Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska Na podstawie: Albert Lozano-Nieto: RFID Design Fundamentals and Applications, CRC Press, Taylor & Francis Group, London New York, 2011
RFID RadioFrequency Identyfication Transfer informacji w systemie automatycznej identyfikacji
RFID RadioFrequency Identyfication Różne typy transponderów wykorzystywanych w systemach RFID
RFID RadioFrequency Identyfication Urządzenie, które jest używane do rejestracji i przesyłania informacji jest powszechnie zwane czytnikiem (ang. reader), bo w pierwszych wersjach systemów RFID były tylko w stanie odczytać informacje przesłane przez transpondery. Wraz z rozwojem nowych funkcji i zastosowań systemów RFID, wprowadzono nazwę śledczy (ang. interrogator). Odzwierciedla to lepiej funkcja tego podsystemu. Autor używa pojęć interrogator i transponder. Transpondery muszą posiadać obwody potrzebne do pozyskiwania energii z pola elektromagnetycznego, generowanego przez interrogator, niezbędne elementy pamięci, jak również różne obwody sterujące. Najprostsze transpondery zawierają tylko pamięć tylko do odczytu (ROM).
Bardziej zaawansowane transpondery zawierają również pamięć o dostępie swobodnym (RAM) i programowalną pamięć nieulotną - tylko do odczytu (PROM) lub elektrycznie kasowalna pamięć tylko do odczytu (EEPROM). ROM w transponderze zawiera zazwyczaj ciąg identyfikacyjny oraz instrukcje systemu operacyjnego. RAM jest zazwyczaj wykorzystywany do czasowego przechowywania danych, gdy transponder komunikuje z interrogatorem. PROM lub EEPROM jest zwykle używany do włączenia dodatkowych funkcji w zależności od aplikacji. Pojemność pamięci transponderów wynosi od jednego do kilku bitów / kilobitów. Jednobitowe transpondery zazwyczaj stosuje się w sprzedaży detalicznej do nadzoru elektronicznego, gdzie możliwe są tylko dwa stany: nie zapłacony artykuł oraz artykuł zapłacony.
Do przechowywania indywidualnego identyfikatora transpondera, łącznie ze słowem zabezpieczającym, wystarczające są pamięci do 128 bitów. Pamięci do 512 bitów są zazwyczaj programowalne przez użytkownika. Pamięć obok identyfikatora może pomieścić dodatkowe informacje wymagane przez aplikację. Większa pamięć może być nośnikiem dla transportu plików danych. Są one stosowane również w bardziej złożonych transponderach, wyposażonych dodatkowo w sensory. Interrogatory mogą charakteryzować się również różnymi poziomami złożoności w zależności od rodzaju obsługiwanych transponderów. Komunikacja może też być realizowana na różnych poziomach złożoności w zależności od żądanej niezawodności. Różne kontrole przystości, wykrywanie błędów lub detekcja i korekcja błędów.
Urządzenia RFID muszą zawierać również elementy promieniujące energię elektromagnetyczną. Podstawowy interrogator pracujący w paśmie niskiej częstotliwości (LF)
System RFID wymaga również komputera, dołączonego do interrogatora, który zapewnia systemowi pewien poziom inteligencji. Podstawowa struktura systemu RFID
Pasywne i aktywne systemy RFID Pasywny system RFID wykorzystuje pasywne transpondery, tzn. nie posiadające wewnętrznego źródła zasilania. Energia niezbędna do pracy transpondera pochodzi z pola elektromagnetycznego generowanego przez interrogator. Krótki zasięg od centymetrów do kilku metrów. Systemy pasywne są stosunkowo tanie w produkcji i bardzo wygodne w eksploatacji użytkownik nie musi martwić się o wymianę baterii. Systemy pasywne są najczęściej stosowanymi systemami RFID
Pasywne i aktywne systemy RFID Aktywny system RFID wykorzystuje aktywne transpondery, tzn. posiadające wewnętrzne źródło zasilania. Mogą mieć większy zasięg do kilkuset metrów. Krótki zasięg od centymetrów do kilku metrów. Większe koszty: koszt samego akumulatora + koszt eksploatacji. Szacuje się że koszt całkowity aktywnego transpondera jest w przybliżeniu 100 razy wyższy niż pasywnego. Zwykle pracują w zakresie UHF. Aktywne transpondery RFID nowego typu wiążą się z wykorzystaniem technologii RFID w telefonach komórkowych do generowania aktywnego znacznika.
Pasywne i aktywne systemy RFID Pseudobierny (ang. semipassive) lub bateryjnie wspomagany (ang. battery-assisted) system RFID wykorzystuje transpondery, w których bateria nie jest wykorzystywana do transmisji z interrogatorem ale do wspierania pracy różnego typu sensorów, stanowiących wyposażenie transpondera. Systemy te gromadzą również energię elektromagnetyczną od interrogatorów do zasilania również innych układów wewnętrznych.
Klasyfikacja funkcjonalna transponderów RFID Klasyfikacja opiera się na elektronicznym kodzie produktu EPC (ang. electronic product code). Transpondery dzielone są na różne klasy i generacje. Generacja 1, klasa 0: tagi pasywne z funkcją tylko do odczytu. Te transpondery programowane są przez producenta. Użytkownik niczego nie może zmienić. Generacja 1, klasa 0+: po zaprogramowaniu przez użytkownika nie można już nic zmienić. Generacja 1, klasa 1: cechy jak wyżej, ale mogą być odczytywane przez interrogatory różnych firm. Generacja 2 transpondery produkowane na podstawie uzgodnionych norm. Zapewniają dodatkowe funkcje, np. eliminacja powielania odczytów. Są bardziej niezawodne od generacji 1. Szybszy odczyt.
Klasyfikacja funkcjonalna transponderów RFID Generacja 2, klasa 1: programowane u producenta ale odczyt możliwy przez urządzenia różnych dostawców. Większa odporność na zakłócenia. Generacja 2, klasa 2: transpondery wielokrotnego programowania. Generacja 2, klasa 3: transpondery pseudopasywne lub ze wsparciem bateryjnym. Generacja 2, klasa 4: transpondery aktywne. Generacja 2, klasa 5: te transpondery są właściwie interrogatorami. Mogą zasilać inne transpondery.
Częstotliwości transmisji w systemach RFID Pierwsze systemy bazowały na zakresie niskich częstotliwości (LF). Później powstały systemy wysokiej częstotliwości (HF). Ostatnie lata przyniosły wzrost liczby systemów RFID pracujących w zakresie UHF. Oczekuje się, że w najbliższych latach powstaną systemy pracujące w zakresie mikrofalowym.
Częstotliwości transmisji w systemach RFID Systemy RFID LF charakteryzują się odpornością na obecność dużych mas metalowych; również woda w niewielkim stopniu wpływa na tłumienie fal LF. Systemy LF stosowane są w dziedzinach, gdzie występują masy metalowe a także do identyfikacji zwierząt hodowlanych i domowych (wysoka zawartość wody). Transpondery LF zawierają cewki o dużej liczbie zwojów
Częstotliwości transmisji w systemach RFID Transpondery HF są tańsze możliwość wykonania anten drukowanych
Częstotliwości transmisji w systemach RFID Transpondery UHF zapewniają szybszy odczyt a więc możliwość transmisji większej liczby danych. Do transmisji używane jest pole elektryczne zamiast sprzężenia magnetycznego. Zaletą są też niewielkie rozmiary anten.
Częstotliwości transmisji w systemach RFID Różne przykłady anten transponderów UHF
Częstotliwości transmisji w systemach RFID Szczegóły transpondera LF
Częstotliwości transmisji w systemach RFID Szczegóły transpondera HF
Schemat blokowy transpondera RFID
Modulacja częstotliwości
Powielacz napięcia
Powielacz napięcia
Kaskadowy powielacz napięcia
Techniki kodowania sygnału
Modulacja sygnału - FSK
Modulacja sygnału - FSK
Modulacja sygnału - PSK
Konfiguracja w transponderze MCRF200
Struktura transpondera MCRF450
Schemat blokowy interrogatora
Przykład synchronizacji
Synchronizacja Master-Slave bez potwierdzania
TIRIS Bus Protocol Texas Instruments