開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2401-5042-6606

作者簡介：汪少東（1985—），男，本科，工程師，研究方向為信息技術(shù)/數(shù)字化方向。

摘要：有源射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)作為一種高效、準(zhǔn)確的自動識別技術(shù)，已經(jīng)在供應(yīng)鏈管理、庫存控制、零售業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通過對有源RFID技術(shù)進(jìn)行了全面的分析，首先介紹了RFID技術(shù)的基本原理、系統(tǒng)組成以及標(biāo)簽和閱讀器的工作原理；其次重點分析了有源RFID技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，包括標(biāo)簽結(jié)構(gòu)和原理、電源供應(yīng)、通信協(xié)議，以及數(shù)據(jù)處理與存儲；最后探討了有源RFID技術(shù)在智能物流、智能制造、智慧城市等領(lǐng)域中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：有源射頻識別技術(shù)??物聯(lián)網(wǎng) ?智能物流 ?智能制造 ?智慧城市

中圖分類號： TP393

有源射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術(shù)是一種無線識別技術(shù)，使用有源RFID標(biāo)簽和閱讀器，實現(xiàn)對標(biāo)簽所附帶信息的讀取和識別。隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能物流的發(fā)展，RFID技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注。在傳統(tǒng)的物流管理中，信息流與物流之間存在不同步的現(xiàn)象，導(dǎo)致效率低下、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等問題。而有源RFID技術(shù)的引入能實現(xiàn)物流信息的實時采集、精準(zhǔn)追蹤和全面監(jiān)控，從而提高物流過程的效率和可視化程度，有源RFID技術(shù)還能支持大規(guī)模物品的同時識別和讀取，具備較長的讀取距離和高速通信的能力，這對于物流行業(yè)來說是非常有價值的。因此，深入分析有源RFID技術(shù)的原理和應(yīng)用，可為物流管理提供更高效、智能化的解決方案，也為進(jìn)一步推動物流行業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程提供了有力支撐。

1 RFID技術(shù)概述

1.1 RFID基本原理

RFID基本原理是利用無線電頻率進(jìn)行無接觸式的識別和跟蹤物品。RFID系統(tǒng)由三個核心組件組成：標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）和中間件（Middleware）[1]。

RFID的工作原理是閱讀器向周圍環(huán)境中發(fā)送無線電信號，當(dāng)標(biāo)簽處于閱讀器的范圍內(nèi)時，其天線會接收到信號并通過供電電流激活芯片。芯片接收到電能后，在天線回傳數(shù)據(jù)給閱讀器。閱讀器解析芯片回傳的數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到中間件進(jìn)行處理。在此過程，RFID系統(tǒng)能實現(xiàn)對標(biāo)簽的識別和跟蹤。

1.2 RFID標(biāo)簽的工作原理

RFID標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)中的被識別目標(biāo)，由芯片和天線組成。當(dāng)RFID標(biāo)簽處于閱讀器的范圍內(nèi)時，閱讀器會向標(biāo)簽發(fā)送無線電信號。標(biāo)簽的天線接收到信號后，將其轉(zhuǎn)化為電能供給芯片。芯片激活后，使用接收的能量進(jìn)行工作，并將存儲在芯片中的數(shù)據(jù)回傳給閱讀器?；貍鞯臄?shù)據(jù)有多種形式，可以是標(biāo)簽的唯一標(biāo)識號碼、相關(guān)信息等。RFID標(biāo)簽的工作原理即通過接收并利用閱讀器發(fā)送的無線電信號來供電并與閱讀器進(jìn)行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫和傳輸。

1.3 RFID閱讀器的工作原理

RFID閱讀器主要負(fù)責(zé)與標(biāo)簽進(jìn)行通信，并讀取、寫入標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。RFID閱讀器的工作原理涉及無線電通信，包括發(fā)射和接收。閱讀器通過天線發(fā)射無線電信號，這些信號包含了用于標(biāo)簽激活和通信的能量和指令。當(dāng)標(biāo)簽接收到信號后，利用能量激活芯片，開始與閱讀器進(jìn)行通信。標(biāo)簽改變天線的電磁特性回傳數(shù)據(jù)給閱讀器，閱讀器接收天線接收的信號來讀取標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。

2 有源RFID技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 有源RFID標(biāo)簽結(jié)構(gòu)及原理

有源RFID標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)中的一種關(guān)鍵組件，相較于被動RFID標(biāo)簽，有源標(biāo)簽具有內(nèi)置電池，能獨立提供能量并主動發(fā)送信號，因而具有更長的識別距離和更高的識別速度。

有源RFID標(biāo)簽的工作原理是當(dāng)標(biāo)簽感應(yīng)到讀寫器發(fā)射的射頻信號后，標(biāo)簽內(nèi)置電池為電路芯片提供運(yùn)行電源，芯片獲得能量后，在天線接收射頻信號并回傳存儲的信息給讀寫器，實現(xiàn)對物體的識別和追蹤[2]。

2.2 有源RFID標(biāo)簽的電源供應(yīng)

有源RFID標(biāo)簽的電源供應(yīng)是其正常工作的關(guān)鍵因素，因為它需要電源來驅(qū)動內(nèi)部的電路芯片和發(fā)送射頻信號。有源RFID標(biāo)簽的電源一般采用內(nèi)置電池的方式來提供。電池是有源RFID標(biāo)簽中的核心部件，通常采用小型的鋰電池或者其他類型的電池，這些電池能為標(biāo)簽提供所需的電能，以保證標(biāo)簽在通信過程中能正常工作。相較于被動RFID標(biāo)簽，有源標(biāo)簽的電池使其能以較長的距離和更高的速度與讀寫器進(jìn)行通信，從而適用于更廣泛的應(yīng)用場景[3]。

2.3 有源RFID標(biāo)簽的通信協(xié)議

有源RFID標(biāo)簽的通信協(xié)議是其與讀寫器進(jìn)行通信時所遵循的規(guī)范和約定，這些協(xié)議確保了標(biāo)簽和讀寫器之間能有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。通常，有源RFID標(biāo)簽會采用一種特定的協(xié)議來進(jìn)行射頻信號的發(fā)送和接收。其中，常見的有源RFID標(biāo)簽通信協(xié)議包括ISO 18000-7、ISO 15693、ISO 14443等，這些協(xié)議規(guī)定了標(biāo)簽和讀寫器之間的射頻通信方式、數(shù)據(jù)幀格式、數(shù)據(jù)傳輸速率、錯誤檢測糾正碼等相關(guān)參數(shù)，從而確保標(biāo)簽和讀寫器之間能準(zhǔn)確、高效地進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換[4]。

2.4 有源RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)處理與存儲

有源RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)處理與存儲是指標(biāo)簽內(nèi)部處理和存儲識別碼、傳感器數(shù)據(jù)等信息的能力。相較于被動RFID標(biāo)簽，有源標(biāo)簽通常配備更強(qiáng)大的處理器和存儲器，使其能完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和存儲任務(wù)。

在數(shù)據(jù)處理方面，有源RFID標(biāo)簽內(nèi)部的處理器對接收到的射頻信號進(jìn)行解碼和處理，也能根據(jù)預(yù)設(shè)的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。有源標(biāo)簽還能與傳感器結(jié)合，對環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和存儲，從而在實時監(jiān)測和追蹤物體時提供更多的信息[5]。

在數(shù)據(jù)存儲方面，有源RFID標(biāo)簽通常配備了內(nèi)部存儲器，用來存儲識別碼、傳感器數(shù)據(jù)、操作歷史記錄等信息，并在不需要與讀寫器通信的情況下被讀取，在需要時被更新，有源標(biāo)簽的存儲器還支持加密和安全認(rèn)證，確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性。

3 有源RFID技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用分析

3.1 有源RFID技術(shù)在智能物流中的應(yīng)用

3.1.1 貨物追蹤和庫存監(jiān)測

在智能物流中，有源RFID技術(shù)在倉庫管理中發(fā)揮著重要作用。首先，通過在貨物上附加有源RFID標(biāo)簽，實現(xiàn)對貨物的實時追蹤。利用射頻信號傳輸?shù)奶匦?，倉庫管理人員可準(zhǔn)確地了解貨物的位置、運(yùn)輸狀態(tài)和軌跡，從而提高貨物的可視性和運(yùn)輸效率。有源RFID標(biāo)簽還能記錄貨物的相關(guān)信息，如生產(chǎn)日期、批次號等，有助于實現(xiàn)全程質(zhì)量追溯。其次，有源RFID技術(shù)能提供精確的庫存管理。在倉庫中部署讀寫器，能實時監(jiān)測和記錄貨物的進(jìn)出庫情況，從而減少人工盤點的工作量和錯誤率。結(jié)合有源RFID技術(shù)與倉庫管理系統(tǒng)的集成，還能自動進(jìn)行庫存更新和預(yù)警，實現(xiàn)更高效的庫存管理和補(bǔ)貨策略。

案例1：A某電商公司利用有源RFID技術(shù)在倉庫管理中實現(xiàn)了貨物追蹤和庫存管理的全流程自動化。在商品上粘貼有源RFID標(biāo)簽，他們能準(zhǔn)確記錄每個貨物的位置和狀態(tài)。當(dāng)貨物需要出庫時，系統(tǒng)會自動識別貨物并生成出庫指令，提高了出庫的準(zhǔn)確性和效率。在庫存管理方面，系統(tǒng)能實時監(jiān)測和更新庫存，預(yù)警低庫存和過期庫存，并自動生成補(bǔ)貨訂單，大大提高了庫存管理的自動化程度和準(zhǔn)確性。

3.1.2 運(yùn)輸監(jiān)控：實時位置追蹤和安全監(jiān)控

有源RFID技術(shù)還在運(yùn)輸監(jiān)控中扮演著重要角色。首先，在運(yùn)輸工具（如卡車、集裝箱）和貨物上植入有源RFID標(biāo)簽，實現(xiàn)對車輛和貨物的實時位置追蹤，這樣，物流公司和客戶能實時了解運(yùn)輸工具和貨物的位置，并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)度和安排，提高運(yùn)輸效率和準(zhǔn)確性。其次，有源RFID技術(shù)還可用于安全監(jiān)控。通過標(biāo)記運(yùn)輸工具和貨物來確保運(yùn)輸工具和貨物的安全。一旦有運(yùn)輸工具或貨物被盜或遺失，利用有源RFID技術(shù)快速定位和追蹤，提高貨物的安全性，并加強(qiáng)對異常事件的響應(yīng)和處理。

3.2 有源RFID技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

3.2.1 設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測和生產(chǎn)流程優(yōu)化

有源RFID技術(shù)在智能制造中可應(yīng)用于生產(chǎn)過程控制，設(shè)備附著有源RFID標(biāo)簽，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測和管理，有源RFID標(biāo)簽還可用于生產(chǎn)流程優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率。一方面，在生產(chǎn)設(shè)備上安裝有源RFID標(biāo)簽，實時監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、工作參數(shù)和維護(hù)記錄，從而實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程健康管理。制造企業(yè)根據(jù)設(shè)備的實時狀態(tài)進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，減少設(shè)備故障和停機(jī)時間，提高生產(chǎn)效率。另一方面，有源RFID技術(shù)還能用于生產(chǎn)流程優(yōu)化。標(biāo)記物料和半成品，實現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動跟蹤和管理，提高生產(chǎn)效率和準(zhǔn)確性。讀取有源RFID標(biāo)簽所攜帶的信息，生產(chǎn)系統(tǒng)能實時調(diào)整生產(chǎn)流程，并實現(xiàn)定制化生產(chǎn)，從而更好地滿足客戶需求。

3.2.2 產(chǎn)品溯源和缺陷檢測

有源RFID技術(shù)在智能制造中還可應(yīng)用于產(chǎn)品質(zhì)量管理。一方面，在產(chǎn)品上植入有源RFID標(biāo)簽，實現(xiàn)產(chǎn)品溯源和質(zhì)量監(jiān)控；另一方面，有源RFID技術(shù)還可用于產(chǎn)品質(zhì)量檢測。首先，有源RFID標(biāo)簽植入產(chǎn)品，能記錄產(chǎn)品的制造工藝、生產(chǎn)批次、檢驗記錄等信息，實現(xiàn)產(chǎn)品的全程追溯。在產(chǎn)品發(fā)生質(zhì)量問題時，依靠有源RFID技術(shù)快速定位，并采取相應(yīng)的措施，提高產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控能力。其次，有源RFID技術(shù)還可用于產(chǎn)品質(zhì)量檢測。在產(chǎn)品上附著有源RFID標(biāo)簽，實現(xiàn)產(chǎn)品的自動識別和質(zhì)量檢測。結(jié)合傳感器和有源RFID技術(shù)，實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的實時監(jiān)測和檢測，從而提高產(chǎn)品檢測的精準(zhǔn)性和效率。

3.3 有源RFID技術(shù)在智慧城市中的應(yīng)用

3.3.1 智能停車導(dǎo)引和自動收費

有源RFID技術(shù)在智慧城市中被廣泛應(yīng)用于停車管理系統(tǒng)。首先，在停車場設(shè)備和車輛上植入有源RFID標(biāo)簽，實現(xiàn)車輛的智能停車導(dǎo)引。通過讀取車輛攜帶的有源RFID標(biāo)簽，系統(tǒng)告知駕駛員哪些停車位可用，節(jié)約了時間并降低了尋找停車位的難度。有源RFID技術(shù)還可用于自動收費，車輛在進(jìn)出停車場時，系統(tǒng)能自動識別車輛身份并進(jìn)行計費，提高了停車場的管理效率。

3.3.2 空氣質(zhì)量和垃圾監(jiān)測

有源RFID技術(shù)在智慧城市中可用于環(huán)境監(jiān)測。第一，在垃圾桶、污水管道等設(shè)施上植入有源RFID標(biāo)簽，能實現(xiàn)垃圾桶的智能管理和污水管道的實時監(jiān)測，并幫助城市進(jìn)行垃圾管理和環(huán)境保護(hù)。第二，有源RFID技術(shù)還可用于空氣質(zhì)量監(jiān)測，在城市不同地點安裝有源RFID感應(yīng)器，結(jié)合傳感器技術(shù)，實時監(jiān)測空氣質(zhì)量，并為市民提供空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

有源射頻識別（RFID）技術(shù)作為一種先進(jìn)的自動識別技術(shù)，已經(jīng)在物流、制造、零售和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力和市場價值。然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的不斷發(fā)展，RFID技術(shù)還面臨著許多挑戰(zhàn)和機(jī)遇。未來，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等關(guān)鍵技術(shù)的不斷融合，RFID技術(shù)將更加智能化、高效化和安全化，使其在供應(yīng)鏈管理、智能物流、智能制造和智慧城市等領(lǐng)域中發(fā)揮更加重要的作用。應(yīng)在降低標(biāo)簽成本的、提升讀寫性能、加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性等方面不斷深入對RFID技術(shù)進(jìn)行研究和改進(jìn)。

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