第三章 RFID 簡介

1. 第三章 RFID簡介

2. 教學目標 • 以圖解方式介紹基礎運作流程及架構 • 使同學簡單地瞭解RFID之基本原理 • 從日常生活中的應用導入實體裝置及概念

3. 大綱 • 何謂RFID？ • RFID發展歷史 • RFID組成元件與基本原理 • RFID組成元件 • RFID運作流程 • RFID基本原理 • RFID分類 • 以電池的有無區分 • 以運作頻率區分 • 以標籤可讀寫性區分 • RFID關鍵問題 • RFID特性 • RFID限制 • RFID應用 • 小結

4. 何謂RFID？

5. 何謂RFID？ • 無線射頻識別 (Radio Frequency Identification, RFID)是一種無線識別技術，透過商品上的微晶片「標籤」，可將資訊連結至後端資料庫裡，用以識別、追蹤與確認商品的狀態 • 可以透過無線射頻 (Radio Frequency) 讀取到數值資料(Identification)，統稱RFID • 是一種內建無線電技術的晶片，晶片中可存放一系列資訊，如：產品別、位置和日期等，其體積可做到極小，可隨附於所要識別的實體上，並可以非接觸的方式，快速且大量地讀寫其內容資料 • 最大的好處是能提高整體物品管理效率及節省人力成本，比目前條碼系統，有更高效率與彈性

6. RFID為何這麼熱門？ • 標籤成本降低 • 從美金1元降到50分 • 價格在於標籤的數量（約200,000個標籤） • 超高頻 (UHF) RFID撤銷管制規定 • 本來只能在北美洲 (North America, N.A.) 使用，而現在可以在歐洲及半個亞洲使用 • 零售業巨頭的未來保證與美國國防部要求 • Wal-Mart、Tesco、Metro與U.S. DoD • 亞洲國家皆利用政府資源推廣RFID工業 • 日本、韓國、新加坡、香港、大陸和台灣

7. RFID發展歷史

8. RFID發展歷史 • 在二次大戰期間（1950年代），RFID已為英國空軍採用，用以偵測並確認前往機場的飛機是否為己方所有（敵我識別），避免己方戰機遭到誤擊的可能；用的是長距離的主動式RFID，直到現在飛機的航安系統仍使用RFID做識別

9. RFID發展歷史（續） • 1970年末期，美國政府透過Los Alamos科學實驗室將RFID技術轉移到民間；RFID技術最先在商業上的應用是在動物（牲畜）身上 • 1980年，美國與歐洲的幾家公司開始著手生產RFID標籤；今日，RFID技術已經被廣泛應用於各個領域

10. RFID發展歷史（續） • 2005年，對於物流業與零售業者而言是一個技術和管理的轉捩點，全球百貨零售業龍頭渥爾瑪 (Wal-Mart)宣佈，將要求旗下前一百大供應商採用RFID系統；根據Wal-Mart的估計，倘若所有的供應商和所有Wal-Mart的分店全面採用RFID標籤，每年將可節省84億美元，削減5%的公司存貨以及降低7%管理倉庫的人事成本

11. RFID發展歷史（續）

12. RFID組成元件與基本原理

13. 有線或無線通訊 應用系統 天線 電子標籤 讀取器 RFID組成元件 • 電子標籤 (Tag) • 讀取器 (Reader)／天線 (Antenna) • 應用系統 (Application System)－資訊系統／後端資料庫系統

14. RFID組成元件（續） • 電子標籤 • 內含微細的晶片 (Chip) 及天線 • 通常以電池的有無區分為被動式、半被動式和主動式三種類型 • 被動式標籤是接收讀取器所傳送的能量，轉換成電子標籤內部電路操作電能，不需外加電池，可達到體積小、價格便宜、壽命長以及數位資料可攜性等優點 • 記憶體空間從16位元到512K位元組以上

15. 天線 晶片 RFID組成元件（續） • 電子標籤（續）

16. RFID組成元件（續） • 讀取器 • 接收主機端的命令，對於儲存在標籤的資料以有線或無線方式傳送回主機，與應用系統結合使用 • 利用電磁波傳遞能量與訊號，電子標籤的識別速率每秒可達50個以上 • 內含控制器 (Controller) 及天線，如果讀取距離較長，則天線會單獨存在 • 有些RFID設備可以將資料寫入電子標籤中，稱為寫入器 (Writer)；同時具備讀取和寫入功能的設備就稱為讀寫器 (Reader/Writer)

17. RFID組成元件（續） • 讀取器外觀

18. RFID組成元件（續） 0。 • 天線 • 負責無線電訊號的感應 270。 90。 180。

19. RFID組成元件（續） • 應用系統 • RFID應用系統結合資料庫管理系統、電腦網路與防火牆等技術，提供全自動安全便利的即時監控系統功能 • 相關整合應用包括航空行李監控、生產自動化管控、倉儲管理、運輸監控、保全管制以及醫療管理等

20. RFID運作流程 • 標籤是一種被動的回信裝置，當系統啟動時，由讀取器產生特定頻率的無線電訊號，激發標籤內部晶片中的程式，進而產生射頻電波，並將記憶體中的識別碼 (ID Code) 傳回讀取器，再經由解碼之後，由主控電腦進行判別，完成識別功能 • 讀取器在於傳送資料和能量，然後激化標籤並讀取標籤資料 • 一個讀取器可讀取多個不同標籤 • 讀取器由系統頻率產生器產生工作頻率，接著微處理器產生要送至標籤的訊號給調變電路，調變電路把訊號調變成載波，送給射頻功率晶體，最後由天線將無線信號發給標籤 • 天線接收標籤所回覆的資料後，傳送至接收器解碼後，再送至上層的控制器，由控制器將解碼後的資料傳給資料庫及電腦等外部裝置，若屬加密的系統，也一併作加解密處理

21. 2.讀取器透過天線送出一定頻率的射頻信號 天線 1.應用系統對讀取器下達命令 電子標籤 3.當標籤進入無線範圍時產生感應電流而獲得能量，向讀取器送出ID碼等訊息 有線或無線通訊 應用系統 讀取器 5.讀取器將訊息/數據送至應用系統主機進行處理 4.讀取器讀取訊息並解碼 RFID運作流程（續）

22. RFID基本原理 • EAS系統之1位元詢答器 (1-Bit Transponder) • 含晶片之n位元詢答器 (n-Bit Transponder) • 電磁感應（感應耦合 (Inductive Coupling)） • 微波共振（電磁反散射耦合 (Electromagnetic Backscatter Coupling)）

23. RFID基本原理（續） • 電磁感應（感應耦合）（低頻和高頻） • 當電流通過讀取器的天線時，會在天線周遭產生磁場，此時RFID標籤一旦切入該磁場就會因為磁場的改變而在標籤上產生感應電流，成為標籤運作的電力來源 • 微波共振（電磁反散射耦合）（超高頻和微波） • 此類讀取器的天線成正負兩極狀，當電流通過時會產生電波，使得遠方的標籤天線因為共振而產生電力

24. 1. 電流通過 讀寫器 標籤 4. 讀寫記憶體 讀/寫功能 邏輯電路 記憶體 3. 產生電流 2. 產生磁場 6. 接收結果 5. 回覆結果 電磁感應

25. 1. 電流通過 4. 讀寫記憶體 讀寫器 標籤 讀/寫功能 邏輯電路 記憶體 3. 產生電流 2. 產生電波 6. 接收結果 5. 回覆結果 微波共振

26. RFID分類

27. 標籤的分類 27 27 • 依下列的分類依據可對標籤作分類 • 電力來源（以電池的有無區分） • 被動式、半被動式、主動式 • 使用頻率（以運作頻率區分） • 低頻、高頻、超高頻、微波 • 存取方式（以標籤可讀寫性區分） • 唯讀、一寫多讀、可讀寫

28. 以電池的有無區分 • 被動式 (Passive) • 標籤由讀取器傳送的無線電訊號進行充電，來回應相關資訊 • 半被動式 (Semi-passive) • 標籤上有電池，當有事件觸發時可提供電力給標籤，以增加讀取距離、運算能力或效率 • 主動式 (Active) • 標籤上有電池，可由標籤主動傳輸射頻信號

29. 以運作頻率區分 • 低頻 (Low Frequency, LF)：30~300KHz • 高頻 (High Frequency, HF)：3~30MHz • 超高頻 (Ultra High Frequency, UHF)：300~3000MHz • 微波 (Micro Wave)：2.45~5.8GHz • 所使用運作頻率會影響讀取距離

30. 以標籤可讀寫性區分 • 唯讀 (Read Only, RO) • 可讀寫 (Read/Write, RW) • 一寫多讀 (Write Once Read Many, WORM)

31. 標籤的分類（續） 依照標籤的電力來源可分為下列三類 被動式標籤 (Passive Tag) 內部沒有電池，電力由讀取器發送出的電磁波提供，標籤吸收電波之後會轉換成自身電力送回訊號 優點是體積小、價格便宜、壽命長 缺點是讀取距離較短 主要用於動物晶片、非接觸式智慧卡和防盜管理等 31 31

32. 標籤的分類（續） 半被動式標籤 (Semi-Passive Tag) 通常與感測器結合 與主動式標籤一樣附有電池，但是內部電力提供感測器監測周遭環境，不足用來通訊，所以必須仰賴讀取器提供的電磁波才能回送訊號 優點是讀取距離較被動式標籤長、抗干擾能力更強 主要用於監測周遭環境溫度或是震盪情況等 32 32

33. 標籤的分類（續） 主動式標籤 (Active Tag) 標籤上附有電池，會主動偵測周遭有無讀取器發送的訊號，並且提供本身的資料給讀取器 優點是電力充足所以資料通訊的範圍較長，記憶體容量較大 缺點是體積大、價格較貴、使用壽命較短 主要用於軍事、醫療或工業上 33 33

34. 標籤的分類（續） 被動式 讀取器 標籤 半被動式 讀取器 標籤 電池 主動式 讀取器 標籤 電池 34 34

35. 標籤比較表－電力來源 35 35

36. 標籤比較表－電力來源（續） 36 36

37. 無線電的九個頻帶

38. 電視 衛星氣象天文 計程車無線電話 業餘通訊航空 民用無線電 雷達 電視 導航 調頻廣播 航海、 感應式室內 呼叫系統 航海通訊 無線電 業餘通訊 微波中繼 各種雷達 衛星廣播 雷射通訊光學通訊 VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF Optic （頻率） 3 KHz 30 KHz 300 KHz 3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz 30 GHz 300 GHz 3 THz 100 km 10 km 1 km 100 m 10 m 1 m 10 cm 1 cm 1 mm （波長） 無線電的九個頻帶（續）

39. 標籤的分類（續） 根據頻率的高低，大致上可分為四類 低頻 (Low Frequency, LF) 使用的頻段在100~500KHz之間 以125KHz和135KHz最為常見 優點：不易受干擾，當標籤靠近金屬或是液體的物品時，還能夠有效發射訊號 缺點：讀取距離短、無法同時識別多個標籤 主要用於門禁系統、動物晶片和汽車防盜器等 39 39

40. 標籤的分類（續） 高頻 (High Frequency, HF) 使用頻段在10~15MHz之間 以13.56MHz最為常見 優點：感應距離較長、讀取速度較快，而且可以同時間識別多個標籤 主要應用於圖書館管理、產品管理和非接觸式智慧卡等 40 40

41. 標籤的分類（續） 超高頻 (Ultra High Frequency, UHF) 使用頻段在433~960MHz之間 以433MHz和860~960MHz最為常見 優點：讀取距離較遠、傳輸速率較快、可同時讀取識別大量標籤、天線可用蝕刻或印刷方式製造 缺點：在金屬和液體的物品上讀取率不佳 主要用於鐵路車廂監控和倉儲管理等 41 41

42. 標籤的分類（續） 微波 (Microwave, MW) 使用頻段在1GHz以上 其中以2.45GHz及5.8GHz最為常見 特性與超高頻類似，對於環境的敏感性較高 主要用於行李追蹤、物品管理和供應鏈管理等 42 42

43. 標籤比較表－使用頻率 43 43

44. 標籤比較表－使用頻率（續） 44 44

45. RFID頻率/距離效能比 識別距離(公尺) 頻率

46. 各國UHF頻段 46 46

47. 標籤的分類（續） RFID標籤可以依據存取方式分為下列三種 唯讀 (Read-Only, RO) 標籤內存資訊在出廠時已經被寫死，無法被修改或是寫入資料，使用者只能讀取標籤內的資料 主要用於門禁管理和動物管理等 47 47

48. 標籤的分類（續） 一寫多讀 (Write Once, Read Many, WORM) 使用者只能寫入或修改標籤內容一次，之後就等同唯讀標籤可以被多次讀取 成本較唯讀式高 主要用於資產管理、藥品管理、危險品管理和軍品管理等 48 48

49. 標籤的分類（續） 可讀寫 (Read-Write, RW) 使用者可以透過讀寫器重新寫入或修改標籤內部資訊 成本為三者中最高 主要用於航空貨運、行李管理、信用卡服務和捷運票證等 49 49

50. RFID關鍵問題