RFID技術(shù)在智能實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中的展望

摘 要：通過(guò)了解RFID系統(tǒng)的基本組成和工作原理，結(jié)合RFID技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用情況，提出了將RFID技術(shù)應(yīng)用到智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的展望，詳細(xì)分析了RFID智能實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比在各個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，探討了影響RFID在智能實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的因素。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；智能實(shí)驗(yàn)室；優(yōu)勢(shì)；展望

1 引言

自20世紀(jì)90年代開(kāi)始，無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)RFID （ Radio Frequency Identification）開(kāi)始興起。RFID 是一種非接觸性的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)， 是物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建基礎(chǔ)和核心技術(shù)，射頻識(shí)別（ RFID）技術(shù)以其能夠自動(dòng)識(shí)別物品并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)而被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)方面， 顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間， 被認(rèn)為是21世紀(jì)的最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。目前，RFID（無(wú)線射頻識(shí)別）技術(shù)已在現(xiàn)代化圖書(shū)館建設(shè)、物流跟蹤、車(chē)輛的自動(dòng)識(shí)別、智能交通系統(tǒng)、生產(chǎn)線自動(dòng)化及過(guò)程控制等方面得到了實(shí)際應(yīng)用，并且取得了良好效果。有鑒于此，提出了將RFID技術(shù)應(yīng)用到智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中來(lái)的構(gòu)想。

2 RFID簡(jiǎn)介

RFID 是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)，即無(wú)線射頻識(shí)別，俗稱電子標(biāo)簽，RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，利用射頻信號(hào)在空間電感或電磁耦合的傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體所攜帶信息的自動(dòng)化提取和識(shí)別。RFID 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電子標(biāo)簽的快速讀寫(xiě)，并可對(duì)多個(gè)標(biāo)簽和移動(dòng)物體進(jìn)行識(shí)別，有十分可觀的應(yīng)用前景。

2.1 RFID的組成及工作原理

RFID 主要由標(biāo)簽、閱讀器和天線三部分組成。按供電方式來(lái)分，標(biāo)簽可分為有源標(biāo)簽、無(wú)源標(biāo)簽兩種。RFID利用了射頻信號(hào)空間耦合（電感或電磁耦合）的傳輸特性，電感耦合指依據(jù)電磁感應(yīng)規(guī)律，基于變壓器模型，通過(guò)空間高頻交變磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)耦合；電磁耦合指依據(jù)電磁波空間傳播規(guī)律，基于雷達(dá)原理模型，通過(guò)發(fā)射的電磁波碰到目標(biāo)后反射同時(shí)帶回目標(biāo)信息[1]。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，閱讀器發(fā)出射頻信號(hào)，無(wú)源標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息，或者有源標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)，閱讀器讀取信息并解碼后將其送至后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。

2.2 RFID發(fā)展過(guò)程及其應(yīng)用

RFID技術(shù)是一種新的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，直接繼承了雷達(dá)的概念。在過(guò)去的半個(gè)多世紀(jì)里，RFID技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段，表1為RFID技術(shù)發(fā)展的歷史簡(jiǎn)表[2]。

3 RFID應(yīng)用于智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的可行性分析

高校越來(lái)越注重理論與實(shí)踐相聯(lián)系，用理論指導(dǎo)實(shí)踐，用實(shí)踐驗(yàn)證理論，高校實(shí)驗(yàn)室在理論與實(shí)踐相結(jié)合方面無(wú)疑起著巨大的作用。以往實(shí)驗(yàn)室只在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的時(shí)間開(kāi)放，在非實(shí)驗(yàn)時(shí)間關(guān)閉，學(xué)生想要在非實(shí)驗(yàn)時(shí)間利用實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備進(jìn)行理論驗(yàn)證非常困難。為了讓學(xué)生更好地利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室資源，我校中南大學(xué)最近實(shí)施了一項(xiàng)新的措施：全校范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室在非實(shí)驗(yàn)時(shí)間對(duì)學(xué)生完全開(kāi)放。這一措施對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)好消息，但是隨之而來(lái)的問(wèn)題是，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模越來(lái)越大，實(shí)驗(yàn)設(shè)備也會(huì)越來(lái)越多，實(shí)驗(yàn)室工作人員在實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理方面面對(duì)著很大的壓力。目前RFID技術(shù)已經(jīng)基本成熟，并且已經(jīng)在圖書(shū)館管理、物流管理等方面得到了應(yīng)用，將RFID技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室管理中來(lái)，建設(shè)智能實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為了大勢(shì)所趨。基于RFID的智能實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室相比主要有以下的優(yōu)勢(shì)：用RFID標(biāo)簽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的管理、方便實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的清點(diǎn)、對(duì)進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室的人員進(jìn)行智能登記、方便實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的流通。

3.1 信息管理

RFID標(biāo)簽的存儲(chǔ)容量很大，可以將大量的信息存儲(chǔ)于一個(gè)RFID標(biāo)簽中，便于信息的管理，并且RFID標(biāo)簽可進(jìn)行反復(fù)讀寫(xiě)操作，方便對(duì)標(biāo)簽內(nèi)信息的更改。給實(shí)驗(yàn)室每臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置一個(gè)RFID標(biāo)簽，每個(gè)RFID標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)著對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備可唯一標(biāo)識(shí)的信息，方便對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理。將RFID系統(tǒng)應(yīng)用于學(xué)生校園卡，對(duì)應(yīng)于每張校園卡，RFID也都有唯一的標(biāo)識(shí)。當(dāng)學(xué)生進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室時(shí)，實(shí)驗(yàn)室門(mén)口的閱讀器可智能地將進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間進(jìn)行登記，無(wú)需工作人員在實(shí)驗(yàn)室門(mén)口對(duì)進(jìn)出學(xué)生進(jìn)行登記。

3.2 方便設(shè)備清點(diǎn)

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理中，每次學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)室工作人員都要對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行一一清點(diǎn)、歸類(lèi)放置，這項(xiàng)工作比較枯燥、勞動(dòng)強(qiáng)度大，不利于實(shí)驗(yàn)室工作人員把精力集中到對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)上來(lái)。在RFID智能實(shí)驗(yàn)室中，工作人員拿著手持式的閱讀器經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)房間時(shí)，可以識(shí)別出實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備標(biāo)簽中的信息，便可以了解整個(gè)房間實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況，可以快速查看設(shè)備是否丟失、是否借出、是否在指定的位置等信息。

3.3 對(duì)設(shè)備進(jìn)行流通管理

高校每年在實(shí)驗(yàn)設(shè)備采購(gòu)中的投入在總的經(jīng)費(fèi)支出中占據(jù)很大的比重，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式下，院與院之間、學(xué)校與學(xué)校之間由于信息封閉，使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備尤其是貴重設(shè)備在院與院之間、學(xué)校與學(xué)校之間流通不暢，實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率低、實(shí)驗(yàn)設(shè)備重復(fù)購(gòu)買(mǎi)等已經(jīng)成了普遍現(xiàn)象。RFID智能實(shí)驗(yàn)室完全可以解決這一問(wèn)題，將各院、各學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)管理，某個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備被借出后，對(duì)應(yīng)該設(shè)備的RFID標(biāo)簽會(huì)更改相應(yīng)的信息，將更改后的信息傳送給閱讀器，閱讀器將信息上傳到網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)跟蹤。

4 RFID在智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中要解決的問(wèn)題

作為一種新技術(shù)，RFID具有廣泛的應(yīng)用前景，但是在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題，下面是RFID技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中面對(duì)的一些問(wèn)題，下面這些問(wèn)題的解決會(huì)在很大程度上完善整個(gè)RFID應(yīng)用系統(tǒng)，有利于推動(dòng)RFID技術(shù)在智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面的發(fā)展。

4.1 問(wèn)題一：RFID的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題

目前，國(guó)際上RFID產(chǎn)品在頻段、通信、接口等方面還沒(méi)有形成一個(gè)統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，甚至是同一個(gè)國(guó)家的不同RFID公司之間也沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO18000、 歐美EPC Global和日本的 Ubiquitous ID Center三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成三足鼎立局面，然而這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間并不兼容，在通訊方式、防沖突協(xié)議和數(shù)據(jù)格式3個(gè)方面存在明顯差別[3]。

4.2 問(wèn)題二：RFID標(biāo)簽及其設(shè)備的成本問(wèn)題

目前RFID公司最關(guān)注的問(wèn)題就是該如何降低標(biāo)簽和閱讀器價(jià)格，并且考慮RFID系統(tǒng)在安裝和實(shí)施應(yīng)用方案時(shí)所產(chǎn)生的成本問(wèn)題。當(dāng)前電子標(biāo)簽的價(jià)格很高，無(wú)源標(biāo)簽價(jià)格在30美分左右，有源標(biāo)簽價(jià)格在1美元左右，只有電子標(biāo)簽的單價(jià)在10美分以下才能在社會(huì)上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。目前，射頻閱讀器的價(jià)格在1000美元以上，高昂的價(jià)格使得社會(huì)上難以形成大量的需求。

4.3 問(wèn)題三：RFID的安全性問(wèn)題

RFID技術(shù)在使用過(guò)程中會(huì)遇到很多安全性方面的問(wèn)題。第一，金屬的遮擋會(huì)影響RFID標(biāo)簽中無(wú)線電波的頻率，導(dǎo)致閱讀器無(wú)法讀取標(biāo)簽中的信息；第二，無(wú)線射頻的發(fā)射和接收需要天線線圈，而天線線圈很容易折斷，會(huì)使得標(biāo)簽因天線斷路而失效；第三，目前的RFID系統(tǒng)還沒(méi)有可靠的安全機(jī)制，不能對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行很好的保密，RFID數(shù)據(jù)容易受到黑客的攻擊，從而造成數(shù)據(jù)的泄露、流失。總的來(lái)說(shuō)，RFID的安全性問(wèn)題本質(zhì)上就是解決標(biāo)簽與閱讀器之間通信安全的問(wèn)題。

4.4 問(wèn)題四：RFID標(biāo)簽的讀取可靠性問(wèn)題

在正常的讀取距離和使用環(huán)境下，RFID讀取數(shù)據(jù)的正確率較為理想。但是，因?yàn)槟壳癛FID技術(shù)尚不夠成熟，容易受到外界射頻信號(hào)或特殊材料的影響，單片RFID標(biāo)簽的正確讀取率約為80%；雙片標(biāo)簽的正確讀取率達(dá)到96%左右[3]。在較差壞境下，RFID標(biāo)簽?zāi)鼙徽_識(shí)別的技術(shù)還有待提高。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要結(jié)合RFID技術(shù)提出了RFID技術(shù)在智能實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中的展望，RFID技術(shù)作為一個(gè)新技術(shù)正在蓬勃發(fā)展，雖然現(xiàn)在在各個(gè)方面面臨著困難，但是，毋庸置疑的一點(diǎn)是，RFID技術(shù)必將引領(lǐng)21世紀(jì)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是建設(shè)智慧城市、智能校園的技術(shù)核心，在智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面定會(huì)大放異彩。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：唐永強(qiáng)（1992-），男，山東省聊城市陽(yáng)谷縣，學(xué)生，本科。研究方向：自動(dòng)化專業(yè) 。