RFID於农业上的应用Application of RFID in Agriculture.pdf
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1、RFID 於農業上的應用於農業上的應用 Application of RFID in Agriculture 饒瑞佶饒瑞佶 Ruey-Chi Jao 建國科技大學資訊管系建國科技大學資訊管系 副教授副教授 Associate Professor,Department of Information Management,Chienkuo Technology University 摘要摘要 無線射頻辨(Radio Frequency Identification,RFID)技術是近相當熱門的IT 議題,早在 1950 代二次大戰期間,英國將此項技術應用於戰機的敵我辨上,之後美國政府實驗室開始運用
2、 RFID 管制核能原,到 1970 代末期,美國政府透過 Los Alamos 科學實驗室將 RFID 技術轉移到民間,大多仍以商業物等為主。1985 英國肯特郡發現第一頭有狂牛症的瘋牛後,開始將 RFID 技術導入到農業,用於活體牲畜的追蹤管,逐漸演變成生產追蹤系統,進各國無如火如荼的投入此域的研究,也將應用域從畜牧業擴展到漁業、農作物生產、物追蹤管與收容動物管等。雖然仍存在著高成本、RF 訊號取瓶頸、安全性與技術標準等問題,但是伴隨著 RFID 軟硬體新技術的開發與 ISO 標準的統一,使得 RFID 在農業上的應用越越成熟,逐步將農業的生產、加工、通與安全等層面從 E 化帶到 M 化,
3、最後進入 U 化的地步,所謂的 U 化指的是 Ubiquitous,無所在的意思,希望資訊以多方供給與通的形式提供網情報交,達到一種資訊無所在的目的。關鍵詞關鍵詞:無線射頻、資訊科技、智慧環境、生產 前言前言 一、無線射頻辨技術 無線射頻辨(Radio Frequency Identification,RFID)技術是最近越越熱門的 IT 議題,但它卻是項已經有約 50 以上史的技術,1950 代二次大戰期間,英國將此項技術應用於戰機的敵我辨上,之後美國政府實驗室開始運用RFID 管制核能原,到 1970 代末期,美國政府透過 Los Alamos 科學實驗室將 RFID 技術轉移到民間。19
4、80 代中期,德州儀器公司(Texas Instruments,TI)與 Motorolla 開始產低頻的 RFID 標籤(Tag);1999 MIT 成 Auto-ID Center,發展高頻的技術與標準(袁啟亞,2003)。它被認定為 21 世紀 10 大重要技術之,可以將人的日常生活從 e 化帶到 M 化,最後進入 U 化的地步,所謂的 U 化指的是 Ubiquitous,無所在的意思,希望資訊以多方供給與通的形式提供網情報交,達到一種資訊無所在的U 化生活,其中除無線網環境外,無線射頻辨技術也佔很重要的環。RFID 具備有(1)無方向性限制取資;(2)辨距長;(3)辨速快;(4)辨正確
5、性高;(5)/寫功能,資記憶大;(6)安全性高;(7)壽命長;(8)標籤穿透性佳與(9)可在環境操作等種優點(饒,2006a)。目前 RFID 已經被應用在許多域上,包括動物追蹤(Kampers,1999;Wang and Zhang 2006)、醫管(曾,2002;黃,2000;,2005)、物業(,2005)、售業(謝,2005)、國防工業(江,2005;與馬,2005)與農業(黃,2004)等域上。既然它那麼熱門,那到底麼是 RFID 呢?大家所熟知的捷運悠遊卡就是RFID 技術的應用。簡單就是種無線的辨技術,與其他像條碼、晶片卡與磁條等技術,相同的部分是要做辨的用途,只是使用的技術同而
6、已。RFID使用無線電波的方式進辨的工作,這樣的無線電波頻段大致分成(1)低頻(Low Frequency,LH);(2)高頻(High Frequency,HF);(3)超高頻(Ultra High Frequency,UHF)與(4)微波(Microwave)等四部份(表 1)。以市面上買的到或實際已經運用的系統,低頻主要指的是頻在 125 KHz 或是 134 KHz 附近,高頻的主則是在 13.56 MHz,超高頻差性則較大,常因地區與國家所開放的頻段同而同,各國 RFID UHF 開放頻段如表 2 所示,微波則是在 2.45 GHz 或是 5.4 GHz,其中 2.45 GHz 是屬
7、於全球通用的 ISM(Industrial Scientific Medical)公用頻段。近由於美國售業頭 Wal-Mart 與美國國防部(DoD)的大推動,讓RFID 的應用越越受重視,1980 代後,許多公司開始投入減少 RFID 尺寸大小與成本的研究,隨著矽晶片技術的發展,使得 RFID 在尺寸與成本上逐漸被市場所接受,許多 IT 大廠如德州儀器、Infineon、Motorola、Microchip 與 Philips 等等相繼投入 RFID 硬體與軟體的研發,基於成本大幅下與研發廠商越越多的前提下,讓許多業導入 RFID 技術變的可能(饒,2006b)。表 1、我國各頻段 RFID
8、 頻與使用況表 頻段 頻 感應距 我國使用現況 LF 125 KHz 135 KHz 1.5 m 117.6126 KHz,129160 KHz:已指定業務分配但尚未使用 HF 6.78 MHz 13.56 MHz 1.5m 864.1868.1 MHz:Low-Tier 870890 MHz:3G 895915,940960 MHz:GSM UHF 2.45 GHz 1.5m 2.45 0.05 GHz:供工業,科學,醫設備使用 表 2、世界各國 RFID UHF 開放頻段表 國別 頻段範圍(MHz)國別 頻段範圍(MHz)歐盟 869.4869.65 865.6867.6 西 864868
9、 南非 869.4869.65 915.2915.4 日本 905956 美加 902928 韓國 910914 澳洲 918926 台灣 922928 二、RFID 系統 RFID 系統是由取器(Reader)、標籤(Tag)、中介軟體(MiddleWare)與資訊系統(Information System)四者所構成。標籤由一塊微小的晶片和天線組成,這樣的組成加上一個簡單的基板稱之為 Inlay(圖 1),圖 1 左圖是 UHF Tag 的 Inlay形式,天線多屬長形,右圖則是 LF 與 HF Tag 的形式,天線是用線圈層層圍繞所組成,後面白色的塑膠貼紙就是基板。同頻段的標籤界定可被取
10、器存取的範圍,頻越高對物質的穿透越高,取距越遠,UHF 標籤的存取範圍可達3 米,但對於液態及屬物質會出現一定程的干擾;相反的在 LF 與 HF 所受的干擾較少,但能存取的範圍只在十厘米內。晶片內具有一組辨碼(ID),可以使用取器經由無線通訊方式取標籤內的 ID 或是資,而這些動作的背後是由資訊系統透過中介軟體負責驅動與管。圖 1、RFID Inlay Inlay 再經過封裝後,可以呈現出許多同樣式的標籤,這些樣式多是取決於用途而設計,常的有錶帶(wristband)式、塑膠卡(PCB Card)、玻璃形式(Glass Tag)、鑰匙圈(Key)、用於屬物品的 Metal Tag、具備感測器的
11、 Tag 與用於安全防護的 Security Tag(圖 2)。圖 2、各種同形式的 RFID Tag 除使用頻段與樣式區分標籤外,還可以使用電源方式將標籤區分為主動式(Active)及被動式(Passive)種。前者指的是標籤內具備有電源,可以自發送通訊電波,可以長取距,後者則是完全要靠取器的電波能驅動標籤工作,目前市場聚焦在 Passive UHF。針對標籤訂定有一套詳細的分準則,將標籤分成 Class0 至 Class4 等五。(1)Class 0:只供取(Read Only),此為最基本的標籤,製造商於生產時,已將 ID 碼植入標籤晶片內,植入後號碼能變。(2)Class 1:可寫一次
12、(Write Once Read Many Times),此標籤在生產時會植入任何 ID 資,使用者可在購買後自己透過取器植入資一次。Tag+temp.sensor Metal tag Key tag wristband PCB card Glass tag Wal-Mart 要求供應商於 2005 1 月開始在貨品上,貼上 Class 1 標籤。(3)Class 2:重覆寫,此標籤為可供重覆寫的被動式標籤,適合用作儲存貨品編碼外多的資,如有效日期、產地及其他考編號等,由於所寫入的據較多,標籤記憶體容亦較高。(4)Class 3:內設感應器,此標籤擁有 Class 2 的寫效能,包含額外的感應
13、器,能偵察溫、氣壓、動向等環境據。由於標籤本身要具偵測感應效能,一般設計成半主動或主動式。(5)Class 4:天線,此標籤本身就如一個天線,能發出訊息與其他標籤進溝通,毋須再經過其他取器,標籤本身亦帶有電池,目前真正應用到此標籤的子極少。取器也具備有種分方式,第種就是搭配使用的 Tag 頻段同,樣分成 LF、HF 與 UHF 的取器,另種則是依照與資訊系統通訊介面的同,可以分成 RS232、USB、PCMCIA、CF、SD、Ethernet 與 Wiegand 等七種介面,如圖 3 所示。目前用於應用程式開發的幾種工具,如.NET、C+、VB 與 Delphi等有對應的通訊元件或模組可以使用
14、,可以用開發資訊系統與取器間的資通訊作業中介軟體。圖 3、各種形式的 RFID 取器 三、各國發展現況 日本政府於 2004 8 月提出U-Japan(Ubiquitous Japan)政策,擬將無線區域網、有線網、芽以及動通訊器材如手機等進全面性,將網無所在的概植入日常生活的枝微末節,之餘,甚至能保障人身安全,使用者本身就在網當中。CF Interface PCMCIA Interface RFID Printer RS232 Interface USB Interface Wiegand Interface Ethernet Interface RS232 Interface 韓國也針對這
15、樣的概,應用並延伸到位家庭、位社區、位娛及技術展示等各個層面,企圖建構一個全方位的位網絡生活環境,所以如鑲嵌於動電話晶片型式的定位追蹤服務,將增加個人及公共安全上與資訊上的服務提供;另外透過放置在個人身上的生況測儀器,能夠隨時記身體變化同時與院方或研究中心同步結,獲得照顧健康與醫研究的性;社會資源層面亦能透過 RFID 建構各型社會資源的認證,減少未在相關建設上的重複成本付出。似日本 Ubiquitous 概的科技化服務在歐洲、美國與印也分別各有其似的推展應用模式。台灣則於 2004 開始推動U(Ubiquitous)台灣計畫,此計畫就是運用 RFID 技術、無線網與寬頻技術,整合位家庭、網際
16、網、無線網及設備,發揮無線通訊科技無所在的功能,再創另一次的科技與經濟發展奇蹟,帶動二次 IT 革命。選擇與國人生活習慣與文化較接近的日本模式,規劃於交通、經濟、農業、教育、衛生、文化、國防等部門進 RFID 技術與各種科技的整合運用,並由經濟部發起統籌與輔導國內業者成RFID 研發及產業應用盟,企圖發展新的商機同時帶生活上的。2004 Wal-Mart 前百大供應商及美國國防部(DoD)透過電子商品碼(Electronic Product Codes,EPC)進 RFID 之應用,預計投入 RFID 技術及服務之額將介於 5 億至 38 億美之間。Wal-Mart 並宣示將於 2005 正式
17、運用 RFID於物管;同時微軟、昇陽、甲骨文、IBM、SAP、仁科(PeopleSoft)、HP 等多家資訊大廠紛紛看好RFID後端系統的商機,有大幅投入的動作。Yankee Group最新報告預測至 2008 美國 RFID 資訊服務市場規模將達到 42 億美元。RFID 只在售業的應用將越越普及,預計將帶動一波商業程革命,因為要用RFID的即時資回傳優勢,商業程勢必會隨之調整,進而決定現階段哪些應用程式需要修改;除此之外,可以透過它將操作過程中的資訊全部蒐集,經過統計分析,對於新商品開發,銷策以及各項政策的制定上有莫大的幫助,也因此微軟投注大心在 RFID 後端資訊分析平台的開發上。基於上
18、述由,難發現,用 RFID 技術提昇企業競爭已成為全球重要產業主之一,將為企業帶另一資訊應用的高峰。RFID 的重點在 RF,而在 ID,再加上需要電源即可動作(指被動式),所以才會比一樣是 RF 技術的芽和 Zigbee 應用廣,受業界重視。同時 RFID 內含 UID(唯一別碼)和記憶體的特性,在其價格低後將取代大部份條碼的應用場合。2006 經濟部成RFID 公域應用推動辦公室,負起開創公域先導應用、帶動產業發展的使命,選定居家與公眾安全、貿通道安全、航空運應用、食品通安全及健康與醫應用等五個公域,協助公域相關單位規劃 RFID 先導應用以及跨部會合作之整合,是我國有關 RFID 政策的
19、最高導單位(經濟部無線射頻別公域應用推動辦公室網站),技術部份則是由工研院無線辨科技中心(http:/www.rtc.itri.org.tw/)為首,負責開發 RFID 相關應用技術與追蹤世界標準的發展。除門禁系統外,國內最成功的案要算是台智慧卡公司的捷運悠遊卡,除可以坐捷運外,目前擴大其應用到一般商業交的儲值扣款機制上,如搭公、停付費與到超商買東西等,並結合台市內 439 所國小讓學生上下學需要刷卡,以追蹤學生的上下學況。國內已投入或將投入 RFID 的上市櫃公司目前並多,除宏碁已投入 RFID 網絡系統的建置外,國內最大的紙箱供應商永豐餘是另一個最大的 RFID power user,旗下
20、的子公司永奕科技近致於 RFID 於物技術的研發;其他像技、欣技、台揚則是硬體方面的廠商,許多原先的 POS 廠商,如伍豐、飛捷、振樺也投入於 RFID 介面的整合;BenQ 已開發出國內第一款 NFC(Near Field Communication)手機。2006 美國那斯達克的上市公司 Symbol 用 2.3 億美併購 Matrics,Matrics 是一家 RFID 標簽製造供應商,未台灣 RFID 業界或許也有這樣的合併風潮會出現。無線射頻技術標準無線射頻技術標準 目前世界通用的技術標準多是由國際標準組織(International Organization for Standar
21、dization,ISO)負責制定與公佈,RFID 技術的標準也外,針對同頻段分別可以在 ISO 中查詢到對應的標準。目前低頻(LF)與高頻(HF)部分的標準是比較確定的,所以被大家討最多的是 UHF 的標準,因為此部分的標準尚未完全抵定。UHF 的標準最早是由 MIT Auto-ID Center 開始發展,主要鎖定在 Tag的電子商品編碼(Electronic Product Codes,EPC)與通訊技術上,最後將 EPC 透過 RFID 技術加以實現。Auto-ID Center 目前已經分成個組織單位,一個是繼續專注在研發工作的 Auto-ID Center,一個是由 5 所研發大學
22、及 100 家企業合組成的 EPCglobal,後者主要負責所有透過 RFID 電子商品編碼的商業活動與標準制定工作。EPCglobal 是由國際組織 EAN(European Article Numbering;歐洲商品編碼)及 UCC(Uniform Code Council;編碼規範會議)合資而成,主導電子商品編碼網絡(EPCGlobal Network)的建與發展,期望在全球任何產業中,提供一個全球即時的標準、自動化且確的供應鏈商品認證工作,整合與發展程如圖 4 所示。圖 4、EPCGlobal 整合發展程 EPC 電子商品編碼的資定義分成四部份(圖 5),分別是:(1)標頭(Head
23、er):為 EPC 碼的第一部份,主要定義該 EPC 碼的長、別型和該標籤的編碼結構。(2)公司代碼(Manufacturer):具有獨一無二的特性,為一個組織代號,也是公司代碼,並負責維護結構中最後組續號碼。(3)物件別碼(Product):在 EPC 編碼結構的角色為辨物件的形式以及型,也具有獨一無二的特性。(4)最後則是序號(Serial Number):續號也同樣具有單一的特性,賦予物件別中物件的最後一層,使得同一種物件得以區分同個體。圖 5、EPC 電子商品編碼的資格式定義(摘自 EPCGlobal Taiwan 網站)EPCglobal 未最主要的目標就是透過 EPC 電子商品編碼
24、建 EPCglobal Network,EPCglobal Network 涵蓋 5 大要素,包括電子商品編碼(EPC)、別系統(EPC Tag and Reader)、商品命名服務(ONS;Object Name Service)、物體結構語言(PML;Physical Makeup Language)及 Savant 中介軟件與 EPCIS 資訊系統(包含原有的 ERP、CRM 或 SCM 等系統)。電子商品編碼是在供應鏈系統中,以一個字別特定一項商品,再透過RFID Tag 與Reader藉此字溝通別,Reader將這個字傳送到電腦或是本體的應用系統中(圖 6),再傳送到網際網上完成資查
25、詢與交換,此過程使用的方法就是 ONS。ONS 就如網際網的 DNS(Domain Name System)一樣,會鎖定電腦網中的定點,抓取有關商品的訊息,如同這些商品被生產時即可被追蹤一樣。PML 是 EPCglobal Network 中共通的語言,用對物體做資判定。而 Savant 軟體就是 EPCglobal Network 的中樞經系統,主要在管及傳送處訊息(圖 7)。圖 6、EPC 電子編碼在 RFID 系統中之運作示意圖 圖 7、EPCGlobal Network 運作示意圖 F127.C238.DF1B.17CRFID Tag產品 EPC電子編碼 RFID 電子標籤產品 int
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