Аппаратные средства радиочастотных меток RFID

Радиочастотная идентификация RFID (англ. Radio Frequency IDentification) - общий термин, используемый для обозначения систем, которые беспроводным путем посредством радиоволн считывают идентификационный номер (в форме уникального серийного номера) какого-либо предмета или человека. RFID относится к обширной области технологий автоматической идентификации (Auto-ID), которые включают в себя также штриховые коды, оптические считыватели и некоторые биометрические технологии, как например, сканирование сетчатки глаза. Любая RFID-система состоит из считывающего устройства (считыватель, ридер или интсррогатор) и транспондера (он же RFIDметка, иногда также применяется термин RFID-тег), как показано на рис. 14.6.

Основные компоненты системы радиочастотной идентификации

Рис. 14.6 - Основные компоненты системы радиочастотной идентификации: слева - считывающее устройство (ридер), справа - транспондер (метка)

По дальности считывания RFID-системы можно подразделить на системы:

  • - ближней идентификации (считывание производится на расстоянии до 20 см);
  • - идентификации средней дальности (от 20 см до 5 м);
  • - дальней идентификации (от 5 м до 100 м).

Основой технологии RFID и главным ее компонентом является метка (англ, tag) или транспондер (transmitter - передатчик, responder - ответчик), содержащая определенную информацию (например, о продукте, о производстве, месте назначения, сроке реализации и др.), передаваемую на считыватель, когда тот проводит опрос метки.

Большинство RFID-меток состоит из двух частей (см. рис.

14.7):

первая часть - интегральная схема для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного сигнала и некоторых других функций.

вторая часть - антенна для приёма и передачи сигнала.

Принципиальная схема RFID метки

Рис. 14.7 - Принципиальная схема RFID метки: слева - метка с индуктивной связью, справа - микроволновая метка с антенной-диполем

RFID система работает по следующему принципу: радиосигнал посылается считывателем транспондеру (метке), который принимает его и отражает (пассивная метка) или генерирует выходной сигнал (активная метка).

В процессе считывания метки происходит передача данных из ее памяти в компьютер, где информация обрабатывается и выводится в понятном для восприятия виде. Конструктивно RFID- метка обычно состоит из микрочипа, прикрепленного к радиоантенне. Компактность RFID-меток зависит от размеров внешних антенн, которые по размерам превосходят чип во много раз и, как правило, определяют габариты меток.

Для извлечения данных, хранящихся на RFID-метке, используется считывающее устройство - ридер (англ., reader). Типичный ридер состоит из одной или нескольких антенн, которые излучают радиоволны и принимают сигналы от метки. Далее полученная информация (идентификационный номер метки, ID считывающего устройства и время, когда метка была прочитана) в цифровом виде передается в компьютерную систему для дальнейшей обработки. Следует учитывать, что считыватели должны работать на той частоте, для которой предназначены метки.

Функции, выполняемые RFID считывателем:

  • 1. Энергоснабжение пассивных меток за счет передачи энергии меткам с использованием электромагнитного поля.
  • 2. Чтение данных, которые хранятся на метке.
  • 3. Запись данных на метку - используя метки с возможностью чтения-записи, данные можно менять, добавлять новые и удалять старые, в любое время на протяжении всего жизненного цикла продукта.
  • 4. Связь с компьютером - считыватель отвечает за транспортировку информации между метками и компьютером, это происходит посредством порта Bluetooth, сети Ethernet или других проводных или беспроводных технологий.

Конструктивно считыватели бывают ручные, настольные и стационарные.

Ручные считыватели применяются для поиска нужных товаров и применяются на складах, в библиотеках, в розничных магазинах и т.д. Стационарные считыватели используются как для считывания, так и для программирования RFID меток. С помощью них можно записать, стереть, перезаписать информацию с метки. В основном они используется в библиотеках, на складах.

Дальность действия системы RFID зависит от размеров антенн, имеющихся у меток и считывателей. Антенны могут быть двух видов: вмонтированые в метку и корпусированные. В первом случае антенна RFID метки монтируется на ту же поверхность, что и микрочип и помещается с ней в один корпус. Размеры корпуса метки обычно определяется размером и формой антенны. Сам микрочип метки же может быть крайне мал.

В зависимости от потребностей приложений подходы к корпусировке антенн считывателей имеют свои различия. В переносных устройствах, антенна крепится на сам считыватель, в других, размещается на расстоянии от него. Здесь может быть смонтировано сразу несколько антенн (так называемые RFID-ворота), которые расположены таким образом, что позволяет повысить качество считывания и дальность сигналов радиоволн.

В RFID метках используется следующие диапазоны частот:

  • 1. Низкие частоты (НЧ) LF (Low Frequency) - до 135 кГц. Регулирующий стандарт - ISO/IEC 18000-2. Такие метки лучше других работают вблизи жидкостей и металлов, из-за чего этот стандарт стал особенно популярным в области опознавания животных. НЧ метки могут считываться с расстояния в несколько сантиметров и имеют самую низкую скорость передачи данных. Пассивные метки данного диапазона имеют низкие цены, однако в связи с большой длиной волны существуют проблемы со считыванием на большие расстояния, а также проблемы, связанные с появлением коллизий при считывании.
  • 2. Высокая частота (ВЧ) HF(High Frequency) - 13,56 МГц, стандарт - TSO/TEC 18000-3. Метки 13 МГц дешевые, не имеют экологических и лицензионных проблем, хорошо стандартизованы, имеют широкую линейку решений, стандартизованные алгоритмы шифрования. Широко применяются в таких областях, как карты контроля доступа, платежные карты, борьба с подделкой товаров, отслеживание книг и т.д. ВЧ метки могут считываться на расстоянии до 1м. Существуют проблемы со считыванием на большие расстояния, считывание в условиях высокой влажности, при наличии металла, а также проблемы, связанные с появлением коллизий при считывании.
  • 3. Сверхвысокая частота UHF (Ultra-High Frequency) - 433 МГц, стандарт - ISO/IEC 18000-7. Метки обладают наибольшей дальностью регистрации, есть антиколлизионные механизмы. В UHF RFID-системах по сравнению с LF и HF ниже стоимость меток, хотя выше стоимость прочего оборудования. Активные метки (радиометками с элементами питания) обеспечивают максимальную дальность считывания (до 1 км) и надежность считывания до 100%. Основной недостаток - стоимость меток, на порядок превышающая стоимость пассивных UHF меток.
  • 5. Сверхвысокие частоты (СВЧ) UHF (Ultra High Frequency) - диапазон 860-930 МГц, стандарт - ISO/IEC 18000-6. Самый популярный диапазон в современных RFID системах, считываются на расстоянии до 10 метров, скорость передачи данных более 128 Кбит/сек. Данный стандарт стал основным в таких областях, как логистика и управление цепочками поставок. В настоящее время частотный диапазон СВЧ открыт для свободного использования в России в так называемом «европейском» диапазоне - 863-868 МГц.
  • 6. Микроволновые частоты SHF (Super High Frequency) - 2,45 - 5,8 ГГц, стандарт ISO/IEC 18000-3. Используются в таких областях, как промышленная автоматизация, электронный сбор платежей и контроль доступа. Имеют диапазон считывания, сопоставимый с UHF (СВЧ), и более высокие скорости передачи данных. Используемые метки являются в основном активными или полуактивными, что ограничивает области их применения.

Основные выводы по главе

  • 14
  • 1. В современных телекоммуникационных системах для сенсорных сетей используют передовые телекоммуникационные технологии и аппаратные средства.
  • 2. При использовании в телекоммуникационных системах радиочастотных меток RFID используются различные аппаратные средства организации системы. В первую очередь антенны и радиочастотные контуры приема-передачи различного назначения.

Вопросы для самоконтроля по главе

  • 14
  • 1. Что такое датчик, для чего он применяется в составе сенсора?
  • 2. Для чего необходима коммуникационная подсистема в составе сенсорного узла?
  • 3. Могут ли АЦП и ЦАП одновременно входить в состав MCU-контроллера сенсорного узла?
  • 4. С какой периодичностью аппаратные средства сенсорных сетей передают показания?
  • 5. На каком расстоянии работают RFID-метки от считывателя и от чего это зависит?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >