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來(lái)源：Digi-Key 作者：Jeff Shepard 資產(chǎn)跟蹤和供應(yīng)鏈管理是眾多工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 應(yīng)用中的重要活動(dòng)，具體應(yīng)用領(lǐng)域包括制造工廠、物流和配送中心、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院和醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)、建筑和運(yùn)輸。指定一個(gè)無(wú)源射頻識(shí)別 (RFID) 資產(chǎn)追蹤系統(tǒng)是復(fù)雜的。貴重資產(chǎn)在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中可能會(huì)暴露在各種不受控制的條件下，包括沖擊和振動(dòng)、高溫、低溫和潮濕的環(huán)境，而且有各種應(yīng)用特定的 RFID 標(biāo)準(zhǔn)需要考慮。 設(shè)計(jì)人員需要采用堅(jiān)固可靠的標(biāo)簽，以承受工業(yè)、建筑和制造環(huán)境的惡劣條件。這些標(biāo)簽要有各種標(biāo)準(zhǔn)尺寸和讀取范圍選擇，以滿足特定資產(chǎn)類型和類別的需要。本文簡(jiǎn)要回顧了無(wú)源 RFID 技術(shù)以及與 RFID 標(biāo)簽和數(shù)據(jù)有關(guān)的幾個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。然后介紹了 Molex、Murata Electronics 和 ThingMagic 的 RFID 標(biāo)簽、RFID 讀取器和系統(tǒng)解決方案。 無(wú)源 RFID 標(biāo)簽由天線和集成電路組成，包括一個(gè)帶有調(diào)制器、解調(diào)器、射頻能量收集單元的模擬前端 (F/E)、一個(gè)帶有編碼/解碼器的控制器、控制電子裝置、時(shí)鐘和存儲(chǔ)器（圖 1）。無(wú)源 RFID 標(biāo)簽不使用電池。在大多數(shù)無(wú)源 RFID 標(biāo)簽中，存儲(chǔ)器可以被重新寫入，而且 RFID 標(biāo)簽可以交換的數(shù)據(jù)量比條形碼等替代品大得多。 
圖 1：無(wú)源 RFID 標(biāo)簽由一個(gè)天線和一個(gè)包括模擬前端 (F/E) 、控制器和存儲(chǔ)器的 IC 組成。（圖片來(lái)源：Murata） 無(wú)源超高頻 (UHF) RFID 標(biāo)簽的讀取距離可達(dá)數(shù)米，而且可以同時(shí)讀取多個(gè)標(biāo)簽。與條形碼相比，RFID 使用無(wú)線通信，標(biāo)簽可以從包裝箱外讀取，無(wú)需開箱（圖 2）。此外，RFID 標(biāo)簽對(duì)灰塵、濕氣、振動(dòng)和其他可能干擾條形碼使用的環(huán)境因素不敏感。RFID 標(biāo)簽有各種為特定應(yīng)用設(shè)計(jì)的形式。有些標(biāo)簽是為追溯和跟蹤金屬物品而設(shè)計(jì)的，利用金屬表面作為增益天線來(lái)增加工作范圍。業(yè)內(nèi)已經(jīng)為無(wú)源 RFID 標(biāo)簽制定了各種通信和數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)。
圖 2：RFID 標(biāo)簽可以在幾米開外進(jìn)行讀取。在有些設(shè)計(jì)中，可以同時(shí)讀取多個(gè)標(biāo)簽，并且可以通過(guò)盒子和其他包裝讀取標(biāo)簽。（圖片來(lái)源：Murata） RAIN RFID RAIN RFID 聯(lián)盟提倡使用 ISO/IEC 18000-63 GS1 UHF Gen2 協(xié)議。RAIN (RAdio frequency IdentificatioN) 旨在鏈接 UHF RFID 標(biāo)簽和云。它能夠讓 RFID 數(shù)據(jù)可以利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和共享。系統(tǒng)要利用 RAIN 解決方案，就需要有 RFID 標(biāo)簽、讀取器和軟件，以提供與本地網(wǎng)絡(luò)的鏈接，并通過(guò)這個(gè)鏈接連接到云（圖 3）。RAIN 聯(lián)盟在 ISO 編號(hào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用公司識(shí)別號(hào) (CIN) 簡(jiǎn)化了編碼�；� ISO 的編號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是為了支持 RAIN RFID 標(biāo)簽的無(wú)碰撞識(shí)別，旨在為現(xiàn)有的專有或廠商定義數(shù)據(jù)格式提供一個(gè)無(wú)干擾的替代選擇。
圖 3：RAIN RFID 受一個(gè)名為 EPC UHF Gen2v2 或 ISO/IEC 18000-63的單一全球標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)管。（圖片來(lái)源：RAIN 聯(lián)盟） 電子產(chǎn)品代碼和 RFID RAIN 使用的電子產(chǎn)品代碼 (EPC) Gen 2v2 是針對(duì)無(wú)源 UHF RFID 標(biāo)簽的無(wú)線接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。EPC Gen 2v2 還包括提高安全性、防止假冒和增強(qiáng)隱私的功能，方法通過(guò)對(duì)標(biāo)簽和讀取器進(jìn)行認(rèn)證。Gen 2v2 標(biāo)簽的存儲(chǔ)器可被分割成多個(gè)文件，符合要求的標(biāo)簽可用于電子物品監(jiān)控 (EAS)。 EPC 標(biāo)準(zhǔn)由 EPCglobal 制定，并為 ISO 18000-6C 標(biāo)準(zhǔn)所認(rèn)可和采納。除了為標(biāo)簽和讀取器的通信方式制定標(biāo)準(zhǔn)外，與 EPC 相關(guān)的一套標(biāo)準(zhǔn)還確定了 EPC 數(shù)據(jù)在不同用戶之間的共享方式。EPC 是物理對(duì)象的通用標(biāo)識(shí)符。由于它廣泛用于 RFID 標(biāo)簽，EPC 標(biāo)簽數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)包括了對(duì)第二代 RFID 標(biāo)簽上可能存儲(chǔ)的除 EPC 以外的數(shù)據(jù)的要求。雖然 EPC 和 RFID 標(biāo)簽之間有很大的重疊，但它們?cè)诒举|(zhì)上是不同的；RFID 是數(shù)據(jù)載體技術(shù)，而 EPC 是一種標(biāo)識(shí)符和數(shù)據(jù)式。 針對(duì)醫(yī)療設(shè)備的 EAS 和 UDI 法規(guī) 與 EPC 類似，許多國(guó)家的唯一設(shè)備識(shí)別 (UDI) 法規(guī)要求醫(yī)療設(shè)備有獨(dú)立的識(shí)別器，以支持 EAS 實(shí)現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備的安全使用和儲(chǔ)存。UDI 系統(tǒng)適用于許多類型的醫(yī)療設(shè)備，但對(duì)手術(shù)器械尤其重要，因?yàn)樵谑中g(shù)中器械準(zhǔn)備不當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)很大。 數(shù)百種不同的手術(shù)器械，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的人員很容易選擇錯(cuò)誤的器械。使用 UDI 和 RFID 標(biāo)簽可以消除這種擔(dān)憂。RFID 標(biāo)簽的使用也有利于收集個(gè)別儀器的使用歷史和醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)的使用次數(shù)。 用于手術(shù)器械和工業(yè)工具的無(wú)源 RFID 標(biāo)簽 RFID 系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以使用 Murata 的小型金屬上 UHF RAIN RFID 標(biāo)簽 LXTBKZMCMG-010，用于追蹤手術(shù)器械、工業(yè)工具和類似的金屬物體（圖 4）。LXTBKZMCMG-010 利用金屬表面作為增益天線來(lái)增加讀取范圍。該標(biāo)簽尺寸為 6.0 x 2.0 x 2.3 毫米 (mm)，在工作頻率覆蓋整個(gè) UHF 頻段，工作溫度范圍為 -40 至 +85 攝氏度 (℃)，因此適合在工業(yè)環(huán)境以及醫(yī)療機(jī)構(gòu)中用于追溯和跟蹤金屬物體。
圖 4：LXTBKZMCMG-010 UHF RAIN RFID 標(biāo)簽旨在用于諸如手術(shù)器械和工業(yè)工具之類具有金屬表面的設(shè)備。（圖片來(lái)源：Murata） 用于資產(chǎn)追蹤的扁平 RFID 標(biāo)簽 資產(chǎn)和庫(kù)存跟蹤應(yīng)用可以受益于這些標(biāo)簽，因?yàn)檫@些標(biāo)簽可以經(jīng)受住工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑和運(yùn)輸系統(tǒng)中的高振動(dòng)和高沖擊以及大的溫度變化。扁平的封裝意味著更少的空間、更少的損壞以及更低的成本。例如，Molex 的 0133580821 RFID 標(biāo)簽厚度為 1.8 mm，具有 IP68 防護(hù)等級(jí)，可用于潮濕環(huán)境，工作溫度范圍為 -50℃至 +85℃（圖 5）。0133580821 具有 4.5 米的讀取范圍，適合用于各種材料，包括金屬和塑料。
圖 5：這種 1.8 mm 厚 RFID 標(biāo)簽針對(duì)資產(chǎn)和庫(kù)存跟蹤進(jìn)行了優(yōu)化，讀取范圍為 4.5 米，可用于多種表面，包括塑料和金屬。（圖片來(lái)源：Molex） 即插即用 RAIN RFID 讀取器 ThingMagic 的 Elara RAIN RFID 成品讀取器具有對(duì)接和操作功能，在任何需要讀取距離達(dá) 2 米的應(yīng)用中，可以最大限度地減少設(shè)計(jì)工作并加快 RFID 的實(shí)現(xiàn)（圖 6）。Elara 有兩種型號(hào)，PLT-RFID-EL6-ULB-4-USB 工作在 865 至 868 兆赫 (MHz) 頻段；PLT-RFID-EL6-UHB-4-USB 工作在 915 至 928 MHz 頻段。這兩款讀取器的外殼均采用符合醫(yī)療保健要求的塑料制造。
圖 6：Elara RAIN RFID 成品讀取器可以在任何需要讀取距離達(dá) 2 米的應(yīng)用中最大限度地減少設(shè)計(jì)工作并加快 RFID 的實(shí)現(xiàn)。（圖片來(lái)源：ThingMagic） 使用 Elara，設(shè)計(jì)者可以輕松地將 RFID 功能添加到受益于即插即用桌面或固定安裝讀取器的應(yīng)用中。對(duì)自主工作流程的支持，能夠快速創(chuàng)建解決方案，而不需要設(shè)計(jì)者的 RFID 專業(yè)知識(shí)，也不需要軟件開發(fā)工具包和集成工具。Elara 應(yīng)用實(shí)例包括在醫(yī)療機(jī)構(gòu)實(shí)施 UDI 法規(guī)，在倉(cāng)庫(kù)和配送中心進(jìn)行退貨處理和跟蹤，以及調(diào)試 RFID 標(biāo)簽。Elara 的能力包括： · 使用預(yù)裝的自主工作流程，簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成和免軟件操作。 · 支持 RAIN 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和 RAIN 通信接口。 · 支持 EPCglobal Gen 2v2 協(xié)議。 · 批量讀取成套物品，如手術(shù)器械或裝配線套件。 · 退貨處理或盤點(diǎn)時(shí)用于物品清點(diǎn)和核實(shí)。 · 調(diào)試 RFID 標(biāo)簽 · 用使用情況和其他信息更新標(biāo)簽數(shù)據(jù)。 工業(yè) 4.0 RFID 讀取器和邊緣服務(wù)設(shè)備 對(duì)于需要多個(gè) RFID 讀取器并通過(guò)邊緣服務(wù)器連接到云端的工業(yè) 4.0 應(yīng)用來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)人員可以尋求采用 Molex 的 ALR-F800-X，它包括一個(gè) 4 端口企業(yè)級(jí)無(wú)源 UHF RFID 標(biāo)簽讀取器和一個(gè)邊緣服務(wù)控制器（圖 7）。使用 ALR-F800-X 可以在源頭處理 RFID 數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估。ALR-F800 可使用直流電源適配器或以太網(wǎng)供電 (PoE) 電源供電，簡(jiǎn)化了大規(guī)模工業(yè) 4.0 RFID 系統(tǒng)的部署。
圖 7：ALR-F800-X 包括一個(gè) 4 端口企業(yè)級(jí) UHF 無(wú)源 RFID 標(biāo)簽讀取器和一個(gè)邊緣服務(wù)控制器，支持工業(yè) 4.0 應(yīng)用。（圖片來(lái)源：Molex） ALR-F800 中的動(dòng)態(tài)自適應(yīng) (DSA) 技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)射頻環(huán)境，并控制若干參數(shù)、濾波器和調(diào)整指標(biāo)，以優(yōu)化 RFID 標(biāo)簽的讀取�？梢允褂梦⑿� SD 卡可擴(kuò)展存儲(chǔ)空間，并有一個(gè) USB 端口可用于添加 Wi-Fi 和蜂窩調(diào)制解調(diào)器連接。 內(nèi)置的 Emissary 軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)額外讀取器和讀取點(diǎn)的支持和配置，而不需要專門的邊緣服務(wù)器（圖 8）。Emissary 軟件允許使用預(yù)先設(shè)計(jì)好的活動(dòng)（如讀取標(biāo)簽、開燈、發(fā)送數(shù)據(jù)等）開發(fā)完整的工作流程，從而簡(jiǎn)化并加快新應(yīng)用的調(diào)試。Emissary 特性包括： · 規(guī)整、直觀的功能、設(shè)備和讀取點(diǎn)可視化。 · 使用常識(shí)性命名慣例，如“打包臺(tái)”、“1號(hào)門”等等。 · 基于 Windows 的工具集，用于創(chuàng)建工作流程。 · 設(shè)置、控制和維護(hù)所有連接到設(shè)備的本地讀取器。 · 使用正確的標(biāo)簽數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確解釋。 · 管理標(biāo)簽讀取的數(shù)據(jù)報(bào)告，并合并來(lái)自多個(gè)讀取器的報(bào)告，以傳輸?shù)皆贫恕?br />
圖 8：ALR-F800-X 內(nèi)置的 Emissary 軟件可以配置并支持額外的讀取器和讀取點(diǎn)，而不需要專門的邊緣服務(wù)器。（圖片來(lái)源：Molex） 結(jié)語(yǔ) 無(wú)源 RFID 標(biāo)簽和讀取器可以支持各種資產(chǎn)跟蹤活動(dòng)，適合的 IIoT 應(yīng)用包括制造、物流、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)、建筑和運(yùn)輸?shù)�。在選擇和指定 RFID 系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要了解一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括 RAIN、EPC Gen 2v2、ISO/IEC 18000-63 和 UDI 法規(guī)。業(yè)內(nèi)針對(duì)特定應(yīng)用推出了各種不同的標(biāo)簽，如適合資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用的專門安裝在金屬表面上的扁平設(shè)計(jì)標(biāo)簽。除了標(biāo)簽，還有 RFID 讀取器，包括桌面設(shè)計(jì)和企業(yè)級(jí)讀取器/邊緣服務(wù)控制器，可以加速工業(yè) 4.0 RFID 應(yīng)用的部署。 |
