RFID: Jak technologie RFID funguje a kde se používají systémy RFID — EcoPrint

RFID je technologie pro bezkontaktní výměnu dat mezi štítkem a čtečkou prostřednictvím rádiové frekvence. Technologie RFID se nejčastěji využívá pro inventarizaci dlouhodobého majetku, ochranu proti krádežím v prodejnách, povinné značení kožichů, pneumatik, dřeva – automatická identifikace a evidence objektů.

1. Co je RFID
2. Z čeho se skládají RFID systémy
3. Jaké typy značek RFID existují?
4. S čím čtou rfid tagy — rfid čtečkami
5. Aplikace RFID technologií
6. Výhody RFID

Co je RFID?

RFID je zkratka pro Radio Frequency Identification.

RFID je systém vysílače (rfid tagy), které jsou umístěny na objektech, které je třeba monitorovat, a priyomnikov (rfid čtečky) signál z RFID vysílačů (rfid tagy).

Z jakých prvků se skládá systém RFID a řešení RFID?

Systém RFID se skládá ze 3 hlavních prvků:

1. RFID štítky, které jsou nalepeny, přišity nebo umístěny uvnitř předmětů nebo papírových štítků
2. RFID čtečka, která dokáže současně číst jeden RFID štítek a stovky štítků za sekundu.
   RFID čtečka nejen čte RFID štítky, ale také umí RFID štítky zapisovat.
3. Program, který řídí čtečku RFID (přijímá načtená data nebo dává příkazy k zápisu informací na štítek RFID). Takový program se často nazývá RFID server.
   Potřebujete také program pro práci s daty RFID tagů – může to být účetní systém jako 1C nebo speciální RFID software, který vyřeší váš aplikační problém.

Další prvky systému RFID:

• RFID tiskárny štítků a RFID štítky na roli
• RFID antény pro RFID čtečky
• rfid brány a rfid portály
• RFID skenery signálu
• terminály pro sběr dat s moduly RFID
• návrháři a programátoři pro tvorbu, implementaci a podporu RFID systémů

Jaké typy RFID tagů existují a jak se liší?

RFID tag se skládá z:

1. rfid čip, který uchovává užitečné informace a tyto informace lze mnohokrát přepsat a zašifrovat
2. rfid anténa, která přijímá signál ze čtečky a posílá jí zpět svou odpověď
3. a může zde být ještě třetí prvek – výkonový prvek, pokud se jedná o aktivní RFID tag

RFID tagy jsou pasivní a aktivní.

Pasivní RFID tagy

Pasivní štítky (toto jsou nejčastěji používané štítky) nemají vlastní zdroj energie a k provozu nevyžadují baterii ani akumulátor. Využívají energii odražených rádiových signálů.

Elektrický proud indukovaný v anténě štítku elektromagnetickým signálem ze čtečky poskytuje energii potřebnou pro činnost RFID čipu umístěného ve štítku a přenos signálu odezvy. Maximální čtecí vzdálenost pasivních tagů se v závislosti na zvolené frekvenci a velikosti antény pohybuje od 10 cm (pro normu ISO 14443) do několika metrů (standardy EPC a ISO 18000-6).

Aktivní značky RFID

Aktivní tagy mají svůj vlastní zdroj energie a nejsou závislé na energii čtečky, díky čemuž je lze číst na větší vzdálenost než pasivní tagy a majíоVětší rozměry a lze vybavit další elektronikou.

Aktivní tagy poskytují spolehlivější čtení/zápis dat než pasivní tagy díky speciální komunikační relaci mezi transpondérem a čtečkou.

Aktivní štítky RFID generují výkonnější výstupní signál díky vlastnímu zdroji energie ve srovnání s pasivními štítky. To umožňuje použití těchto transpondérů v prostředích, která jsou agresivnější pro radiofrekvenční signály: voda (včetně lidí a zvířat, které se skládají převážně z vody), kovy (lodní kontejnery, auta) a na velké vzdálenosti ve vzduchu.

Většina aktivních RFID štítků dokáže přenášet signály na vzdálenosti stovek metrů s životností baterie až 10 let. Některé aktivní RFID tagy mají vestavěné senzory například pro sledování teploty zboží podléhajícího zkáze, vlhkosti, vibrací atd.

Takové transpondéry jsou schopny uchovat větší objem informací, ale jsou dražší než pasivní a jejich baterie mají omezenou provozní dobu.

Polopasivní RFID tagy

Zřídka, ale semipasivní známky existují. Jsou vybaveny vlastním napájecím zdrojem, který napájí čip až po přijetí signálu ze čtečky.

Takové tagy lze tedy číst na stejnou vzdálenost jako aktivní.

Provozní frekvence a rozsah čtení RFID štítků

Pracovní dosah štítku RFID závisí na jeho frekvenci – čím vyšší je frekvence štítku, tím větší je vzdálenost, na kterou je štítek načten.

RFID tagy se dělí podle frekvence na:

• LF RFID štítky — jedná se o nízkofrekvenční štítky RFID s pracovní frekvencí 125 – 134 kHz
• HF RFID štítky — jedná se o vysokofrekvenční štítky RFID s pracovní frekvencí 13,56
• UHF RFID štítky — jedná se o ultra vysokofrekvenční RFID štítky s pracovní frekvencí 860 – 960 MHz

Provozní rozsah RFID tagu

Čím vyšší frekvence, tím větší je identifikační vzdálenost štítku v systému radiofrekvenční identifikace.

Nízkofrekvenční značky jsou čitelné pouze na blízko.

LF značky

Nízkofrekvenční štítky (LF rfid tag) fungují dobře na kovových površích a používají se také k identifikaci zvířat, ryb a lidí implantací transpondérových štítků pod kůži.

HF štítky

Relativně levné, dobře standardizované (ISO 14443, ISO 15693), mají širokou škálu řešení. Používají se v platebních systémech, logistice a osobní identifikaci. Používají standardizované šifrovací algoritmy. Tagy tohoto rozsahu mají největší rozsah detekce; standardy této řady zahrnují protikolizní mechanismy.

UHF štítky

Obvykle levnější než štítky LF a HF. Frekvenční rozsah UHF je otevřen pro použití v Rusku v takzvaném „evropském“ rozsahu: 863 – 868 MHz.

RFID štítky pro různé materiály

RFID štítky se dělí podle typu materiálu, na který jsou aplikovány nebo vloženy.

• Pro kovové – RFID štítky pro nalepení na zařízení, přístroje, konstrukce
• Štítky Pro předměty, které neobsahují kov nebo kovový povlak
• Tagy, které fungují na jakémkoli povrchu – univerzální RFID tagy

Možnosti štítků RFID podle návrhu

• náramky s RFID štítkem
• RFID štítek přesný
• pouzdro RFID tag
• RFID karty
• RFID tagy
• RFID klíčenky

Jaké typy RFID čteček existují?

Výběr RFID čtečky je dán konkrétním aplikačním úkolem.

Stolní RFID čtečka

Tento typ čtečky se používá pro označování knih/CD/dokumentů v knihovnách a archivech, personalizaci K&Z pro RFID značení kožichů a kožešinových výrobků a kontrolu pravosti produktů na prodejních místech. Čtečka RFID se instaluje přímo na pracovní stanici označovače a připojuje se k počítači přes USB sběrnici.

Mobilní čtečka RFID

Taková zařízení našla uplatnění ve skladech, knihovnách a archivech a používají se při venkovní práci, kde nejsou žádné zdroje energie. Mobilní RFID čtečka slouží pro skupinové účtování objektů, vyhledávání a inventarizaci produktů, identifikaci objektů v terénu (servisní a opravárenské práce, kontrola pravosti produktů).

Portálová RFID čtečka

Hlavním účelem použití portálových RFID čteček je funkce ochrany proti krádeži a prevence krádeží v knihovnách, prodejnách, skladech a dalších zařízeních. Portálové RFID čtečky slouží k identifikaci vozidel, personálnímu účetnictví, pohybu osob a předmětů (výstavy, sklady, továrny).

Stropní RFID čtečka

Duplikuje funkce portálové RFID čtečky, ale na rozdíl od ní je instalována v místech se širokými průchody, za podhledy, u objektů kulturní hodnoty, aniž by zasahovala do interiéru a konstrukce budovy.

Stojí za to věnovat pozornost rozsahům, ve kterých čtečky RFID pracují.

• LF (125 kHz) – čtečky slouží k bezkontaktnímu čtení na blízko na vzdálenost maximálně 10 centimetrů.
• HF (13,56 MHz) – informace jsou čteny na vzdálenost až 1 metr.
• UHF (865–868 MHz) – maximální čtecí vzdálenost čtečky informací není větší než 15 metrů.
• SHF (2–30 GHz) – skenery mají mikrovlnné moduly schopné číst informace na velmi dlouhé vzdálenosti.

RFID čtečky se liší také komunikačními protokoly pro připojení k databázi a softwarem: UART, RS-232, SPI, WG32, USB. Každá země má svá vlastní pravidla a standardy upravující přenos rádiových frekvencí UHF, které určují, jak by měl být systém navržen a jak vybrat RFID skener, který bude pracovat ve specifikovaných frekvenčních rozsazích.

Pasivní systémy rozsahu UHF 860~960 MHz standardu EPC Class 1 Generation 2 (ISO/IEC 18000-63), krátce Gen2

Hlavní mezinárodní sortimenty:

• Evropa (ETSI): 865,6 ~ 867,6 MHz, včetně užšího RF rozsahu 866,6 ~ 867,4 MHz;
• USA (FCC): 902 ~ 928 MHz;
• Japonsko: 952 ~ 956,4 MHz (do roku 2018 a nyní i v budoucnu platí druhý rozsah 916,7 ~ 920,9 MHz);
• Čína: 920,5~924,5MHz.

Pokud je čtečka nakonfigurována pro vysílání v pásmu 902–928 MHz v zemi, která standardizovala pásmo 865–868 MHz pro použití RFID, poruší místní normy shody pro přijatý frekvenční rozsah.

Vlastnosti použití systémů UHF EPC Gen2 jako nejčastěji používaného standardu ve výrobě a průmyslu.

Hlavním ekonomickým přínosem použití RFID systémů EPC Gen2 je zrychlení a snížení pracnosti operací účtování objektů – přejímka, expedice, inventura, vyhledávání zadaných objektů. Důležitá je také schopnost snížit vliv lidského faktoru, protože v mnoha případech může k registraci štítku dojít bez lidského zásahu, čímž se optimalizují pracovní zdroje a rizika.

Například zóny portálu pro registraci událostí na vstupu/výstupu, vstupu/výstupu a účtování množství produktů na dopravníku. Takové systémy se často používají, když je potřeba registrovat tagy z velkých vzdáleností od 0,5 do 10 metrů, s možností současné registrace velkého počtu tagů a pohybu vysokou rychlostí. Složitost implementace systémů EPC Gen2 spočívá ve zvláštnostech samotné radiokomunikační technologie z hlediska pohlcování signálu vodou, rozptylu a možného rušení při zvětšování vzdálenosti od tagu ke skeneru a stínění kovových předmětů. Metoda řešení konfliktních situací zařízení spočívá v nastavení registračního výkonu čtečky na mnohonásobně vyšší úroveň, než je potřebná k registraci jednoho tagu, a umělém stínění signálu a oplocení registračních zón.

Při výběru čtečky je vždy nutné zkontrolovat počet dostupných anténních portů a možnost rozšíření čtecích zón a/nebo přidání dalších čtecích bodů, což závisí na počtu nasazených RF antén. Čtečky jsou obvykle k dispozici se dvěma, čtyřmi a osmi porty (bez jakýchkoli dalších zařízení, jako jsou multiplexory). Multiplexery, nazývané také anténní rozbočovače, mají více signálových vstupů, jeden nebo více řídicích vstupů a jeden výstup, který umožňuje přenos signálu z jednoho ze vstupů na výstup. Lze použít společně pro zvýšení počtu antén (pro rozšíření a podporu až 32 RFID antén), které lze připojit k jedné RFID čtečka. Je třeba poznamenat, že většina multiplexerů je navržena pouze pro použití s ​​určitými RFID čtečky a modely.

Při výběru počtu antén nejprve vyberte požadovaný počet čtecích zón a v rámci každé zóny vypočítejte, jaká vzdálenost a oblast pokrytí bude zapotřebí k dosažení požadované rychlosti čtení.

Návrh systému RFID a výběr čtečky přímo závisí na technologii přenosu dat a kvalitě sítě. Důležitou roli v tom hraje také software a do jaké míry s ním bude čtečka synchronizována. Pokud například chcete, aby byla čtečka připojena k hostitelskému počítači pomocí kabelu RS-232, kabelu Ethernet, kabelu USB nebo Wi-Fi. Přenos dat a používání systému RFID v reálném čase může také pomoci snížit celkové náklady na systém, pokud máte nastaveno více možností čtečky, protože pro každou čtečku nepotřebujete hostitelský počítač. Pokud to aplikace vyžaduje RFID čtečka byl online, můžete použít Ethernet nebo Wi-Fi. Použití těchto dvou komunikačních technologií umožní programu RFID vyměňovat data lokálně v dosahu sítě.

Některé čtečky RFID přidávají další porty nebo nástroje, které poskytují nové funkce, které mohou zjednodušit nebo zlepšit současný systém. Níže jsou uvedeny nejčastější doplňkové funkce RFID čteček a možnosti jejich připojení.

• hdmi. Jednou z nejnovějších funkcí čteček RFID je přidání portu HDMI. Porty HDMI umožňují přímé připojení displeje nebo monitoru ke čtečce. Nejčastěji se používá pro bezkontaktní stolní čtečky.
• Usb Nejoblíbenějším způsobem připojení pro všechna zařízení je port USB. Tento fakt lze vysvětlit celkem jednoduše – je to dáno jeho multifunkčností, včetně RFID čteček. Port USB lze použít pro ukládání a přenos dat, napájení nebo dalších pomocných funkcí, jako je přidání Wi-Fi dongle pro různé RFID skenery.
• GPS.Mobilní čtečka RFID s funkcemi GPS je velmi užitečná pro velké projekty, zejména ty, které zahrnují velké vzdálenosti stovek metrů. GPS souřadnice jsou připojeny k RFID tagu, když je načten, což umožňuje uživatelům označit konkrétní umístění majetku.
• Fotoaparát. V některých aplikacích, zejména v odlehlých oblastech, je užitečné použít kameru v mobilní čtečce k dokumentaci stavu označené položky. To je zvláště užitečné, pokud je to například průmyslové RFID tablet, podporuje funkci GPS, s vázáním ID značek, fotografie a GPS souřadnice (geotagy) pro analýzu po návratu.
• Čárový kód. Nejběžnější doplněk tradičních mobilních čteček čárových kódů a skenerů. Používá se pro řízení dodavatelského řetězce v kombinaci s RFID štítky nebo místo RFID v malých sériích, kde není možné nebo praktické použít RFID RFID.
• Buněčné schopnosti.Mobilní čtečky RFID Telefony s dlouhým dosahem s mobilními funkcemi se často používají v situacích, kdy není přístup k Wi-Fi nebo jiným alternativním metodám připojení. Mobilní komunikace poskytuje alternativní metodu pro čtení štítků během přepravy nebo lokalizace objektů, když jiná připojení nejsou dostupná.
• Parametry GPIO. Univerzální vstupně/výstupní připojení pro čtečky RFID se používají k připojení dalších zařízení, jako jsou světelné jednotky a detektory pohybu. Čtečky typicky čtou a zapisují tagy, ale s přidáním dalšího zařízení připojeného přes GPIO port lze naprogramovat specifické tagy (nebo jejich nedostatek), aby spustily událost. Tyto události, když je štítek načten, poskytují zvukové nebo vizuální signály (zapnutí/vypnutí signálních světel nebo světelná upozornění).
  Vstupy – Zařízení GPI nebo univerzální vstupní zařízení jsou připojena přes port GPIO a zahrnují položky, jako jsou detektory pohybu a světelné senzory. Zařízení GPI využívají ke komunikaci se čtečkou elektrické signály. Pokud zařízení vyšle signál do čtečky, program umožní čtečce provést operaci zadanou v nastavení. Výstupy – Zařízení GPO nebo zařízení pro všeobecné použití vycházejí z portu GPIO a zapínají věci, jako jsou světla a alarmy. Pokud například RFID skener přečte konkrétní štítek, ID software odešle elektrický signál zpět do čtečky, který sdělí příslušenství, aby provedlo konkrétní funkci, jako je rozsvícení světla. Při rozhodování o přidání příslušenství je důležité pochopit, jaké napětí bude zapotřebí k efektivnímu provozu. Některá zařízení spotřebovávají mnohem více napětí, než může poskytnout čtečka RFID. V těchto případech je vyžadováno pole GPIO, aby poskytovalo dodatečné napájení pomocnému zařízení.

Napájení RFID čtečky je jedním z prvních parametrů, které je třeba při nákupu zvážit. Počet elektrických zásuvek je často omezený nebo nedostupný ve výrobních nebo skladových zařízeních. Proto existují čtyři možnosti napájení RFID skenerů.

Napájecí adaptér. Nejběžnějším způsobem připojení čtečky RFID k elektrické zásuvce je napájecí adaptér. Před použitím se ujistěte, že zásuvka je v těsné blízkosti místa, kde je čtečka instalována.

PoE. Dalším oblíbeným způsobem napájení RFID čtečky je PoE nebo Power over Ethernet. PoE využívá ethernetový kabel k napájení a čtení/příjem dat. Jakmile je čtečka nakonfigurována, mohou PoE kabely vést až 300 metrů a spolehlivě napájet čtečku. Výhodou použití PoE (oproti napájecímu adaptéru) je, že eliminuje potřebu střídavého napájení v místě čtení.

Baterie. Používá se hlavně pro mobilní čtečky a průmyslové tablety s předinstalovaným RFID adaptérem. Baterie poskytují energii a umožňují, aby čtečka RFID byla bezdrátově mobilní. Prakticky lepší je mít po ruce náhradní baterie spolu s nabíječkou, ke které lze připojit více baterií pro dobíjení najednou.

Ve vozidle. Hlavní Aplikace RFID čtečky – použití ve vozidlech (např. nákladní automobil, vysokozdvižný vozík atd.). Vynikající řešení pro čtení RFID štítků na dálku při pohybu po velkých plochách, pro čtení palet ve skladu nebo jiných pohybujících se aktiv. Není mnoho čteček, které byly navrženy speciálně pro tento typ použití, ale ty, které jsou na trhu, mají robustní pouzdro, držák a kabel, který se připojuje k elektroinstalaci vozidla.

RFID čtečky štítků přenášet data různými způsoby. V závislosti na tom, jaké možnosti síťového připojení zařízení podporuje, bude záviset účinnost jeho použití v různých podmínkách.

• Wi-Fi. Připojení k síti je možné přes Wi-Fi pouze při plném pokrytí registrační zóny kvalitním signálem, jinak čtečka jednoduše ohlásí chybějící připojení. Wi-Fi připojení poskytuje bezdrátovou, flexibilní možnost připojení pro RFID řešení. Porty Wi-Fi a LAN jsou obvykle jediným způsobem připojení zařízení k síti. Další výhodou Online RFID čtečky je možnost vzdáleného připojení tiskárny nebo jiného zařízení ke čtečce.
• LAN nebo k místní síti připojené pomocí ethernetového kabelu. Po připojení k síti může čtečka RFID komunikovat s programy a dalšími připojenými zařízeními.
• Sériové porty. Používá 9pinový sériový port pro přímé připojení k hostitelskému PC s rozhraním RS-232. Daisy chain připojení je optimální pro jednoduchá řešení s jednou čtečkou a hostitelským serverem, kde nejsou potřeba další síťové zdroje.
• Pomocné porty. Některé kapesní čtečky mají možnost připojení buď přes Bluetooth, nebo přes audio port na chytrých telefonech a tabletech. Použití pomocného audio portu pro připojení uvolní připojení Bluetooth, pokud je třeba jej použít k připojení k jinému zařízení.