RFID在制造業生產管理中的應用

文學書

摘 要：無線射頻辨識（Radio Frequency Identification，RFID）技術發展至今，生活中都可以發現RFID應用。RFID應用共發展出三大主流：物流、門禁、電子錢包。本文設計制作一套13.56 MHz RFID系統并描述實際設計信息，內容包含13.56 MHz標簽設計、13.56 MHz讀取器設計，經整合及實際測試，此系統可成功地操作于13.56 MHz。

關鍵詞：RFID 設計 應用

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（b）-0203-01

RFID（Radio Frequency Identification）是無線射頻辨識，是一種無線通信技術，可藉由其Tag識別不同的特定目標進行數據的讀寫，不需要在Tag和Reader之間建立機械或光學的路徑。

RFID應用共發展出三大主流：物流、門禁、電子錢包。早期的門禁管理都必須使用遙控器來控制，遙控器不僅昂貴，還必須經常更換電池。被動式RFID標簽不僅便宜且不需使用電池。RFID是藉由無線射頻的技術發展出來，Tag中含有射頻芯片和天線，數據編碼后，以無線方式來傳送數據，Reader也以無線方式來接收數據并做譯碼。

1 RFID的分類

1.1 Passive

Passive Tag是不含電池，電力來源是透過Reader傳送電磁波所轉換。以讀取距離區分為短距離通訊（<1 m）和長距離通訊（>1 m）。

短距離通訊：頻率范圍有125 kHz（LF）和13.56 MHz（HF），也因為屬于短距離通訊，所以應用在門禁管理、電子錢包與安全性較高的應用。

長距離通訊：頻率范圍有433 MHz（UHF）、860～960 MHz（UHF）和2.45 GHz（微波），也因為屬于長距離通訊，所以應用在物流倉儲、停車場進出與牧場牲畜，這些管理上需考慮讀取速度、防碰撞性能與抗噪聲能力，所以長距離通訊，大多應用在寬闊的環境上。

1.2 Semi-Passive Tag

Semi-Passive Tag是含電池，改善Passive Tag需不斷接收來自Reader傳送的電磁波，使Tag處于工作狀態，讓Semi-Passive Tag接收的能量能充分作為回傳訊號之用，也因此增加Reader與Tag之間的通訊距離。頻率范圍433 MHz（UHF）、860～960 MHz（UHF）和2.45 GHz（微波），屬于長距離通訊。

1.3 Active

Active Tag是含電池，與Semi-Passive Tag的差別，電池的供電必須包含回傳訊號之用，通訊距離也比Semi-Passive Tag較長。頻率范圍有433 MHz（UHF）、860～960 MHz （UHF）和2.45 GHz（微波）。

1.4 RFID技術的主要優點

（1）非接觸感應。

（2）長距離傳輸，適合使用在物流倉儲、停車場進出與牧場牲畜的管理。

（3）取代條形碼。

（4）數據儲存；Tag芯片中含有內存，可將信息儲存在Tag。

（5）讀取方便；不須手持條形碼機逐一掃描。

（6）流程管理自動化，減少人工成本，提供實時信息。

2 RFID在制造業生產管理中的應用——以13.56 MHz RFID系統設計為例

2.1 13.56 MHz Tag設計

Tag包含RFIC和繞線式天線，RFIC編號：S50，操作頻率為13.56 MHz。

2.2 13.56 MHz Reader設計

Tag設計完成后，然而在13.56 MHz RFID系統中必需透過Reader才能將Tag的數據做讀取或寫入，所以在這一章節所提出的是一個13.56 MHz Reader 的設。13.56MHz Reader電路方塊圖，大致分為3大部分，射頻電路、微處理器、RS 232電路。

2.3 MF RC500 RFIC射頻電路設計

MIFARE系統是以13.56 MHz的操作頻率為基礎。該頻率由石英晶體產生，同時也會產生高次諧波。為了符合電磁兼容性規范，13.56 MHz的高次諧波須設計一個低通濾波器做抑止。MF RC500的內部接收單元采用新的接收概念。它使用卡片響應的副載波所調變而成both side-bands。使用內部產生的VMID電位作為RX腳位的輸入電位。為減少干擾，需用電容將VMID接地。Reader的輸入單元需要在RX和VMID的腳位元間增加電壓驅動。此外，在天線和電壓之間使用串聯電容。

2.4 通訊協議程序設計

在Tag和Reader的硬件電路設計完成后，必須設計通訊協議程序，以滿足對Tag進行溝通，并將Tag中的數據做讀取和寫入，本研究的RFID系統是符合國際標準ISO 14443，國際標準ISO 14443是由物理特性、射頻接口、初始化與沖突防止和傳輸協議，這四部份所組合而成，通訊協議程序在設計上必須參考初始化與沖突防止和傳輸協議兩部份。

3 結語

本文成功的設計一個13.56 MHz的RFID系統，利用微處理芯片及一些RFID的芯片來實做出硬件裝置，并搭配軟件程序來制作完整的RFID系統，實做的系統可符合ISO-14443A標準的需求。實做的成果為藉由微處理芯片與RFID芯片以及UART芯片即可完成系統中的Reader和Tag的部份，包含基頻和射頻，在搭配PC端的軟件控制即可完成整個RFID系統。

本文設計在HF的頻段，其應用是在門禁管理和電子錢包的短距離使用上，并無法使用于物流倉儲和停車場進出的長距離應用，期望未來能朝向UHF的頻段，讓RFID的運用模式能套在更多的生活應用，使人們的生活更加便利。

參考文獻

[1] A.Rida，L.Yang，T.Reynolds，E.Tan，S.Nikolaou，and M.M.Tentzeris， “Inkjet-Printing UHF Antenna for RFID and Sensing Applications on Liquid Crystal Polymer，”IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium 2009，pp.1-4，June 2009.

[2] Philips Application Note 048032：MF RC500 highly9 integrated ISO14443A reader IC.