RFID技术在智能实验室应用中的展望

摘 要：通过了解RFID系统的基本组成和工作原理，结合RFID技术在现实中的应用情况，提出了将RFID技术应用到智能实验室建设的展望，详细分析了RFID智能实验室与传统实验室相比在各个方面的优势，探讨了影响RFID在智能实验室应用的因素。

关键词：RFID技术；智能实验室；优势；展望

1 引言

自20世纪90年代开始，无线射频识别技术RFID （ Radio Frequency Identification）开始兴起。RFID 是一种非接触性的自动识别技术， 是物联网的构建基础和核心技术，射频识别（ RFID）技术以其能够自动识别物品并获取相关数据而被广泛应用于国民经济和社会发展的各个方面， 显示出巨大的发展潜力与应用空间， 被认为是21世纪的最有发展前途的信息技术之一。目前，RFID（无线射频识别）技术已在现代化图书馆建设、物流跟踪、车辆的自动识别、智能交通系统、生产线自动化及过程控制等方面得到了实际应用，并且取得了良好效果。有鉴于此，提出了将RFID技术应用到智能实验室建设中来的构想。

2 RFID简介

RFID 是Radio Frequency Identification的缩写，即无线射频识别，俗称电子标签，RFID是一种非接触式的自动识别技术，利用射频信号在空间电感或电磁耦合的传输特性，实现对被识别物体所携带信息的自动化提取和识别。RFID 技术可以实现对电子标签的快速读写，并可对多个标签和移动物体进行识别，有十分可观的应用前景。

2.1 RFID的组成及工作原理

RFID 主要由标签、阅读器和天线三部分组成。按供电方式来分，标签可分为有源标签、无源标签两种。RFID利用了射频信号空间耦合（电感或电磁耦合）的传输特性，电感耦合指依据电磁感应规律，基于变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合；电磁耦合指依据电磁波空间传播规律，基于雷达原理模型，通过发射的电磁波碰到目标后反射同时带回目标信息[1]。当标签进入磁场后，阅读器发出射频信号，无源标签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，或者有源标签主动发送某一频率的信号，阅读器读取信息并解码后将其送至后台系统进行相关数据处理。

2.2 RFID发展过程及其应用

RFID技术是一种新的自动识别技术，直接继承了雷达的概念。在过去的半个多世纪里，RFID技术的发展经历了几个阶段，表1为RFID技术发展的历史简表[2]。

3 RFID应用于智能实验室建设的可行性分析

高校越来越注重理论与实践相联系，用理论指导实践，用实践验证理论，高校实验室在理论与实践相结合方面无疑起着巨大的作用。以往實验室只在学生做实验的时间开放，在非实验时间关闭，学生想要在非实验时间利用实验室的设备进行理论验证非常困难。为了让学生更好地利用学校实验室资源，我校中南大学最近实施了一项新的措施：全校范围内的实验室在非实验时间对学生完全开放。这一措施对于学生来说无疑是个好消息，但是随之而来的问题是，实验室规模越来越大，实验设备也会越来越多，实验室工作人员在实验设备管理方面面对着很大的压力。目前RFID技术已经基本成熟，并且已经在图书馆管理、物流管理等方面得到了应用，将RFID技术应用到实验室管理中来，建设智能实验室已经成为了大势所趋。基于RFID的智能实验室与传统的实验室相比主要有以下的优势：用RFID标签进行实验室设备的管理、方便实验室设备的清点、对进出实验室的人员进行智能登记、方便实验室设备的流通。

3.1 信息管理

RFID标签的存储容量很大，可以将大量的信息存储于一个RFID标签中，便于信息的管理，并且RFID标签可进行反复读写操作，方便对标签内信息的更改。给实验室每台实验设备配置一个RFID标签，每个RFID标签内存储着对应实验设备可唯一标识的信息，方便对实验设备管理。将RFID系统应用于学生校园卡，对应于每张校园卡，RFID也都有唯一的标识。当学生进出实验室时，实验室门口的阅读器可智能地将进出实验室的时间进行登记，无需工作人员在实验室门口对进出学生进行登记。

3.2 方便设备清点

在传统实验室管理中，每次学生做完实验后，实验室工作人员都要对实验设备进行一一清点、归类放置，这项工作比较枯燥、劳动强度大，不利于实验室工作人员把精力集中到对学生进行实验指导上来。在RFID智能实验室中，工作人员拿着手持式的阅读器经过实验房间时，可以识别出实验室内实验设备标签中的信息，便可以了解整个房间实验设备的情况，可以快速查看设备是否丢失、是否借出、是否在指定的位置等信息。

3.3 对设备进行流通管理

高校每年在实验设备采购中的投入在总的经费支出中占据很大的比重，在传统实验室管理模式下，院与院之间、学校与学校之间由于信息封闭，使得实验设备尤其是贵重设备在院与院之间、学校与学校之间流通不畅，实验设备利用率低、实验设备重复购买等已经成了普遍现象。RFID智能实验室完全可以解决这一问题，将各院、各学校的实验设备信息进行联网管理，某个实验设备被借出后，对应该设备的RFID标签会更改相应的信息，将更改后的信息传送给阅读器，阅读器将信息上传到网络，可以实现对实验设备的实时跟踪。

4 RFID在智能实验室建设中要解决的问题

作为一种新技术，RFID具有广泛的应用前景，但是在实际应用中还存在一些问题，下面是RFID技术在现实中面对的一些问题，下面这些问题的解决会在很大程度上完善整个RFID应用系统，有利于推动RFID技术在智能实验室建设方面的发展。

4.1 问题一：RFID的标准问题

目前，国际上RFID产品在频段、通信、接口等方面还没有形成一个统一的行业标准，甚至是同一个国家的不同RFID公司之间也没有统一的行业标准。国际标准ISO18000、 欧美EPC Global和日本的 Ubiquitous ID Center三项标准已经形成三足鼎立局面，然而这3个标准之间并不兼容，在通讯方式、防冲突协议和数据格式3个方面存在明显差别[3]。

4.2 问题二：RFID标签及其设备的成本问题

目前RFID公司最关注的问题就是该如何降低标签和阅读器价格，并且考虑RFID系统在安装和实施应用方案时所产生的成本问题。当前电子标签的价格很高，无源标签价格在30美分左右，有源标签价格在1美元左右，只有电子标签的单价在10美分以下才能在社会上实现大规模应用。目前，射频阅读器的价格在1000美元以上，高昂的价格使得社会上难以形成大量的需求。

4.3 问题三：RFID的安全性问题

RFID技术在使用过程中会遇到很多安全性方面的问题。第一，金属的遮挡会影响RFID标签中无线电波的频率，导致阅读器无法读取标签中的信息；第二，无线射频的发射和接收需要天线线圈，而天线线圈很容易折断，会使得标签因天线断路而失效；第三，目前的RFID系统还没有可靠的安全机制，不能对传输的数据进行很好的保密，RFID数据容易受到黑客的攻击，從而造成数据的泄露、流失。总的来说，RFID的安全性问题本质上就是解决标签与阅读器之间通信安全的问题。

4.4 问题四：RFID标签的读取可靠性问题

在正常的读取距离和使用环境下，RFID读取数据的正确率较为理想。但是，因为目前RFID技术尚不够成熟，容易受到外界射频信号或特殊材料的影响，单片RFID标签的正确读取率约为80%；双片标签的正确读取率达到96%左右[3]。在较差坏境下，RFID标签能被正确识别的技术还有待提高。

5 结束语

本文主要结合RFID技术提出了RFID技术在智能实验室应用中的展望，RFID技术作为一个新技术正在蓬勃发展，虽然现在在各个方面面临着困难，但是，毋庸置疑的一点是，RFID技术必将引领21世纪新兴产业的发展，是建设智慧城市、智能校园的技术核心，在智能实验室建设方面定会大放异彩。

参考文献

[1] 姚媛.RFID技术在高校图书馆的应用研究[D].上海：上海交通大学情报科学技术研究所，2011：12.

[2]蔡梦欣.图书馆RFID研究[M].北京：国家图书馆出版社，2010 .

[3]秦文珍.无线射频识别技术在图书馆中的应用研究[J].农业图书情报学刊，2012，24（3）：114

作者简介：唐永强（1992-），男，山东省聊城市阳谷县，学生，本科。研究方向：自动化专业 。