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射频识别标签(RFID)(9)

5 阅读器

被动标签必须在某个地方有无线电发射器来对其进行供电,而它自己则必须有接收这些发射的接收器。甚至就连主动标签一般还是需要与连接到网络的某种形式的发射器连络。在 RFID 领域中,这一发射器/ 网络端点通常被称为阅读器(Reader)。阅读器通常位于一个 RFID 系统的标签和事件过滤器之间。知道如何与标签通信,如何从读取动作中创建底层事件,以及如何发送这些事件给一个事件过滤器,这就是阅读器的职责。

我们可以从二个视角来描述阅读器。首先是阅读器的物理组件: 你可以在电路板上找到的东西。其次则是阅读器的逻辑部份。

我们还会继续说明RFID 打印机和用具。

5.1 RFID阅读器的物理组件

|因为阅读器与标签使用射频进行通信,所以任何 RFID 都必须有一个或多个天线。并且因为阅读器必须要与某些其他的设备或者服务器通信,所以它必须有某种类型的网络接口。通常的网络接口的例子为 10 BaseT 或 100 BaseT 以太网接口,或者 RS 232 或 RS 485 串行接口。一些阅读器甚至有 Bluetooth 或无线以太网接口。最后,为了实现通信协议和控制发射器,每个阅读器必须有微控制器或者微型处理器。下图展示了RFID 阅读器的实际成份。

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图表 5‑1 READER的物理组件

5.1.1 天线子系统

虽然天线自己在概念上很简单,但是工程师一直在努力使其能够在低能量的情况下获得更好的接收性能,以及使天线工作在一些特殊的环境中。一些阅读器只有一个或者二个天线,并且和阅读器自己封装在一起;其他一些阅读器则可能在远程位置安装许多外接天线。阅读器所能控制的天线的数量的主要限制在于连接阅读器的发射器和接收器与天线之间的电缆的信号损失。 大多数安装都把天线安装在离阅读器2米左右的距离,当然更远些也是可以的。

一些阅读器使用一个天线来传输和另一个用来接收。在这种配置结构中,标签针对阅读器的场的运动方向特别重要。如果发射天线位于接收天线的“靠前些”,接收天线将会花更长的时间来接收来自标签的信号。如果天线布置与此相反,标签将会花更少的事件来激励,并且位于接收天线的范围之内。下图表示了两个具有标签的包装盒在一条传送带上依次经过第一个传输 (TX) 天线和一个接收 (RX) 天线。

箭头指出了传送带上的运动方向。当它经过 TX 天线的时候,每个盒子上的标签便被激励,然后它们开始广播响应。因为RX要稍微远离传送带一些,因此RX 天线将要比其应该的时间更长些来接收到响应,如果二个天线颠倒,则意谓有标签将会有更多的被读取的机会。

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图表 5‑2 接收和发射天线的最佳布置

5.1.2 控制器

控制一个阅读器的计算装置的复杂程度可能从单芯片的处理器到能够运行网络操作系统和允许存储大量数据在硬盘上的完整的微型计算机。前者可以嵌入到一些移动设备之中。控制器负责控制阅读器一端的标签协议,以及构成一个事件的标签读取信息何时被传送到网络中。阅读器控制器也负责管理阅读器协议中的阅读器一侧的相关处理。

5.1.3 网络接口

如果阅读器不告诉任何人相关的事件信息,读取标签并且识别事件并没有多少用处。阅读器通过多种网络接口与其他装置进行通信。过去,大多数的 RFID 阅读器都具有串行接口RS 232 或 RS 422(点对点,双绞线) 或 RS 485 (可寻址的,双绞线)。最近,越来越多的阅读器支持Ethernet,甚至有些已经开始支持内建的无线以太网络, Bluetooth 和ZigBee 了。5-3

图表 5‑3 Symbol的X480阅读器,具有以太网、USB以及串行接口。左边是天线接口

5.2 RFID Reader的逻辑组件

在 RFID 阅读器的控制器中,我们可以想像有四个处理不同职责的单独的子系统。下图就展示了阅读器的逻辑组件图,供参考。

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图表 5‑4 READER的逻辑组件

5.2.1 Reader API

每个阅读器都会呈现一个允许其他应用来请求标签数据、监控阅读器状态或者控制诸如电源水平和当前之建设定之类的应用编程接口。这个组件最关心的是创建发送到RFID中间件的消息以及解析来自于RFID中间件的消息。API可以是同步的,也可以是非同步的。

5.2.2 通信

通信子系统主要处理阅读器可以用来与中间件通信的传输协议之上的通信细节。这也是具体实现诸如Bluetooth、Ethernet、或者专用鞋以来传输组成API的消息的组件。

5.2.3 事件管理器

当一个阅读器感知到一个标签的时候,我们称其为一个“发现”。一个不同于先前发现的另一次发现被称为一个“事件”。将这些事件进行清理称为是“事件过滤”。事件管理子系统就是定义什么类型的发现被视为事件,而哪些事件被认为足够有意义而必须立即报告到在网络上的外部应用。随着阅读器越来越智能,它们将会能够在这一级应用更复杂的处理,以减少网络流量。

5.2.4 天线子系统

天线子系统由使 RFID 阅读器能够质询 RFID 标签且控制实际的天线的接口和逻辑所组成。 这些组件要实现标签协议中的一些部分,并且与阅读器中的某些电路一起实现与标签的空中接口协议。

5.3 RFID 打印机、编码器和其他工具

大多数常用的应用场合都使用智能标签(Label)。我们前面说过,智能标签就是在纸质标签的夹层中插入RFID 电子标签。这个种标签的主要好处是,对于用户,除了编码RFID 标签的身份之外,还能在纸张标签上面打印条形码和/或人可读的本文。

RFID 打印机就是能够打印可读信息同时也能够编码RFID标签的设备。记住,一个阅读器也能够 “写”一个可写的标签,因此一个 RFID 阅读器和一台 RFID 打印机之间的主要不同与对编码标签的能力无关;不同之处在于后者同时还是一台激光或者喷墨打印机。

对于小规模的应用,一个操作员可以手动应用智能标签,但是大规模的应用需要所谓的“打印-使用”的自动装置。这些特殊的装置包含一个RFID 阅读器,一台打印机,以及一个能够将标签自动粘贴到经过的物品( 通常是盒子)的自动化系统。 方法可能是使用一种空气臂将打印和编码好的标签粘贴到盒子上。因为编码标签可能会失败必须被丢弃然后重新更换,因此这些装置通常都会成对或者更多地在一起安装。目前,一般这样的设备或者系统可以在一分钟编码和粘贴30 到 60个标签。然而,在第2代(Gen2)标签开始使用的时候,这个速度可成倍上升。

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图表 5‑5 PRINT-AND-APPLY 设备的部件

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图表 5‑6 Zebra公司的RFID标签打印机

5.3.1 Reader

RFID 即打即贴设备的厂商几乎都不是RFID Reader的厂商,因此一般来说,它们都会和通常的Reader场上进行合作。即打即贴设备通常将Reader API封装到自己的API中,然后提供一种方式来访问Reader API。

5.3.2 打印机

虽然即打即贴 RFID 设备上的打印机与其他条形码打印机并无什么本质不同,但和办公室用的打印机相比还是不同的。这些打印机通常都是用成卷的标签,以便能够打印一个面,然后将另一面用作粘贴之用。所有的这些打印机都能够按照描述适当的标签布局的型板来打印标签。 比如,某个模板会让整个两英寸宽的条形码占据标签的下部,而顶部则打印一个公司标记。它也可能设定人可读的零配件号码,序列号和公司名字字段的位置。

5.3.3 校验器

即打即用设备通常包含一个RFID验证步骤和一个条形码验证步骤。 典型地, RFID 校验是通过编码该标签的同一个Reader进行,而条形码校验则是通过打印机旁边的光学扫描器运行。

5.3.4 粘贴工具

这类设备一般使用某种方式将打印和编码好的,并且经过较严的标签粘贴到被标记的物品之上。但过程中需要注意静电防护的问题。

5.4 Reader的类型

阅读器,像标签一样,也有不同的方式,并且没有一个Reader能够适合和满足所有的场合。Reader可能具有许多不同的形状和大小,支持不同的协议,并且通常必须遵照管制的要求,即意谓着一个特定的Reader可能是用于某个地区,而不适合于另一个地区。

5.4.1 形状和尺寸

Readers 的大小从一个英寸到一台老式台式计算机那么大都有。Reader也可以嵌入到一些手持设备甚至移动电话之中。它们也可以被固定到一个防爆机架上(固定式)。通过与天线布置的设计和安排方案,可以形成不同的Reader系统。

5.4.2 标准和协议

Reader通常遵循与他们所读取的标签相同的标准和规范。但是有些reader支持不止一种协议。有些则只针对专门厂商的标签。

5.4.3 区域差别

每个地区都有不同的无线电管制规定,包括发射功率、频率范围等等。比如, EPC UHF reader在美国是阅读915 MHz 的标签,在欧洲则是869 MHz 。因此,必须仔细了解该地区的频率管制的详细规定,以选择或者配置可用的Reader。

5.5 阅读器、天线和阅读器系统

阅读器和天线必须被安装好之后才能使用。因为通过RFID,我们试图感应现实物理世纪的特质,特定物品在物理世界中的出现或者缺席全在于安装的实际情况。因为这一个原因,每个感应器的安装是不同的。可能的变化是无穷的,但是讨论RFID 的一些原型应用则能帮助你理解各种安装情形。这些种类可能包括门户系统,隧道,手持式,堆高机阅读器和智能货架。

5.5.1 门闸

这里,词语“Portal”意味着门口或者入口,而 RFID 门闸则是天线的一种安排方式。通过这种设计,阅读器能够识别通过(进入或者离开)一个门闸的被标记的物品。这是仓库的一种通常的装备,一般安装在物品进入或者离开的装卸台的地方。它也用来识别物品在一个工厂的不同区域之间的移动。门闸系统也可以是能够移动的装置;在这种应用环境下,阅读器和天线被内置到一个具有轮子的框架上,可以被推着沿轨道或者通道移动。这一般用作装卸识别,或者材料跟踪。下图是一个典型的门闸系统。

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图表 5‑7 RFID PORTAL

5.5.2 隧道

隧道是一个包围型的装置,通常围着一条传送带,天线 ( 有时甚至阅读器)都可能被安装在其中。隧道类似于小型的门闸,但其好处是能够形成RF的屏蔽效应,不至于干扰附近的阅读器和天线的运作。这可以用在集配线或者包装传送带上,阅读器识别每个通过该隧道的被标识物品。下图是一个传送装置上的典型隧道示意。

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图表 5‑8 TUNNEL

5.5.3 手持设备

整合了天线、控制器和通信组件的手持式阅读器能够允许操作员以方便与被标识物品的场合或者位置对其进行扫描识别。手持式 RFID 阅读器的使用与手持式条形码阅读器的使用非常相似的。并不令人惊讶,大部份这些 RFID 手持式阅读器的厂商同时也生产条形码扫描器。它们可能通过无线以太网络、射频调制解调器沟通与网络进行沟通。实际上大多数手持设备,是一个具有足够处理能力的计算机。下图是Symbol提供的一个手持式阅读设备。

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图表 5‑9  带阅读器的手持设备

5.5.4 叉车阅读器

叉车(堆高机)也可以携带 RFID 阅读器,就象一个携带一个手持式阅读器的相同情形。叉车制造商开始提供 RFID 阅读器作为他们产品的可选择部件,正如他们过去已经提供的条形码阅读器或者操作员终端什么的。在叉车上添加这种阅读器设备的缺点是可靠性,以及在此类设备上加装阅读器的管制。下图 展示了一个叉车如何加装一个阅读器。

 

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图表 5‑10 带阅读器的叉车示意图

posted on 2007-08-22 10:25 铁手 阅读(1595) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: RFID


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