电子标签(Electronic Tag)也称作智能标签(Smart Label),是 RFID 技术的载体。标签由 IC 芯片和无线通信天线组成,通过内置射频天线与阅读器通信。
电子标签技术最早可追溯至第二次世界大战时期,这项技术直接继承雷达概念并发展为新型自动识别技术。1948年哈里・斯托克曼(HarryStockman)发表的《利用反射功率的通信》奠定了电子标签核心技术(RFID)的理论基础。1981-1990年,电子标签技术及产品进入商业应用阶段。1991-2000年,电子标签技术的标准化问题受到重视,电子标签产品被广泛采用并融入日常生活。2001年至2017年,电子标签技术标准化持续深化,其产品种类覆盖有源、无源及半无源电子标签,成本降低且应用行业扩大,该技术的理论完善推动单芯片电子标签、多标签识读、无线可读写及远距离识别等能力突破发展。
电子标签系统由天线、电压调节器、调制器、逻辑控制单元、存储单元等组成。系统工作时,阅读器发出查询(能量)信号,电子标签(无源)收到查询(能量)信号后将其一部分整流为直流电源,供电子标签内的电路工作,另一部分被电子标签内保存的数据信息调制后反射回阅读器。电子标签是射频识别系统真正的数据载体,根据其应用的场合不同,名称也不相同。如在动物跟踪和追踪领域中称为动物标签或动物追踪标签、电子狗牌;在不停车收费或车辆出入管理等车辆自动识别领域中称为车辆远距离IC卡、车辆远距离射频卡或电子牌照;在访问控制领域中称为门禁卡或一卡通。
电子标签主要分为主动式标签、被动式标签两类,按数据功能又可分为只读标签、可读标签、标识标签、便携数据文件等类。电子标签技术在需要非接触式数据采集、交换或频繁改变数据内容的场合发挥重要作用。电子标签技术具备可读写能力,更能够广泛应用在现代物流供应链上的物料跟踪、运载工具、生产管理、运输管理、仓库管理、货架识别、商店超市防盗等场景。
名词定义
电子标签(ElectronicTag)也称作智能标签(SmartLabel),是指由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签,其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。
历史沿革
电子标签技术最早可追溯至第二次世界大战时期。电子标签技术直接继承了雷达的概念,并由此发展起来的一种新的自动识别技术。该技术的后续版本至今仍在飞机识别中使用。二战期间开发的敌我识别器(应答器),可视为电子标签技术的早期应用雏形。但因成本限制,长期未在民用领域推广。1948年哈里・斯托克曼(HarryStockman)发表的《利用反射功率的通信》一文奠定了电子标签核心技术(RFID)的理论基础。
半导体和无线电技术的发展降低了电子标签技术的成本,尤其在多目标识别、运动物体识别及非接触式识别领域展现出巨大潜力。过去半个多世纪,电子标签技术的发展可分为以下阶段:
原理结构
技术原理
电子标签技术主要内涵为电子标识和射频识别,当下应用较广的为电子标签RFID,电子标签RFID是随着雷达技术发展起来的自动识别技术,利用射频信号(>100kHz)和空间电感或电磁耦合的传输特性,实现对物体或商品的非接触式自动识别。
系统工作时,阅读器发出查询(能量)信号,电子标签(无源)收到查询(能量)信号后将其一部分整流为直流电源,供电子标签内的电路工作,另一部分被电子标签内保存的数据信息调制后反射回阅读器。电子标签是射频识别系统真正的数据载体,根据其应用的场合不同,名称也不相同。如在动物跟踪和追踪领域中称为动物标签或动物追踪标签、电子狗牌;在不停车收费或车辆出入管理等车辆自动识别领域中称为车辆远距离IC卡、车辆远距离射频卡或电子牌照;在访问控制领域中称为门禁卡或一卡通。
内部组成
天线
用来接收由阅读器送来的信号,并把所要求的数据送回给阅读器;标签的体积大小通常是由天线所决定,因为RFID芯片只有米粒般大小,但为了有效地接收和传送射频信号给阅读器,天线必须有足够的体积。
电压调节器
把由标签阅读器送过来的射频信号转换成DC电源,并经大电容储存能量,再经稳压电路,以提供稳定的电源。
调制器
把由标签阅读器送过来的射频信号转换成DC电源,并经大电容储存能量,再经稳压电路,以提供稳定的电源。
逻辑控制单元
将接收器传来的模拟信号进行译码和错误检查,高性能的标签另附有解密功能。
存储单元
包括EEPROM与ROM,用来储存数据。存储单元内部的电子数据有一定的格式,通常会分为数个区段,有的用来储存物品的识别数据,有的储存检查码等。
原理流程
电子标签RFID具体的工作原理,就是利用读写器经天线将信息进行发送,标签至一定的磁场内时会出现感应电流并采集能量,然后标签把自身的相关信息传送至读写器;读取相关的信息后进行解码操作,并传送到主机处理,电子标签识别不需要工作人员,可应用在恶劣的环境中。
标签分类
按照不同的标准,标签有不同的分类。
供电形式
按照供电形式分类按照标签的供电形式,分为有源标签和无源标签。有源标签自带电池,使用标签内的电池能量才能工作;无源标签不含电池,利用耦合阅读器发射的电磁场能量作为自己的能量进行工作。
数据调制方式
按照数据调制方式分类按照标签的数据调制方式分为主动式、被动式和半主动式。一般来讲,有源标签为主动式,无源标签为被动式,电池支援式反向散射调制标签为半主动式。
1)被动式标签(Passive Tag)。被动式标签内部没有电池,只有当标签吸收来自阅读器的无线电后才会转换成自身电力,唤醒自己并且送回识别信息给阅读器。由于内部构造较主动式标签简单,所以体积较小,价格也较便宜,可大量布署在低成本的物品上,主要用于动物芯片、物流管理、门禁系统、汽车防盗等。
2)半被动式标签(Semi-passiveTag)。半被动式标签通常会与传感器结合,而且与主动式标签一样都带有电池。不同的是,电池提供的电力仅供传感器在平时监测周围环境时使用(如温度、湿度等),不足以提供通信的电力来源,因此跟被动式标签一样都必须仰赖阅读器提供的电磁波才能回送信号。由于电池也提供了通信所需的部份微弱电力,读取距离较被动式标签长、抗干扰能力更强,主要用于监测周围环境温度或是震荡等应用场合,更可以整合其他传感器,投入行车安全防护、居家看护等各种应用市场。
3)主动式标签(Active Tag)。主动式标签内部附有电池,并提供运作所需的电力来源。由于本身持有电源,所以此类标签传输距离较长、读取速度较快,但是相对的体积较大、寿命受限于电池,成本也较高,主要用于军事、医疗、工业、货柜和国防上。
工作频率
按照工作频率分类按照标签的工作频率分为低频、高频、超高频和微波系统。
1)低频(Low 频率),此类标签使用的频段在100-500kHz之间,其中以125kHz和135kHz最为常见。其传输距离约10cm,通信低频的优点是不易受干扰,当标签靠近金属或是液体的物品时,还能够有效发射信号;缺点是读取距离较短,通信速度、读取及写入较慢,无法同时辨识多个标签。主要用于动物芯片、物流管理、门禁系统、汽车防盗等。
2)高频(High Frequency),其使用频段在10-15MHz之间,其中以13.56MHz最为常见。优点是感应距离较长、读取速度较快,而且可以同时读取多个标签。主要应用于图书馆管理、产品管理、智能卡等。
3)超高频(Ultra High 频率),其使用频段在433-950MHz及2.45GHz之间,其中以433MHz和868-950MHz最为常见。优点是读取距离较远、传输速率较快、可同时读取大量标签、天线可用蚀刻或印刷方式制成。缺点是对金属和液体物品的辨识率不佳。主要应用于航空旅客与行李管理系统、货架及栈板管理、出货管理、物流管理和铁路车厢监控等。
4)微波(Microwave),其使用频段在1GHz以上,其中以2.45GHz、5.8GHz最为常见。特性与超高频类似,对于环境的敏感性较高,主要用于行李追踪、物品管理、供应链管理等。
阅读器存取方式
按照阅读器存取方式分类按照被阅读器存取的方式分为只读,一写多读,可擦写标签。
1)只读(Read-only)。只读式标签的内存信息在出厂时已被写入,使用者无法修改或是写入任何信息,只能读取标签内的数据。用户通常可以向厂商订购特定标识符的标签,但由于无法改变其内容,所以主要被应用于门禁管理、车辆管理、物流管理、动物管理等应用场合。
2)一写多读(Write Once,Read Many)。用户只能写入或修改标签内容一次,之后就等同只读式标签只能被多次读取。由于可以写入一次,所以此类标签通常应用在只需写入一次数据的生产流程中,提供随时写入标识符的功能,并建立永久信息。此类标签成本较只读式标签高,主要用于资产管理、药品管理、危险品管理、军品管理等。
3)可擦写(Read/Write)。用户可以在标签的生命周期内,随时通过阅读器重复写入或修改标签内部的信息。其中内部信息分为两个区域:一个是使用定义的保密只读区,里面包含标签的标识符,只供使用者写入一次;而另一个是可重复读写区,提供使用者可以自行编程。
标签种类
电子标签的应用范围涵盖了日常生活中的衣、食、住、行、育、乐,在这些应用领域里,电子标签标签的外观并非只是一片小小的四方形纸片,而是根据不同的环境和应用场合以不同的大小和形状呈现,常见的电子标签种类如下:
1)卡片型:卡片型标签的大小与信用卡差不多,容易置于口袋皮夹之中,通常应用于电子票证、会员证、储值卡、门禁考勤以及车道系统。如台北捷运系统所使用的悠游卡就属于卡片型标签的一种,使用时只需轻触感应区即可迅速完成交易,免除准备零钱或票证的困扰,未来还能扩大服务范围,用于更广泛的交通运输系统,或是结合电子货币包实现付费的功能。
2)塑料钮:标签外表以塑料壳密封,可用于定位功能或是洗衣业等。例如,将标签固定在巡逻点,巡逻人员只需要以手持式读取机扫描即可,省去了以往签到的不便;因为此类标签具有耐撞、防水功能,可供洗衣业者处理衣物和管理纺织用品。
3)表带型:此类标签被设计用来戴在人的手腕上,具有防水、储值或是保全功能等。经常应用于游乐园、游泳池、健身中心等,用以管理人员的进出、储值付费或是纪录个人资料等。例如,在我国台北市举办的登高大赛也采用此类标签,取代以往的人工记录和马表计时,大幅提升对人员的掌握度及比赛安全性;而在健身中心,会员戴上特制RFID表带,除了可以轻易地控管会员的进出之外,会员也能在每部使用的器材上,透过标签显示出自己的基本数据、健身计划和一些统计数据,以向会员提供更多的信息服务。
4)钥匙环:此类标签与钥匙环结合,通常用于门禁考勤、识别人员身份并配合电磁锁以便管理人员进出。例如,利用免钥匙入车系统只需按下按钮就可以开启车门发动车子。
5)试管型:标签附于试管上,可防水、耐酸碱、抗氧化和日光,常用于实验室、药品管理和医疗看护等应用。例如,医疗系统可在输血中心的抽血作业、实验室配方管理等环节,透过RFID标签自动识别物品信息,帮助医疗人员降低医疗事故的发生率,给病人提供更安全的服务。
6)电子标签:此类标签材质可以采用纸张印刷,常被应用于物流管理、图书馆管理、供应链管理和防伪应用等。例如,在一般的图书馆里,可将标签附于图书上,不但可以减少读者借还书等待的时间,还可发现图书在柜架上的码放错误,加快盘点的时间等。
7)货柜型电子锁(e-Seal):此类标签用于货柜管理,为一特殊设计的电子封条,采用两段式设计,上下扣住在货柜的门把上,当货柜不正当开启或破坏时,会发出警示信息,防止货柜遭破坏等事件的发生。
8)智能型标签(SmartLabel):此类标签同时具备条形码(Barcode)和RFID功能。材质可为纸张、塑料或是布料,在其上可以印制条形码和文字,因此除了RFID阅读器和条形码扫描机可识别标签信息外,还增加了对人的可读性,提高了可靠性。而未来甚至会在RFID芯片上加上传感器,提供监看环境温度及物品真空状态的功能,以维持物品新鲜度或药品质量。
优势特征
电子标签技术具有无需接触、非光学可视、不需要人工干预、适用于实现自动化,同时,电子标签具备不易损坏、可识别高速运动物体、可同时识别多个射频卡、操作快捷方便等诸多优点,可以较好地满足现代物流信息流量不断增大和高信息处理速度的需求。电子标签技术凭借其独特的优势,克服了条码识别技术等需要光学可视,并且识别距离短、信息不可更改等缺点,在飞速发展的现代智能物流中得到了越来越广泛的应用。现代智能物流作为传统物流装备行业发展的高级阶段,现代物流是现代信息技术、现代生产方式以及现代经营管理方式相结合的产物,它以高度发达的信息技术为基础,注重服务、信息、技术、人员与管理技术在物流平台的综合集成应用。
技术应用
电子标签技术在物料跟踪、货架识别、运载工具、库存管理需要非接触式数据采集、交换或频繁改变数据内容的场合发挥重要作用。在实际应用中,电子标签技术在其他物品的识别及自动化管理等方面也得到了比较广泛的应用,为现代物流供应链管理提供了便捷高效的实施方案,其具体应用包括仓储管理、物流供应、产品认证、质量控制、自动结账等方面,电子标签技术彻底解决了物流管理中信息采集的自动化问题。附着在单个商品、包装箱、托盘上的电子标签,能够提供供应链管理中产品流和信息流的双向通信,并通过互联网传递从标签采集到的数据。
数据采集
便携式数据采集系统是使用带有RFID阅读器的手持式数据采集器装置,以此采集电子标签上的数据。此种系统灵活性较大,适用于不方便安装固定式电子标签系统的应用环境。手持式阅读器可在读取数据的同时实时地向主计算机系统传输数据,也可暂时将数据存储在阅读器里,再分批向主计算机系统传输数据。
物流控制
在物流控制系统中,电子标签阅读器分散地固定布置在给定的区域,阅读器直接与数据管理信息系统相连接,移动信号发射机一般安装在移动的物体或者人身上。当物体和人经过阅读器时,阅读器会自动扫描标签上的信息,并把数据信息输入数据管理信息系统储存、分析、处理,从而达到控制物流的目的。
立体仓库
基于电子标签技术的立体仓库。伴随科学技术的不断发展,以自动化为基础的立体式仓库货物识别技术受到较多的企业关注,并且此类型的立体仓库系统已经从传统时代的人工纸质标签识别逐步转变为机器式的电子标签自动识别。目前,应用广泛的自动识别技术主要包含RFID无线射频、条形码、二维码、机器视觉图像、磁卡等识别技术。在仓库选择使用电子标签识别技术应当在设计仓库时便做好相应的准备,由于自动化立体仓库建成后使用时间较长,因此电子标签识别技术应用前应当掌握自动化立体仓库中对电子标签具有影响的各种不同因素。
自动化立体仓库使用电子标签识别技术前要明确仓库的使用需求和要求,以及相关的内部问题,进一步明确仓库所服务的对象,还要对使用单位是否具备管理能力进行检查。然后对仓库特点开展主要的分析,分析产品到达仓库的整体程序,以及仓库所拥有的相关资源,比如装备和人工等,还有仓库的主要结构和内部的环境因素。此外,对自动化立体仓库外部环境的分析也特别重要,使用RFID电子标签自动识别技术时,需要注重RFID频率的分配,因为其存在不同的标准。
物品管理
基于电子标签技术的物品管理。在各类军警部门、科研院所及企事业单位日常工作中,经常面临着对重要仪器仪表、物资装备及涉密资产等重要物品的管理。这类物品由于本身承载着重要信息,在实际管理过程中因为其使用场所较分散、工作区域内外的流转率高等特点,使其集中管控实现困难。依靠记账、人工流程派单等传统管理方式导致管理滞后、监管程度低以及重要物品丢失等安全隐患依然存在。随着移动互联网与信息传感技术的快速发展,利用信息传感设备与互联网通过某种接口协议将任一物品连接起来,从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控及管理方式“物联网”模式已广泛应用于物流跟踪、智慧农业、食品追溯、物资管理等领域,在提高面向大量目标集群、分布式管理效率方面发挥了显著作用。基于物联网技术的物品管理已在智能制造、智能仓储及智慧物流等典型物联网应用领域逐步实现,其中多基于有源、无源RFID标签技术、NFC技术以及条码标签技术实现对物品的识别及管控。
定位系统
定位系统主要用于自动化加工系统中的物料定位及对物流装备车辆、轮船等进行定位支持。阅读器放置于移动的车辆、轮船上或自动化流水线中原材料、半成品、成品上,信号发射机嵌入到操作环境的地表下面。信号发射机存储位置识别信息,阅读器一般通过无线或者有线的方式连接到主信息管理系统。
防伪领域
电子标签的应用并不是为防伪单独设计的,但是电子标签中的唯一编码、电子标签仿造的难度以及电子标签的自动探测等特点,都使电子标签具备了产品防伪和防盗的作用。在产品上使用电子标签,还可以起到品牌保护的功能,防止生产和流通中盗窃的发生。可广泛应用于药品、品牌商品防伪、门禁、门票等身份识别领域。
医疗卫生领域
电子标签技术在医疗卫生领域的应用包括对药品监控预防,对患者的持续护理、不间断监测、医疗记录的安全共享、医学设备的追踪、进行正确有效的医学配药,以及不断改善数据显示和通信效果,此外,该技术还包括对患者的识别与定位功能,用来防止医生做手术选错病人和防止护士抱错了婴儿等事故的发生。
应用价值
电子标签技术具备可读写能力,对于需要频繁改变数据内容的场合比较适用,它发挥的作用不仅是数据采集和系统指令的传达,更能够广泛应用在现代物流供应链上的物料跟踪、运载工具、生产管理、运输管理、仓库管理、货架识别、商店超市防盗等场景。其在现代快递物流中具体的应用价值,主要表现在以下几个方面:
生产环节
在生产环节方面。由于电子标签技术具备信息的自动接收与发送能力,因此将电子标签技术应用在生产制造环节,可实现在整个生产线上原材料、零部件、半成品和全成品的识别与跟踪,从而减少人工识别的成本和出错率:一方面可实现生产线的自动化运作,另一方面提高生产制造过程的效益与效率。尤其在采用准时制生产方式的制造流水线上,由于生产过程中对原材料和零部件的准时送达要求严格,因此可采用电子标签技术,通过自动识别电子标签信息来快速地在众多库存中准确地找出当前生产环节所需的原材料及零部件。同时,电子标签技术还可帮助管理人员实时地掌握原材料和零部件库存情况,依据生产进度及时发出补货信息,进而实现流水线均衡稳步的生产,增强生产质量的控制与跟踪。
储存环节
在储存环节方面。在储存环节中,电子标签技术最广泛的应用就是实现货物存取和库存盘点等自动化工作。将现代物流供应系统的收货计划、取货计划、装运计划与电子标签技术相结合,可以高效地完成上架、取货、补货、指定堆放区域等业务操作,从而减少了整个业务过程中由于物品误置、损害、库存出货错误等造成的损失,增强了业务操作的准确性、快捷性,进而降低成本、节省劳动力及库存空间。此外,电子标签技术在储存环节的应用使得库存盘点时不需要人工的检查或扫描条码操作,管理人员基于电子标签技术可以快速识别并纠正低效率运作情况,实现更加快速准确地提供有关库存情况信息,从而更快速供货并最大限度地减少储存成本。
运输环节方面
在运输中将电子标签贴附在货物和运输车辆上,并在运输线的一些检查点安装电子标签信息接收转发装置。当货物运输车辆行经安装有电子标签信息接收转发装置的检查点时,电子标签接收装置在收到电子标签信息后,将读取识别信息及接收地的位置信息上传至通信卫星,再经卫星传至运输调度中心,最后进入数据库中,从而实现货物整个供应链上的物流跟踪和供应链的自动化管理,实现供应链管理的透明化。如果要更精细化,在每辆运输车上安装电子标签信息接收及转发装置等信息终端,发货时将车辆、货物和司机的身份信息上传至运输调度中心信息数据库。
在运输途中,接收转发装置每隔一固定间隔时间就以一定的频率自动无线扫描车辆和货物的电子标签,然后将扫描到的信息存入车辆信息终端,并通过全球定位系统获得车辆位置信息,再将所有采集的数据一起传回运输调度中心,存入中心信息数据库。计算机软件系统再将传回的信息与数据库中保存的发货时原始信息进行对比,检查司机信息、车辆的信息、货物信息等是否匹配,一旦有任何不匹配,表明该车货物出现了问题,必须采取相应紧急应对措施。通过这种方式可实现对运输车辆实时动态的追踪和监控,有效地解决货物在运输过程中的防盗问题。
配送、分销环节
在配送、分销环节方面。当货物运抵中央配送中心时,电子标签信息读取系统将扫描读取货物的电子标签信息,并与运输调度中心信息数据库中储存的发货记录进行比对,若出现信息不符,说明货物在运输过程中出现了问题,需要进一步进行调查核对,以较快速度找出问题所在并解决问题。由于电子标签技术可以实现自动识别与读取,因此极大地提高了拣选与分发过程的效率与准确率,降本增效。通过这种方式既保证了精确的库存控制,又能准确了解目前有多少货物处于运输途中、转运的始发地和目的地,以及预期的抵达时间信息等。
零售环节方面
在零售环节方面。在商场和超市电子标签应用中,电子标签可以弥补条码识别技术的不足,每件商品都可携带其自身特有的信息,生产商及销售商可以随时知道它的位置,在某个商场和超市的货架上下,还有多少存货以及商品的有效期等信息。更重要的是,消费者不必在收款台前排队等候,只需把购物车从电子标签信息接收装置旁边推过,接收装置就会读取所有商品的信息。收银员不必把每件商品逐个拿到手里扫描,只需收款即可,从而极大提升商场和超市的现代化管理水平。
执行标准
中国标准
中国在电子标签标准制定方面,形成了一系列的国家标准。例如,GB/T29768-2013《信息技术射频识别800/900MHz空中接口协议》规定了工作在800-900MHz频段的RFID系统空中接口的物理层、数据链路层等相关技术要求,包括射频参数、防碰撞机制、数据传输等内容,以确保不同厂家的RFID设备在该频段下能够实现互联互通;GB/T33481-2016《信息技术射频识别近场通信接口和协议》针对近场通信(NFC,是RFID技术的一种衍生应用),对其接口特性、数据传输协议等进行了规范,使得基于NFC的电子标签在移动支付、门禁等应用场景中有统一的标准可依。;GB/T 33993 - 2024《物联网 射频识别 智能标签通用技术要求》规定了物联网中智能标签的通用技术要求,包括标签的功能要求(如数据存储、读写操作等)、性能要求(如识别距离、读取速度等)、环境适应性要求(如高低温、湿度环境下的工作性能)以及安全要求(如数据加密、防篡改等)。适用于各类物联网应用场景中智能标签的设计、生产和检测,以保障标签在复杂环境下稳定可靠地工作 。
国外(列举)
国外电子标签技术执行标准的标准体系主要有国际标准化组织(ISO)制定的标准、美国电子电气工程师协会(IEEE)标准以及欧洲电信标准协会(ETSI)标准等。
2024年11月20日,欧盟颁布第2024/2865号法规(REGULATION(EU)2024/2865),引入数字标签制度及相关要求。该法规虽适应了数字时代的新型贸易模式,提升了标签透明度和可及性,并规范了广告与远程销售,但其高昂的落地成本和过度要求引发了利益相关者的担忧。欧盟委员会收集了各方的反馈意见,就相关问题进行讨论投票,正式发布COM(2025)531号提案。
2025年7月8日,欧盟委员会发布COM(2025)531号提案,旨在优化第1272/2008号法规(EC)中关于物质和混合物分类、标签和包装法规(CLP法规)中的某些要求和程序。
其他相关
参考资料
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欧盟CLP法规2025重大修订解读:数字标签新规与企业应对策略.欧盟CLP法规2025重大修订解读:数字标签新规与企业应对策略.2025-07-15