用单一处理器简化RFID读取器设计

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目前大多数RFID读取器必须使用一个以上的处理器才能符合应用装置需求，透过使用汇聚型（Convergent）处理器，以单一处理器即可满足。本文将聚焦于RFID读取器的功能，探索必须在RFID读取器上执行的基本软件元件以及伺服器连结，并提供利用单一处理器完成相关设计的系统设定建议。

RFID应用概述

由于能对多重品项进行同时监测，而不需要有人去＂触碰＂每个品项（例如：使用手持式条码扫描器），是故，RFID技术使许多新型态的应用得以实现，能够因为此自动化辨识而获益的应用领域类型，包括了像是存货控制、后勤管理（logistics management）、监控、以及收费系统等各种不同的区域。

目前最普遍并以商品为导向的通用产品码（UPC）是一种一维（1 D）条码，几乎是在每一样能够供大众购买的物品上。此条码中包含了被黏贴品项的相关资讯，可能也包括了该品项的建议零售价亦或是生产地点与日期。1 D与2 D条码也可以被用来追踪某项物品的运送细节。

RFID技术利用产品电子编码（EPC）取代了UPC，其形式为一组位元串流。EPC至少允许包含于同一组条码中的相同型态资讯可以被自动的搜集与进行远端存取，使得人的介入最小化。此外，EPC可以包含更多被贴上标签之品项的独特辨识（unique identifying）特性相关资讯，即便是有许多相同品项。还有，不同于常见的条码，不论品项朝向哪个方向或是周遭的照明条件如何都没有关系，这些品项仍然可以被侦测到并加以追踪。雾气、黑暗、甚至仓库里的灰尘都没有影响。

以下是目前一些RFID系统的主要应用案例：

·超级市场的食物集货架以及箱子，它们可以对资产进行追踪，并且对资产集中处提供更良好的管理。由于具有能够写入标签的 能力，因此可以加入额外的资讯（例如：出售截止日期）。此外，可以利用自动化重新订货来保持货架上有适当的存货。

·在图书馆中，它们可以用来使借还书的程序自动化，在以往，这些程序都必须利用条码扫瞄器逐一的读取标签以进行辨识。

·使用在衣服标签上，它们可用以辨识品项的真正来源。藉由使用标签中的辨识数字，品项得以被证实其可靠性，或者是被挑选出来调查其是否为伪造的。

·在制药工业中，它们可以用以保护产品，避免仿冒品的供应。

·在运动竞赛中，它们可以在长距离赛跑中精确地追踪一个赛跑者的进度。

RFID系统概观

RFID使用位元串流的无线射频（RF）传送方式来与物件进行沟通、辨识、分类、或追踪。每个物件都拥有其专属的RFID标签（也可以称为答询机：Transponder）。整体的系统会配备有标籤读取器，为接收来自于每个标签上的RF能量的子系统。读取器内建的软件会负责询问、解码、以及处理接收到的标签资讯；它还会跟存有标签资料库以及其他相关资讯的库存系统进行沟通。图1所示为RFID系统的概念性图解。

图1.RFID系统的简化图解
在系统前端，＂信号链＂（signal chain）从粘贴在物品上的小标签（tag）开始；当此标籤位在特定的区域时，RFID读取器将会侦测到其存在，并读取其以位元串流形式所传达的资讯。在系统的后端，位于企业中以伺服器为基础的系统会维护与更新标签资料库，发出警示或是启用其它以资讯为基础的处理程序。

RFID读取器

目前大多数RFID读取器都使用超过一个以上的处理器以满足应用装置需要。通常信号处理器会连接到一组模拟数字转换器（ADC）以及一组数字模拟转换器（DAC）上。接着网路处理器会与本地或是远端的伺服器进行沟通以便储存或是读取资讯。

RFID读取器对个别独立的标签与追踪／管理系统之间提供了连结。除了具有多样的尺寸外型之外，它通常也都小到足以挂载于柜台、三脚架、或是墙上。依据应用装置以及运作上的条件，可能会同时使用多重的读取器以便在特定区域内提供足够的服务能力。举例来说，在仓库中的读取器网路可以确保所有从A点移送到B点的集货架，都能百分之百的被查询过并记录下来。

总体而言，读取器提供了三项主要的功能：与标签进行双向沟通，以便将每个标签区隔开来；将接收到的资讯做初步处理；连接将资讯连回企业中的伺服器。

RFID读取器必须在运作现场对多个标签进行处理─对于空间受限区域的应用领域而言，这是一个相当重要的考量（举例来说，储存在许多的工厂集货架上有多个贴有标签的产品）。

在多个读取器／标签的场合中，主要的挑战乃是在同一时间有许多读取器送出查询需求，而也有多个标签进行回应时所会发生的碰撞（collision）。要避免这个问题的最常用方法，就是使用某些形式的分时多工（time-division multiplexing）演算法。这些读取器可以设定为在不同的时间进行查询，而标签则可以设定为在经过随机的时间间隔之后进行回应，这很明显能以嵌入式软件来实现，并提供额外的弹性。

RFID 答询机（标签）

一个RFID标签包含了一组IC晶片其中存有关于贴上该标签之物件的独特资讯（像是EPC资料）、一组天线（通常是印刷电路的形式）用以接收来自于读取器的RF能量与传送资讯、以及某些类型的外壳～用来将标签的元件加以封装。特别需要记得的是，前述所提到的「物品（object）」一词适用于任何数量的不同物件，从工厂的商品一直到动物、人类皆适用。从标签到读取器之间的距离是一个重要的系统变数，会受到标签技术的直接影响。标签有被动式、主动式、或者半主动式。

被动式标签

被动式标签是最简单的型态。它们唯一的供电是藉由来自于读取器所传送的RF能量，因而不需要内建电池，所以它们比较便宜、结构较耐用、以及相当的小巧（例如：大约是拇指指甲般的大小）。然而，被动式标签的读取器对标签范围（reader-to-tag range）是有限的，因为其所接收到的功率取决于它们和RFID读取器的实体接近程度。

链结的范围也会因所选择的RF频率而受到影响。低频率（LF）标签通常是采用 125 kHz到 135 kHz的频谱区间，因为它们的范围相当有限，而它们主要是用于存取控制以及动物用标签等方面。高频（HF）标签最常在13.56 MHz波段下运作，范围可以达到数尺。它们最常使用在简单的一对一物件读取上，像是存取控制、收费系统、以及可携式品项的追踪，好比图书馆的书籍。

在另一方面，UHF标签的运作频率是从850 MHz到950MHz之间，并且具有相当长距离的范围～10呎或更远。此外，因为潜在的更大频宽，所以读取器可以同时对许多这类型的标签进行查询，这点和低频率的一对一标签读取处理程序相反。这个特性可以协助将特定区域内的多重读取器需求最小化，也使得UHF标签在业界的存货追踪与控制方面之应用上非常受到欢迎。然而UHF标签无法有效的穿透液体，这是它的主要缺点，也使得它们无法使用在充满液体的物品上，像是饮料以及人体。想要追踪这些品项，通常会以HF标签来取代。