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來源：Digi-Key 作者：Jeff Shepard 資產跟蹤和供應鏈管理是眾多工業物聯網 (IIoT) 應用中的重要活動，具體應用領域包括制造工廠、物流和配送中心、數據中心、醫院和醫療保健、農業、建筑和運輸。指定一個無源射頻識別 (RFID) 資產追蹤系統是復雜的。貴重資產在運輸和儲存過程中可能會暴露在各種不受控制的條件下，包括沖擊和振動、高溫、低溫和潮濕的環境，而且有各種應用特定的 RFID 標準需要考慮。 設計人員需要采用堅固可靠的標簽，以承受工業、建筑和制造環境的惡劣條件。這些標簽要有各種標準尺寸和讀取范圍選擇，以滿足特定資產類型和類別的需要。本文簡要回顧了無源 RFID 技術以及與 RFID 標簽和數據有關的幾個行業標準。然后介紹了 Molex、Murata Electronics 和 ThingMagic 的 RFID 標簽、RFID 讀取器和系統解決方案。 無源 RFID 標簽由天線和集成電路組成，包括一個帶有調制器、解調器、射頻能量收集單元的模擬前端 (F/E)、一個帶有編碼/解碼器的控制器、控制電子裝置、時鐘和存儲器（圖 1）。無源 RFID 標簽不使用電池。在大多數無源 RFID 標簽中，存儲器可以被重新寫入，而且 RFID 標簽可以交換的數據量比條形碼等替代品大得多。 
圖 1：無源 RFID 標簽由一個天線和一個包括模擬前端 (F/E) 、控制器和存儲器的 IC 組成。（圖片來源：Murata） 無源超高頻 (UHF) RFID 標簽的讀取距離可達數米，而且可以同時讀取多個標簽。與條形碼相比，RFID 使用無線通信，標簽可以從包裝箱外讀取，無需開箱（圖 2）。此外，RFID 標簽對灰塵、濕氣、振動和其他可能干擾條形碼使用的環境因素不敏感。RFID 標簽有各種為特定應用設計的形式。有些標簽是為追溯和跟蹤金屬物品而設計的，利用金屬表面作為增益天線來增加工作范圍。業內已經為無源 RFID 標簽制定了各種通信和數據格式標準。
圖 2：RFID 標簽可以在幾米開外進行讀取。在有些設計中，可以同時讀取多個標簽，并且可以通過盒子和其他包裝讀取標簽。（圖片來源：Murata） RAIN RFID RAIN RFID 聯盟提倡使用 ISO/IEC 18000-63 GS1 UHF Gen2 協議。RAIN (RAdio frequency IdentificatioN) 旨在鏈接 UHF RFID 標簽和云。它能夠讓 RFID 數據可以利用互聯網進行存儲、管理和共享。系統要利用 RAIN 解決方案，就需要有 RFID 標簽、讀取器和軟件，以提供與本地網絡的鏈接，并通過這個鏈接連接到云（圖 3）。RAIN 聯盟在 ISO 編號系統的基礎上，利用公司識別號 (CIN) 簡化了編碼。基于 ISO 的編號系統的設計就是為了支持 RAIN RFID 標簽的無碰撞識別，旨在為現有的專有或廠商定義數據格式提供一個無干擾的替代選擇。
圖 3：RAIN RFID 受一個名為 EPC UHF Gen2v2 或 ISO/IEC 18000-63的單一全球標準監管。（圖片來源：RAIN 聯盟） 電子產品代碼和 RFID RAIN 使用的電子產品代碼 (EPC) Gen 2v2 是針對無源 UHF RFID 標簽的無線接口協議標準。EPC Gen 2v2 還包括提高安全性、防止假冒和增強隱私的功能，方法通過對標簽和讀取器進行認證。Gen 2v2 標簽的存儲器可被分割成多個文件，符合要求的標簽可用于電子物品監控 (EAS)。 EPC 標準由 EPCglobal 制定，并為 ISO 18000-6C 標準所認可和采納。除了為標簽和讀取器的通信方式制定標準外，與 EPC 相關的一套標準還確定了 EPC 數據在不同用戶之間的共享方式。EPC 是物理對象的通用標識符。由于它廣泛用于 RFID 標簽，EPC 標簽數據標準包括了對第二代 RFID 標簽上可能存儲的除 EPC 以外的數據的要求。雖然 EPC 和 RFID 標簽之間有很大的重疊，但它們在本質上是不同的；RFID 是數據載體技術，而 EPC 是一種標識符和數據式。 針對醫療設備的 EAS 和 UDI 法規 與 EPC 類似，許多國家的唯一設備識別 (UDI) 法規要求醫療設備有獨立的識別器，以支持 EAS 實現醫療設備的安全使用和儲存。UDI 系統適用于許多類型的醫療設備，但對手術器械尤其重要，因為在手術中器械準備不當的風險很大。 數百種不同的手術器械，沒有經驗的人員很容易選擇錯誤的器械。使用 UDI 和 RFID 標簽可以消除這種擔憂。RFID 標簽的使用也有利于收集個別儀器的使用歷史和醫療機構內的使用次數。 用于手術器械和工業工具的無源 RFID 標簽 RFID 系統設計者可以使用 Murata 的小型金屬上 UHF RAIN RFID 標簽 LXTBKZMCMG-010，用于追蹤手術器械、工業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增加讀取范圍。該標簽尺寸為 6.0 x 2.0 x 2.3 毫米 (mm)，在工作頻率覆蓋整個 UHF 頻段，工作溫度范圍為 -40 至 +85 攝氏度 (℃)，因此適合在工業環境以及醫療機構中用于追溯和跟蹤金屬物體。
圖 4：LXTBKZMCMG-010 UHF RAIN RFID 標簽旨在用于諸如手術器械和工業工具之類具有金屬表面的設備。（圖片來源：Murata） 用于資產追蹤的扁平 RFID 標簽 資產和庫存跟蹤應用可以受益于這些標簽，因為這些標簽可以經受住工業、農業、建筑和運輸系統中的高振動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 標簽厚度為 1.8 mm，具有 IP68 防護等級，可用于潮濕環境，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 標簽針對資產和庫存跟蹤進行了優化，讀取范圍為 4.5 米，可用于多種表面，包括塑料和金屬。（圖片來源：Molex） 即插即用 RAIN RFID 讀取器 ThingMagic 的 Elara RAIN RFID 成品讀取器具有對接和操作功能，在任何需要讀取距離達 2 米的應用中，可以最大限度地減少設計工作并加快 RFID 的實現（圖 6）。Elara 有兩種型號，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 2 米的應用中最大限度地減少設計工作并加快 RFID 的實現。（圖片來源：ThingMagic） 使用 Elara，設計者可以輕松地將 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用中。對自主工作流程的支持，能夠快速創建解決方案，而不需要設計者的 RFID 專業知識，也不需要軟件開發工具包和集成工具。Elara 應用實例包括在醫療機構實施 UDI 法規，在倉庫和配送中心進行退貨處理和跟蹤，以及調試 RFID 標簽。Elara 的能力包括： · 使用預裝的自主工作流程，簡化系統集成和免軟件操作。 · 支持 RAIN 技術標準和 RAIN 通信接口。 · 支持 EPCglobal Gen 2v2 協議。 · 批量讀取成套物品，如手術器械或裝配線套件。 · 退貨處理或盤點時用于物品清點和核實。 · 調試 RFID 標簽 · 用使用情況和其他信息更新標簽數據。 工業 4.0 RFID 讀取器和邊緣服務設備 對于需要多個 RFID 讀取器并通過邊緣服務器連接到云端的工業 4.0 應用來說，設計人員可以尋求采用 Molex 的 ALR-F800-X，它包括一個 4 端口企業級無源 UHF RFID 標簽讀取器和一個邊緣服務控制器（圖 7）。使用 ALR-F800-X 可以在源頭處理 RFID 數據，并進行實時評估。ALR-F800 可使用直流電源適配器或以太網供電 (PoE) 電源供電，簡化了大規模工業 4.0 RFID 系統的部署。
圖 7：ALR-F800-X 包括一個 4 端口企業級 UHF 無源 RFID 標簽讀取器和一個邊緣服務控制器，支持工業 4.0 應用。（圖片來源：Molex） ALR-F800 中的動態自適應 (DSA) 技術可實時監測射頻環境，并控制若干參數、濾波器和調整指標，以優化 RFID 標簽的讀取。可以使用微型 SD 卡可擴展存儲空間，并有一個 USB 端口可用于添加 Wi-Fi 和蜂窩調制解調器連接。 內置的 Emissary 軟件能夠實現對額外讀取器和讀取點的支持和配置，而不需要專門的邊緣服務器（圖 8）。Emissary 軟件允許使用預先設計好的活動（如讀取標簽、開燈、發送數據等）開發完整的工作流程，從而簡化并加快新應用的調試。Emissary 特性包括： · 規整、直觀的功能、設備和讀取點可視化。 · 使用常識性命名慣例，如“打包臺”、“1號門”等等。 · 基于 Windows 的工具集，用于創建工作流程。 · 設置、控制和維護所有連接到設備的本地讀取器。 · 使用正確的標簽數據標準對傳入的數據進行準確解釋。 · 管理標簽讀取的數據報告，并合并來自多個讀取器的報告，以傳輸到云端。
圖 8：ALR-F800-X 內置的 Emissary 軟件可以配置并支持額外的讀取器和讀取點，而不需要專門的邊緣服務器。（圖片來源：Molex） 結語 無源 RFID 標簽和讀取器可以支持各種資產跟蹤活動，適合的 IIoT 應用包括制造、物流、數據中心、醫療保健、農業、建筑和運輸等。在選擇和指定 RFID 系統時，設計人員需要了解一系列行業標準，包括 RAIN、EPC Gen 2v2、ISO/IEC 18000-63 和 UDI 法規。業內針對特定應用推出了各種不同的標簽，如適合資產跟蹤應用的專門安裝在金屬表面上的扁平設計標簽。除了標簽，還有 RFID 讀取器，包括桌面設計和企業級讀取器/邊緣服務控制器，可以加速工業 4.0 RFID 應用的部署。 |
