原创物联网系统中非接触近场通信方案RFID技术详解（四）_RFID芯片篇

 2024-10-11 12:29  209 1 1 分类: 物联网

物联网系统中为什么要使用RFID芯片

物联网系统中使用RFID芯片的原因主要可以归结为以下几个方面：

非接触式自动识别与数据采集

RFID芯片通过无线电波与读写器进行通信，无需物理接触即可实现信息的读取和写入，这极大地提高了数据交换的便捷性和效率。在物联网系统中，RFID芯片能够自动识别和采集物品的身份信息、位置信息以及状态信息等，无需人工干预，从而降低了人为错误和提高了数据采集的实时性和准确性。

高效的数据处理能力

随着技术的进步，RFID芯片的数据存储容量日益增大，能够存储更多的信息，满足复杂应用场景的需求。同时，RFID芯片具备高速的数据处理能力，能够迅速响应读写器的指令，并实时返回数据，这为物联网系统提供了高效的数据支持。

促进物联网系统的智能化升级

RFID芯片与物联网系统中的其他技术（如云计算、大数据、人工智能等）深度融合，共同推动了物联网系统的智能化升级。通过RFID芯片采集的数据，物联网系统能够实现对物品的实时监控、预测性维护、智能调度等功能，为企业提供更为精准、高效的管理决策支持。例如，在智能仓库管理中，RFID芯片可以实时追踪货物的位置和状态，提高库存管理的准确性和效率。

增强物联网系统的安全性与可追溯性

RFID芯片采用多种加密技术和安全协议，确保数据在传输和存储过程中的安全性和完整性，防止信息泄露和篡改。这对于物联网系统的安全性至关重要。同时，RFID芯片还具备防伪溯源的功能，能够确保物品从生产到消费的全链条可追溯，为食品安全、药品监管等领域提供了有力的技术支持。

适应复杂环境与应用场景

RFID芯片具有耐环境性，能够在各种恶劣环境下稳定工作。例如，在高温、低温、潮湿等环境下，RFID芯片仍能保持稳定的性能，确保数据的正常传输。这使得RFID芯片在物联网系统中具有广泛的应用场景，包括物流管理、仓储管理、生产制造、人员考勤和门禁控制等多个领域。

RFID芯片的具体应用场景

RFID芯片的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：

物流管理：在货物运输过程中实现实时追踪和监控。
库存管理：快速准确地盘点库存物品。
门禁系统：实现无接触式门禁控制。
支付系统：在零售、交通等领域实现快速支付。
资产管理：对固定资产进行追踪和管理。

综上所述，物联网系统中使用RFID芯片的原因主要包括非接触式自动识别与数据采集的高效性、高效的数据处理能力、促进物联网系统的智能化升级、增强物联网系统的安全性与可追溯性以及适应复杂环境与应用场景的能力。这些因素共同推动了RFID芯片在物联网系统中的广泛应用和发展。

本文会再为大家详解无线通信模块家族中的一员——RFID芯片。

RFID芯片的定义

RFID芯片，全称无线射频识别芯片，是一种利用射频信号进行非接触式数据交换的微型电子装置。它集成了存储、处理和控制电路，通过无线电波与读写器进行通信，实现数据的读取、写入和存储。RFID芯片就像是物联网时代的一个个“隐形身份证”，为每一个物体赋予了唯一的身份标识和信息载体。

RFID芯片的原理

RFID芯片的工作原理基于电磁感应或电磁波反射的原理。当RFID标签进入读写器的射频场时，标签会接收到读写器发出的射频信号，并凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签）或由标签主动发送某一频率的信号（有源标签）。读写器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行数据处理。

RFID芯片的分类

RFID芯片可以按照多种方式进行分类，以下是一些常见的分类方式：

按频率分类：低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）以及微波频段（Microwave）芯片。低频芯片稳定性高，适用于短距离应用；高频芯片数据传输速度快，适用于票务、支付等；超高频芯片标签识别距离远，适用于物流跟踪；微波频段芯片速度更快，适用于高速移动物体跟踪。
按供电方式分类：被动式标签芯片（无需电池供电，由读写器供电）、半主动标签芯片（带有一个电池供电的传感器模块，可以自动监测和上传传感器数据）和主动式标签芯片（自带电池，可以主动发送数据）。

RFID芯片与NFC芯片的区别

RFID芯片和NFC芯片在功能层面都是通过射频技术实现短距离通信，但它们在多个方面存在显著差异：

结构组成：RFID系统包含阅读器、标签和天线；而NFC将非接触读卡器、非接触卡和点对点功能整合进一块单芯片上。
通信方式：RFID实现单向无线通信，而NFC可以单向和双向通信，支持更复杂的交互。
通信距离：RFID的传输范围可以达到几米甚至几十米，而NFC的传输范围通常限制在几厘米内。
应用场景：RFID更多被应用在生产、物流、跟踪、资产管理等领域；而NFC则更多应用于门禁、公交、手机支付等消费类电子设备相互通讯的场景。

RFID芯片的选型参数

在选择RFID芯片时，需要考虑以下主要参数：

频率：根据应用场景选择合适的频率范围，如低频、高频、超高频或微波频段。
存储容量：根据需要存储的数据量选择合适的存储容量。
读写速度：根据应用场景对读写速度的要求进行选择。
安全性：考虑是否需要加密功能以确保数据传输的安全性。
成本：根据预算选择合适的芯片型号。

RFID芯片的使用注意事项

在使用RFID芯片时，需要注意以下几点：

标签类型匹配：根据应用场景选择合适的RFID标签类型，如有源、无源、高频、超高频等。
标签方向与位置：标签的放置方向和位置对读卡效果有很大影响，应确保标签垂直于读取器的天线方向，并尽量避免被金属物体遮挡。
参数设置合理：合理设置读取器的各项参数，如发射功率、读取速率、频率等，以避免电磁干扰和确保有效读取。
环境控制：注意控制使用环境的温湿度条件，避免极端环境对RFID标签和读取器性能的影响。
加密传输：在RFID数据传输过程中采用加密技术，确保数据的安全性和完整性。

RFID芯片的厂商

RFID芯片市场上有许多知名的厂商，如NXP（恩智浦）、TI（德州仪器）、ST（意法半导体）、Alien Technology等。这些厂商提供多种类型的RFID芯片，以满足不同应用场景的需求。请注意，随着技术的不断发展和市场的变化，新的厂商和产品不断涌现，建议在选择时仔细比较不同产品的性能和价格。

供应商A：中科微

1、产品能力

（1）选型手册

（2）主推型号1：Si24R2E

产品详情介绍

Si24R2E 是一颗工作在 2.45GHz ISM 频段，专为低功耗有源 RFID 应用场合设计，集成嵌入式 2.45GHz 无线射频发射器模块、128 次可编程 NVM 存储器模块以及自动发射控制器模块等。工作频率范围为 2400MHz-2525MHz，共有 126 个 1MHz 带宽的信道。内部集成高 PSRR 的 LDO 电源，保证 1.9-3.6V 宽电源范围内稳定工作。

Si24R2E 采用 GFSK 数字调制与解调技术。数据传输速率可配置，支持 2Mbps、 1Mbps 和 250Kbps 三种数据速率。高的数据速率可以在更短的时间完成同样的数据收发，因此可以具有更低的功耗。芯片输出功率可调节，根据实际应用场合配置相应适合的输出功率，节省系统的功耗。

Si24R2E 针对低功耗应用场合进行了特别优化，在关断模式下，所有寄存器值与 FIFO 值保持不变，关断电流为 700nA；在待机模式下，时钟保持工作，工作电流为 15uA，并且可以在最长 130uS 时间内开始数据的发射。

Si24R2E 开启自动发射功能，内部 Watchdog 与内部 RCOSC 时钟工作，内部 Timer 计时器开始计时，芯片工作在睡眠状态下，此时待机电流仅为 700nA。当内部 Timer 计时器计满，自动发射控制器自动完成数据从 NVM 存储器的装载与发射，数据发射完成后，芯片立即进入睡眠状态。Si24R2E 的平均功耗非常低，特别适合纽扣电池供电的应用系统。

Si24R2E 操作方便，不需要外部 MCU，即可以自动完成数据的装载与发射。NVM 存储器可以存储寄存器配置与发射的数据内容，掉电后不会丢失，数据可保持 10 年以上。在 3.3V 供电电压下，无需外部高压，外部 MCU 可以通过芯片的四线 SPI 接口完成 NVM 的配置编程，芯片最大可编程次数为 128 次，芯片支持 NMV 加锁，防止 NVM 配置数据回读，保证用户数据安全。

Si24R2E 具有非常低的系统应用成本，不需要外部 MCU，仅少量外围无源器件即可以组成一个有源 RFID 无线数据发射系统。