RFID技術(shù)在智能打飯機(jī)上的應(yīng)用理論基礎(chǔ)

劉婷婷，蔣偉，呂惠，陳敏，李藝月，趙靜

1　R FID技術(shù)基本介紹

1.1　R FID技術(shù)的特點(diǎn)及系統(tǒng)組成

RFID（Radio Frequency Identification）電子標(biāo)簽技術(shù)作為一種快速、實(shí)時、準(zhǔn)確采集與處理信息的高新技術(shù)和信息標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ),被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、零售、物流、交通等各個行業(yè)。RFID是一項(xiàng)通過磁場或電磁場，利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識別目的并交換數(shù)據(jù)，可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個目標(biāo)的自動識別技術(shù)。

1.2　R FID系統(tǒng)特征

RFID技術(shù)使用讀寫器和粘貼于目標(biāo)物上的射頻標(biāo)簽，利用射頻信號將物品相關(guān)信息由射頻標(biāo)簽傳送至讀寫器。發(fā)生在讀寫器和射頻標(biāo)簽之間的射頻信號的耦合類型有兩種：電感耦合和電磁反向散射耦合。電感耦合方式采用變壓器模型，依據(jù)電磁感應(yīng)定律，通過空間高頻交變磁場實(shí)現(xiàn)耦合。電磁反向散射耦合方式采用雷達(dá)原理模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標(biāo)后反射，同時帶回目標(biāo)信息，依據(jù)的是電磁波空間傳輸規(guī)律。

1.3　R FID技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

RFID技術(shù)是一項(xiàng)涉及信息、材料、裝備及工藝等諸多學(xué)科、多技術(shù)交叉融合的技術(shù)群，涵蓋無線電通信、電磁輻射、芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝、天線設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)變換、信息安全等技術(shù)。

發(fā)達(dá)國家在多種頻段RFID標(biāo)簽芯片上都實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，我國僅在高頻段接近國際水平，符合我國UFH頻率標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽芯片還處于研制階段。國外RFID天線制造工藝先進(jìn)，具有針對應(yīng)用特點(diǎn)的天線設(shè)計(jì)能力，我國整體水平與國外差距較大。國外已有較成熟的電子標(biāo)簽封裝技術(shù)、工藝、材料和設(shè)備，可提供成套的封裝生產(chǎn)線，但成本高，我國目前還處于試制階段。國外廠家在多種頻段推出了讀寫器芯片和模塊，我國讀寫器產(chǎn)品多數(shù)基于國外的芯片或模塊集成，還不掌握核心技術(shù)。國外一些軟件公司推出了RFID中間件產(chǎn)品，沒有形成統(tǒng)一的體系架構(gòu)和運(yùn)行模式。

2　R FID在食堂系統(tǒng)中的相關(guān)應(yīng)用

2.1　傳統(tǒng)的食堂收費(fèi)系統(tǒng)I C卡

傳統(tǒng)的食堂收費(fèi)系統(tǒng)多采用接觸式或插入式IC卡進(jìn)行收費(fèi)管理。接觸式IC卡芯片封裝在PVC料卡片中，芯片外露，不利于芯片長時間保存使用。同時在刷卡過程中卡片需要插入刷卡機(jī)卡槽或與讀卡設(shè)備接觸才能讀寫數(shù)據(jù)。接觸式IC卡的常用芯片有SIMENS、ATMEL等系列，符合ISO7816標(biāo)準(zhǔn)。

2.2　結(jié)合R FID技術(shù)的非接觸式智能卡

2.2.1工作原理及優(yōu)勢

非接觸式智能卡又稱射頻卡，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡片內(nèi)，芯片及天線無任何外露部分。它成功的將RFID射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來，結(jié)束了無源(卡中無電源)和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破。卡片在一定距離范圍(通常為5～10cm)靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。

2.2.2系統(tǒng)劃分

非接觸式智能卡內(nèi)部分為兩部分：系統(tǒng)區(qū)(CDF)用戶區(qū)(ADF)。

系統(tǒng)區(qū)：由卡片制造商和系統(tǒng)開發(fā)商及發(fā)卡機(jī)構(gòu)使用。管理者可從后臺數(shù)據(jù)庫對卡片執(zhí)行信息管理、查詢、增加、刪除、修改，卡片辦理、掛失、綁定、解綁等操作。

用戶區(qū)：用于存放持卡人的有關(guān)數(shù)據(jù)信息。持卡人可對個人卡執(zhí)行查詢、充值、掛失、繳費(fèi)等操作。

3　R FID技術(shù)在智能打飯機(jī)上的應(yīng)用

3.1　功能模塊

3.1.1讀寫器

在打飯機(jī)上裝有RFID讀寫器，其主要的功能是將數(shù)據(jù)加密后發(fā)送給電子標(biāo)簽，并將電子標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)加密，然后送給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。讀寫器的所有行為均有軟件來控制。軟件向讀寫器發(fā)出讀寫命令，作為響應(yīng)，讀寫器與電子標(biāo)簽之間就會建立起特定的通信。讀寫器的硬件一般由天線，射頻模塊，控制模塊和接口組成。控制模塊是讀寫器的核心，一般由ASIC組件和微處理器組成。控制模塊處理的信號通過射頻模塊傳送給讀寫器天線，由讀寫器天線發(fā)送出去。控制模塊與應(yīng)用軟件之間的數(shù)據(jù)交換，主要通過讀寫器的接口來完成。

3.1.2電子標(biāo)簽

RFID電子標(biāo)簽，也就是校園一卡通，是非接觸式IC卡又稱射頻IC卡，它將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)相結(jié)合。

IC卡全稱為集成電路卡，量大，有加密功能，數(shù)據(jù)記錄可靠，使用很方便。IC卡在使用時，必須要先通過IC卡與讀寫設(shè)備間特有的雙向密鑰認(rèn)證后，才能進(jìn)行相關(guān)的工作，從而使整個系統(tǒng)具有極高的安全保障。

3.2　功能實(shí)現(xiàn)效果

當(dāng)學(xué)生需要打飯時，首先會按照自己需要的飯量選擇事先設(shè)定好的分量，再將餐盤放在預(yù)定的出飯口，然后用一卡通刷卡之后，打飯機(jī)就會打包好對應(yīng)分量的米飯放入餐盤中。整個過程，大概在2.0 s內(nèi)完成。

3.3　采用R FID技術(shù)優(yōu)勢

1.操作簡單快捷：由于采用射頻識別通信，使用時不需要插卡拔卡及受方向和鄭反面的限制，所以用戶在使用的時候非常方便.

2.應(yīng)用范圍廣，使用的壽命長，課用于粉塵油污等高污染環(huán)境和放射性環(huán)境，適合應(yīng)用在食堂。

4　總結(jié)

在RFID的基礎(chǔ)上，通過對現(xiàn)有的食堂IC卡體系中存在的不足進(jìn)行分析，介紹設(shè)計(jì)了基于射頻識別技術(shù)的智能打飯機(jī)射頻卡。首先對RFID射頻技術(shù)進(jìn)行介紹和說明，對射頻卡的功能需求進(jìn)行了說明和系統(tǒng)的劃分，描述了系統(tǒng)硬件的工作原理和部分軟件功能模塊，RFID技術(shù)在智能打飯機(jī)上的應(yīng)用具備有力的理論知識支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]許毅,陳建軍編著.RFID原理與技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社.

[2]淺談RFID技術(shù)在高校食堂管理中的應(yīng)用[J].RFID世界網(wǎng),2009-11-25.