描 对于条形码而言一次只能扫描一个条形码；而RFID采用的是非接触方式，无方向性要求，标签一进入磁场，解读器就可以即时读取其中的信息，通常在几毫秒就完成一次读写，采用防冲撞机制，使之可同时处理多个标签，实现批量识别，最多同时识别可达50个／s，并能在运动中进行识别。

　　体积小型化、形状多样化 RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。

　　抗污染能力和耐久性 传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损；RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。

　　可重复使用 现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。

穿透性和无屏障阅读 在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫