射频识别(
RFID-Radio Frequency Identifier)技术是使用辐射电磁场识别器传输和读取数据的技术。其利用
RFID电子标签粘贴在空运托盘、陆运或海运集装箱、包装箱或单元物品器件上,进行在运物资和在货架上储存物资序号、名称、规格、数量等信息的自动存储和传递。
RFID标签能将信息传递至20英尺(军用品传递至100英尺)范围内的射频识别读写器,并送至Pc机,然后通过软件进行格式转换后存入相关数据库。射频识别技术作用于社会,将会带来流通领域和物流管理发生重大变革。目前,RFID技术在需求的推动下进步很快,现在已经制定了RFID行业标准(EPC-Electmnic Product Code),SUN, IBM, Oracle这些著名的计算机公司,都相继宣布正在研发对应的中间件,管理从RFID获取的商品数据,将错误数据和复杂数据剔除。Oracle公司将于2004年12月份推出LLI.10应用服务器,扩展对RFID的支持。军队可视化系统除享用民用成果外,应尽快加速对RFID标签和读写器的研发,使其在安全保密性、快速性、准确性等方面达到联合全资产可视化系统对在储、在运、在处理装备和资产可视化的要求,为战区联合全资产可视化系统的组建做好技术准备。
1 射频识别的技术实现
1.1 射频识别系统的组成
射频识别技术为联合全资产可视化系统的开发提供了一种新工具,它能在较短距离范围内自动识别、区分器材并确定其所有的位置。射频识别由发送应答器射频卡(电子标签)或询问器(读写器)组成,采用无线电波应答传播的工作原理。发送应答器通常是存有数据的小型电子标签,询问器一般是读写器,具有向电子标签写入或从卡内读出数据的能力。射频识别技术能使被识别数据自动读取而进入信息管理系统,不需要人为干涉,从而保证了获取数据的及时性、可靠性和准确性。射频识别系统组成如图1所示。
图1 射频识别系统组成示意图
射频识别系统包括两种类型:被动型和主动型。被动型:采用无能源、廉价、低容量(20字节)的发射应答装置,进行视距范围内询问,应答装置使用询问器(读写器)的电能。被动型系统因其数据容量低和视距限制,不能用于在运资产可视化系统。主动型:发射应答装置自带电能,它是全向性的,采用较昂贵的高容量(256字节)发射应答装置。主动型系统在技术上有3个对军事应用至关重要的特点:首先,应答器(识别卡或电子标签)是有效的便携mmav式数据库;第二,射频卡可使数据快速传送给自动化管理信息系统;第三,主动技术可提供300英尺或更大距离内采集数据的全向能力。
1.2 射频识别原理
射频识别系统利用无线射频技术实现无线传输,由于其使用的是高频载波,具有较宽的带宽,因此可实现较高的数据传输速率。另外,由于频率高、载波波长短,所用天线尺寸很小,使发信机可以做得小巧、隐蔽、可靠。主动射频识别系统中,读取器对电子标签发射信号使电子标签被激活,反馈回与具体集装箱或电子托盘相应的ID代码,用于对识别件进行身份识别。电子标签作用前,需要经过初始化操作,然后写入ID代码和相关的包装货物类别、品名、规格、数量、发送单位、接收用户等数据信息。电子标签结构如图2所示。
图2 电子标签结构图
电源单元:电源单元向其它单元提供能量,能量可能是本身自带的电池,也可能来自读取装置发射的电磁辐射。能量来自电池的电子标签,对读写器的发射功率要求较低,称为有源标签。能量来自电磁场的标签,要求读写器发射功率较高,称为无源标签。目前多数有源标签采用高容量、长寿命的锂电池,设计寿命一般在3年以上,作用距离也较远。
存储单元:存储ID代码、包装物资信息、转运路径信息、所在架位信息、入库出库时间信息等,一般由ROM、RAM、EEPROM等器件构成。数据处理单元:按协议完成数据分析、处理、写入、读出及转换操作,一般由cPu、LSI器件构成。通信接口单元:完成数据处理单元与微带天线之间的输入输出转换和正常匹配通信操作。数据需要经编码、调制、放大等信号变换过程,由微带天线辐射出去。微带天线’:是触发式自激振荡器和耦合器组成的定向或全向辐射器件,其辐射频率可以通过接口单元输出的控制信号控制,完成与读写器频率的对准和信噪比下降时的自动跳频。读取装置由电源单元、振荡器、发送单元、接收单元、数据处理单元、微带天线和外部信号指示器构成。读取器的信号经调制和功率放大后,经天线辐射出去。当运输车辆经过射频询问检测点时,电子标签被读写器的辐射脉冲激活,进人工作状态,根据接收到的指令向该读写器回送相关的响应数据。Pc机将读写器收到的数据信息进行相应的格式转换,自动更新数据库。
1.3 通信协议及软件结构
电子标签和读取器之间的信息传输,应符合选定的通信协议。在正式传输信息之前,双方应互发握手信号以确保发送与接收数据的安全性和准确性。首先由读取器发出一握手信号,电子标签接收该信号后,进行身份验证,属于指定口令,则将信号发回读取器。紧接着由读取器再发一读数据指令,电子标签再进行判断,属规定读取指令时,表明是本系统读取器已收到应答握手信号,然后打开通信接口单元输入接口,将发送数据存入通信接口缓存器,当缓存器存满一个数据帧(256字节)时,通信单元输出接口打开,由微带天线发射电子标签货物信息和运输路径信息给读取器。电子标签软件流程如图3所示。
图3 电子标签的软件流程图
2 射频识别技术在战区全资产可视化系统(RJTAVS)中的应用
战区全资产可视化系统(RJTAVs)的资产流和数据流示意图如图4所示。
图4 战区全资产可视化系统示意图
粘帖有射频标签的包装箱在出发地(战区供应站仓库),由射频读写器写入装箱文件数据和运输路径数据,标签内数据同时传送给战区在运资产可视化(RITV)服务器并转发给运输网络服务器。服务器经处理转换为射频标签文件,战区服务器的用户(战区司令、装备保障和供应指挥员、系统管理员)可检索到该文件。当装有射频标签的货物离开发货地后,经过射频识别转运点或安装有射频读写器的询问点时,射频读写器可远距离(100m)快速读取射频标签的识别编号ID和相关数据,并加入询问日期和时间,然后发给战区在运资产可视化服务器,该服务器自动更新射频标签和相应文件。图5显示了从出发地到目的地的射频运输物资流和数据流的传输情况。在装有射频标签的货物运输过程中,射频识别询问系统远距离地记录和报告货物在途中转接点(如港口和分发中心等装有读写器装置的转运点)的通过和数据变化情况,战区在运资产可视化系统服务器将数据传送给战区运输网络和战区联合全资产可视化系统,作为途中可视化信息资源。战区用户(战区司令员、保障和供应指挥员、管理人员)可检索这些转运点的在运资产可视化数据。装在货物包装箱上的射频标签也可为途中作业(卸货、分发、装货、转运)人员提供相关的信息支持。
图5 从出发地至目的地的射频识别报告图
3 结论
应用射频识别技术可提高集中运输物资和部队装备相关数据和所在位置的可视化能力,以及途中机动调度能力,并根据需要提供远距离包装箱内物品的可视化。增加途中射频读写器的安装密度,可提供有效的应急能力、改进业务处理方式,大大提高工作效率和工作质量。实验室试验证实了射频识别能够提供在运货物的全程可视化。当经过转接点的货车以80km/h的车速通过询问读写器扫描区时,可成功地采集射频标签数据,并满足数据传输实时性和准确性标准的要求。存在的问题:射频标签为高灵敏度电子装置,经不住严酷的运输环境(振动、冲击、温差变化)的考验,有时出现破损;射频标签电池能量和寿命不够长,有时因电池能量用完而读不出数据;当射频标签被有电磁屏蔽作用的货物(如铁板、强磁体)遮蔽时,射频读写器无法读取该射频标签的数据。改进方向:应提高对射频标签的环境适应性以及电池的寿命,粘贴标签的位置要选在周围无强磁屏蔽货物的位置。
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本文标题:射频识别(RFID)技术在可视化系统中的应用
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