电子标签技术及其应用
1 电子标签的介绍
电子标签（Tag）又称智能标签（或称射频卡），一般是带有天线、存储器与控制系统的低电集成电路,它可以存储需要识别传输的信息。电子标签采用了RFID射频识别技术，能在外力的作用下，把存储的信息发射出去。
电子标签最大的特点是非接触识别和可读写，可以同时识别多个电子标签及高速运动的电子标签。它以无线方式通信，无须外露电触点，电子标签的芯片可以按不同的应用要求来封装，可以抵抗恶劣环境。
按照不同的分类标准，标签有许多不同的分类。
1.1 有源电子标签、无源电子标签
在实际应用中，必须给电子标签供电它才能工作，虽然它的电能消耗是非常低的，按照标签获取电能的方式不同，可以把标签分成有源式标签与无源式标签。
有源式电子标签通过标签自带的内部电池进行供电，它的电能充足，工作可靠性高，信号传送的距离远。另外，有源式标签可以通过设计电池的不同寿命对标签的使用时间或使用次数进行限制，它可以用在需要限制数据传输量或者使用数据有限制的地方。有源式标签的缺点主要是价格高，体积大，标签的使用寿命受到限制，而且随着标签内电池电力的消耗，数据传输的距离会越来越小，影响系统的正常工作。
无源式标签的内部不带电池，需靠外界提供能量才能正常工作。无源式标签典型的产生电能的装置是天线与线圈，当标签进入系统的工作区域，天线接收到特定的电磁波，线圈就会产生感应电流，在经过整流并给电容充电。电容电压经过稳压后作为工作电压。无源式标签具有永久的使用期，常常用在标签信息需要每天读写或频繁读写多次的地方，而且无源式标签支持长时间的数据传输和永久性的数据存储。无源式标签的缺点主要是数据传输的距离要比有源式标签短。因为无源式标签依靠外部的电磁感应而供电，它的电能就比较弱，数据传输的距离和信号强度就受到限制，需要敏感性比较高的信号接收器才能可靠识读。但它的价格，体积，易用性决定了它是电子标签的主流。
下文所指的电子标签针都只对无源式电子标签而言。
1.2 只读标签与可读可写标签
根据内部使用存储器类型的不同，标签可以分成只读标签与可读可写标签。只读标签内部只有只读存储器ROM（READ
ONLY MEMORY）。ROM中存储有标签的标识信息。这些信息可以在标签制造过程中由制造商写入ROM中，也可以在标签开始使用时由使用者根据特定的应用目的写入特殊的编码信息。这种信息只能是一次写入，多次读出。只读标签中还有缓冲存储器，用于暂时存储调制后等待天线发送的信息。只读标签一般容量较小，一般可以用作标识标签。对于标识标签来说，一个数字或者多个数字字母字符串存储在标签中，这个储存内容是进入信息管理系统中数据库的钥匙（KEY）。标识标签中存储的只是标识号码，用于对特定的标识项目，如人、物、地点进行标识，关于被标识项目的详细的特定的信息，只能在与系统相连接的数据库中进行查找。
可读可写标签内部的存储器除了ROM、缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器。这种存储器一般是EEPROM（电可擦除可编程只读存储器），它除了存储数据功能外，还具有在适当的条件下允许多次对原有数据的擦除以及重新写入数据的功能。可读可写标签还可能有RAM（RANDOM
ACCESS MEMORY），用于存储标签反应和数据传输过程中临时产生的数据。
可读写标签一般存储的数据比较大，这种标签一般都是用户可编程的，标签中除了存储标识码外，还存储有大量的被标识项目其它的相关信息，如生产信息，防伪校验码等等。在实际应用中，关于被标识项目的所有的信息都是存储在标签中的，读标签就可以得到关于被标识目标的大部分信息，而不再必须连接到数据库进行信息读取。另外在读标签的过程中，可以根据特定的应用目的控制数据的读出，实现在不同的情况下读出的数据部分不同。
一般电子标签的ROM区存放有产商代码和无重复的序列码，每个产商的代码是固定和不同的，每个产商的每个产品的序列码也是肯定不同的。所以每个电子标签都有唯一码，这个唯一码又是存放在ROM中，所以标签就没有可仿制性，是防伪的基础点。
2 RFID技术和系统
电子标签采用的是RFID技术，RFID是Radio Frequency Identification的缩写，意思就是射频识别。它是九十年代兴起的一项自动识别技术。它利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。与磁卡、IC卡等接触式识别技术不同，RFID系统的电子标签和读写器之间无须物理接触就可完成识别，因此它可实现多目标识别、运动目标识别，可在更广泛的场合中应用。
RFID系统由三部分构成：电子标签（TRANSPONDER或Tag），天线（ANTENNA）和射频信号处理控制系统（READER）部分。
图1 典型RFID配置
读写器由射频处理模块RFM、控制模块CTL组成。根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，读写器的复杂程度是显著不同的。读写器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，读写器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。电子标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。读写器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。一旦到达读写器的信息被正确的接收和译解后，读写器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次，或者知道发射器停止发信号。
天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。影响数据传输距离远近的首要因素是载波信号与标签中数据信号的强度，载波信号的强度受阅读器功率大小控制，标签中数据信号的强度由标签可以产生的电能大小决定。一般来说，读写器和功率越大，载波信号和数据信号越强，数据能够传输的距离越远。除了系统功率影响数据传输的距离外，空气介质的性质包括空气的密度、湿度等也显著影响数据传输的距离。空气的湿度越大或者是空气的密度越高，介质对无线电波的吸收越严重，数据传输的距离就越小。另外如果无线电波传输中碰到障碍物时也会显著影响数据传输的距离，因为物体一般都会对无线电波产生吸收和反射。会影响数据传输距离的因素还包括，天线的方向，设计和布置，躁声干扰等等。
RFID系统还可以根据工作频率的不同分为低频、中频及高频系统。低频系统一般工作在100k～500kHz，中频系统工作在10MHz～15MHz左右，它们主要适用于识别距离短、成本低的应用中；而高频系统则可达850～950MHz及2.4～5GHz的微波段，适用于识别距离长，读写数据率高的场合。
3 电子标签特点和其他载体的比较
电子标签有很多技术特点：
●非接触读写
●数据量大
●可长期使用和保存
●多个标签同步识别
●读写机构比磁条、条形码等方式简单
●不可复制，多重加密，数据更加安全
●多样的封装方式，方便嵌入或粘贴在商品上
●防水，防磁，耐高低温，可弯折，适应各种工作环境和工作条件
就条码、磁卡、IC卡、电子标签等来说，它们都有各自的特点及适于应用的场合。下表列出了几种技术的特点与区别。
4 电子标签应用前景
由于它的上述优点，在国内外，电子标签已被广泛应用于诸如物流和防伪、防盗等众多领域。
4.1 在防伪领域
我国现行防伪技术采用的是视觉防伪和电码防伪等手段，但在流通领域的假冒产品年产值平均仍然高达1300亿元之巨，国家因此年平均损失税收250多亿元，其中仅仅因为香烟造假一项，给国家造成的损失就高达几百亿元。电子标签由于有使用方便性，无法仿冒性，是目前产品防伪的最佳选择。
上海标准化研究院用具有智能读写和加密通讯能力的电子标签，将商品条码及其相关信息，通过PKI技术转换为每件商品都不同的“指纹数码，将其印刷在商品表面，同时由制造商通过“数字签名加密写入粘贴在商品上的电子标签内。当电子标签内的“指纹数码密文经专业非接触读写器还原读出，对照与印制在商品上的“指纹数码明文是否一致，即可判别该商品真伪。
上述基于“数字签名的智能标签防伪技术，已经通过国家质量监督检验检疫总局的鉴定。
4.2 在物流领域：
●生产线自动化
用电子标签在生产流水线上实现自动控制、监视，提高生产率，改进生产方式，可大大降低成本。例如德国宝马汽车公司在装配流水线上应用电子标签生产用户定制的汽车。Motorola,SGSThomson等集成电路制造商采用了电子标签自动识别工序控制系统。它避免了生产上每次失误带来的巨大的经济损失，也符合半导体对生产环境的超净要求。
●仓储管理
将电子标签用于智能仓库货物管理有效地解决了仓储货物信息管理。对于大型仓储基地来说，管理中心可以实时了解货物位置，货物存储的情况，可以实现自动进库，自动出库，实现自动化管理。这对于提高仓储管理效率，反馈产品信息，指导生产都有非常重要的意义。
●铁路运输监控
在火车运营中使用电子标签系统其很大的优势在于火车是按既定路线运行，所以可以在沿途安放读写器以便监控火车的运行。通过读到的数据，能够辨认火车的身份，监控火车的运行安全，及火车的完整性，以防遗漏在铁轨上的车厢发生撞车事故。同时在车站能将车厢重新编组。在国外起初是用超声波和雷达测距系统读出车厢侧面的条码，现在已逐渐慢慢被电子标签系统所取代。
●民航行李跟踪管理
目前的民航邮政的行李分发都是通过人工作业，速度慢，错误率高，成本也很高，如果采用电子标签识别自动分发，就可以降低综合成本，提高效率，减少差错率，还可以进行物品跟踪管理。
●门禁保安
电子标签可以方便、安全的应用于门禁保安。同时用于出入口安全检查，考勤及公司财产监控等方面，由于系统可以同时识别多个电子标签，消灭了上班前排队打卡的现象。安全级别要求高的地方，还可以结合指纹、掌纹等其它的识别方式。1996夏季奥林匹克运动会的安全机构就是采用这种保安系统。
4.3 在金融收费领域
●高速公路自动收费
目前中国的高速公路发展非常快，在地区经济发展中占据的位置也越来越重要。而现在的人工收费系统却常常造成车辆收费口堵塞。将电子标签用于高速公路自动收费，能够在携带电子标签的车辆高速通过收费站的同时自动完成收费。可以有效解决这个问题。
●金融射频卡
在金融收费行业实现无纸交易是必然的发展方向，在这个领域中的开始使用射频卡，它是电子标签的一种。金融射频卡较其它收费方式更能适用于不同的环境，包括磁卡、IC卡不能适用的恶劣环境，它更具有其独特的使用方便性，现正逐渐扩大在这个领域中的使用范围。由于电子标签上的存储单元能够分区，每个分区可以采用不同的加密体制，一个电子标签就可同时应用于不同部门的收费系统，甚至可同时作为医疗保险卡、通行证、驾驶执照、护照等等使用。一卡多用符合未来的发展潮流。上海市的公交一卡通已经可以在地铁，轻轨，出租车，轮渡，公交车上使用。
4.4 其他领域：
●汽车防盗
由于已经开发了小到能够封装到汽车钥匙当中的电子标签，使电子标签可方便地应用于汽车防盗中。当钥匙插入到点火器中时，汽车上的读写器能够辨别钥匙的身份。如果读写器接收不到电子标签发送来的特定信号，中央计算机将关闭汽车引擎。用这种电子验证的方法就能容易的防止目前常见的盗车现象。欧洲的丰田汽车、福特汽车、三菱汽车和韩国现代的大部分车型已将电子标签用于防盗。如在汽车的关键部件中使用电子标签，电子标签中存入汽车的产商、销售商、用户等等信息，当汽车被盗时即可跟踪破案。
●畜牧业
在牛羊等牲畜身上植入电子标签，可以杜绝不良生物制品进入市场，也可以将牲畜的实时信息自动存储到电脑中，可以非常方便地了解牲畜个体的生长和健康情况，实现自动化养殖和管理。
还可以将电子标签植入宠物中，可以方便识别无证宠物，失踪的宠物认领等等。
上述是电子标签的一些应用，实际上它的应用还远远不止这些，随着电子标签技术在我国快速普及，一定会出现更多的应用领域，技术本身的优势使它具有更广的应用前景及巨大的市场潜能。
