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RFID的基本原理與發展

RFID課程主題一

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課程內容

RFID簡介RFID的基本原理與種類各種 RFID Reader介紹RFID的發展與近況RFID的相關應用簡介

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• RFID 為 Radio Frequency Identification 的縮寫，中文為無線射頻辨識系統，其主要的原理為利用無線電波發送的磁場進行無線資料辨識及擷取的工作。

• RFID 系統的構成主要可分為標籤Transponder （ Tag ）及 Reader 。完成品有著各式各樣的形狀和大小，不過基本功能卻是一樣，只要搭配專用的讀寫器，就可以從外部讀取或寫入資料。

RFID簡介 1 ( 組成 )

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• 標籤 Transponder （ Tag ）內含微細的晶片及天線，標籤如果透過電池動作一般稱之為Active （主動式） Tag ，主動式 Tag 可儲存較大的記憶體及較遠的讀取距離，但唯一的缺點為價格較昂貴。 Tag 如果靠內感電耦，則稱之為 Passive （被動式） Tag ，被動式Tag 價格較低，感應距離短。

RFID簡介 2( 組成 )

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• 電子標籤 (Tag)：通常以電池的有無區分為被動式和主動式兩種類型。被動式 Tag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。

• 讀取器 (Reader)：利用高頻電磁波傳遞能量與訊號，電子標籤的辨識速率每秒可達 50個以上。可以利用有線或無線通訊方式，與應用系統結合使用。

• 應用系統：RFID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。

RFID簡介 3( 組成 )

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• Reader 最主要的功能在於接收主機端的命令，對於儲存在 Tag 的資料以有線或無線方式傳送回主機。 Reader 內含 Controller 及Antenna ，如果讀取距離較長，則 Antenna會單獨存在。

RFID簡介 4( 原理 )

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• RFID 在歷史上的首次應用可以追溯到第二次世界大戰期間 ( 約 1940 年代 ) ，其當時的功能是用於分辨出敵方飛機與我方飛機。我方的飛機上裝載有高耗電量的主動式標籤 (Active Tag) ，當雷達發出詢問的訊號，這些標籤就會發出適當的回應，藉以識別出自己是友軍或是敵軍。此系統稱為 IFF(Identify: Friend or Foe) 。目前世界上的飛安管制系統仍是以此為概念。

RFID簡介 5 ( 起源 )

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• 從 1994 年到 2003 年，美國國防部連續給予 SAVI公司合約來建置美軍的全球可視化後勤網路。運用RFID 技術， SAVI公司幫助美軍加快了從生產工廠到散兵坑的運送並改善了對運送的掌控，消除了超額的後勤補給，減少了人工失誤。美國國防部在 2003年伊拉克戰爭中驗收了這項成果。

• 美國沃爾瑪 (Wal-Mart Stores)公司在 2003 年 6月時宣佈將在 2005 年，全球前 100 大供應商必須在交貨至Wal-Mart 的貨盤或貨箱上安裝 RFID Tag ，並在 2006 年年底前擴大至所有供應商。而英國特易購(Tesco)公司也將在 2006 年 9月時導入 RFID 。全球一些零售體系如德國Metro 等相繼跟進宣佈。

RFID簡介 6( 過去與未來 )

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• 依工作頻率可分為低頻 LF 、高頻 HF 、超高頻UHF 、微波 Microw wave

• RFID 常用頻率在 100KHz~6.8GHz ，各國對於無線電頻譜有不同的管制法令， RFID目前並無標準使用頻段，台灣預定在 922~928MHz 。

RFID簡介 7( 工作頻率 )

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RFID簡介 8( 與條碼比較 )

• 資料可更新：條碼印刷之後就無法更改， RFID TAG 則可不限制次數地新增、修改、刪除儲存的資料。

• 方便資料辨讀：條碼閱讀器需在近距離而且沒有物體阻擋下，使掃描光源照射在條碼上才能辨讀。 RFID TAG 只要花無線電波的範圍內，即可傳遞訊號。通信距離與對環境變化的忍受度和耐污度都較條碼高。

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RFID簡介 9( 與條碼比較 )

• 可重覆性使用：條碼常隨著商品的壽命結束而結束 ;RFID TAG因為本身資料可更新，因此可以重覆不斷地使用。

• 可同時讀取數個資料：條碼閱讀器一次只能讀取單一條碼資料； RFID Reader 可同時間辨識讀取數個 RFID TAG 。

• 安全性： RFID TAG 讀取方面皆有密碼保護，高度安全性的保護措施使之不易被偽造及變造。

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RFID簡介 10( 與條碼比較 )

•儲存資料的容量大 : 一維條碼的容量是數十 Bytes；二維條碼最大的容量可儲存數千 Bytes ； RFID Tag最大的容量可達數 Megabytes

•成本較高： RFID成本是條碼的數十至數百倍。

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RFID 的種類

• Passive RFID(EPC & ISO) :– ISO18000-6 : Majorly for RF unfriendly applications– EPC – Majorly for RF friendly applications– ISO15693 : Major for Library & Shop Floor Ctrl applications – ISO14443 : Major for NFC applications

• Active RFID(433MHz & 2.45GHz):– Property Protocol & Open Standard(EPC &802.15.4)– Tag cost is High

• Semi-Active RFID:– New Technology

• 802.11b Wi-Fi:– Technology is mature/Tag cost is High

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• Class0 –　唯讀　只能讀取不能作任何寫入，這是最基本類型的電子標籤，在出產時就

將 EPC （ Electronic Product Code ）寫入晶片，並且無法對 EPC做更改。

• Class1 – 只可寫入一次　這是可寫入一次的電子標籤，這一種標籤在出產時不會寫入資料，購買的廠商可以利用編碼器加入資訊。像Wal-Mart 要求其供應商使用的就是這種的電子標籤。

• Class2 – 可讀寫　這是可重覆讀寫的電子標籤，適合用來儲存貨品編碼外的很多資料，例如有效日期、產地或其他參考編號等。由於所寫入的資料會較多，所以標籤記憶體容量也較大。

• Class3 – 半被動式　 除擁有讀寫功能外，是一種內附感應器的電子標籤• Class4 – 主動式　這是含有電池的電子標籤，能發出訊號與其它標籤進行溝通，不須經

過感應器

Tag的五種格式

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射頻無線電器材使用規定• 需取得電信總局形式認證

– IF5 DGT字號 :ETC094LPD0373– IF4 DGT字號 :ETC094LPD0373-a

• 不得任意加大功率或調整頻率– 輸出功率不得大於 1W(30dBm)–台灣地區 RFID 頻段 : 922 ~ 928 MHz

• 不得干擾其他通信設備

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Conveyor Reader

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Portal Reader - I

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Portal Reader - II

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Dock Door 1

Dock Door 20

Cost Savings $

ForkLift Reader - I

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Source:Intermec

ForkLift Reader - II

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Reusable Plastic Container tag

Source:Intermec

UHF (860-960MHz) Plastic Tag

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Metal mount tag

Source:Intermec

UHF (860-960MHz) Metal Mount tag

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Smart label tag

Source:Intermec

UHF (860-960MHz) RFID Smart Label

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RFID 的發展與近況

Pre-50’s 1970’s 1980’s 1990’s 2000’s

RFID TIMELINE

• WW II: Radar refined

• 1st Toll Collection

System - Norway

• Texas, Georgia / Oklahoma Tolls

• 1984: IDX/Allen Bradley install GM System

• 1977: Electronic license plate for

motor vehicles

• 1979: RFID animal

implants

• MIT Auto-IDCenter formation

• EPC™ introduced

• 2004: TREAD

•EPCglobal formed 2003

• 2003: RFID prominent inIraqi Freedom

• 2005: WalmartMandate Start

History of RFID

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Why RFID is Hot Today

• Tag Cost Down(From USD$1 to $50cents)– (Cost est’d Based on Volume-200,000 pcs tag)

• UHF RFID Deregulation– (Original only available in N.A.

Now EU & Half of Asia countrys are open)• Guaranteed Future by Retail Giants & DOD

– (Wal-Mart;Tesco & Metro)• Asian Countrys put Government resources to

promote RFID industry– (Japan;Korea;Singapore & Taiwan)

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RFID 的相關應用簡介• 海關 RFID 應用 - 中國大陸• 生產線料件控管 - 料車追蹤• 機房設備控管• 其它 UHF 被動式 RFID 應用

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海關 RFID 應用 - 中國大陸

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生產線料件控管 - 料車追蹤

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機房設備控管

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• 博物館典藏品管控• 生產線資料收集• 物流棧板追蹤管理• 行李追蹤• 郵務追蹤管理

其它 UHF 被動式 RFID 應用