RFID метки: что это такое и как работает технология радиочастотной идентификации

Оперативный дистанционный контроль положения, качества объектов невозможен без электроники. Последние разработки в этом вопросе — RFID метки. Они, имея чип и память, способны на расстоянии радиосигналами сообщать необходимые для учета характеристики.

Что такое RFID метка?

Система RFID — это радиочастотная идентификация объектов. Основана на автоматическом считывании или записи данных, хранящихся в транспондерах или метках RFID, что это такое же устройство, которое называют иногда RFID-тегами. В качестве считывающих устройств используют считыватели, ридеры, интеррогаторы.

Различают стандарты RFID:

• ближней идентификации с возможностью считывания до 20 см;
• средней идентификации, которые позволяют получать информацию на дальности 0,2-5 м;
• дальней идентификации, работающей на расстоянии 5-300 м.

Состав меток включает:

1. Интегральную схему. Ее задача:
   • хранить, обрабатывать информацию;
   • модулировать и демодулировать радиочастотный сигнал.
2. Антенну, через которую за счет приема и передачи сигнала обеспечивается идентификация объектов.

Как работает RFID?

Объект, подлежащий контролю, снабжают меткой. Затем проводится его первичная радиочастотная идентификация — используется переносной или стационарный считыватель. Определяют контрольные точки, в которых размещают ридеры с антеннами.

Интеррогатор считывает данные с метки, попавшей в электромагнитное поле, создаваемое антенной сканера. Информация поступает в систему, где формируется учетный документ.

Классификация RFID меток

Метки радиочастотной идентификации отличаются некоторыми характеристиками, по которым их классифицируют. Это:

1. Источник питания. Пассивные RFID метки его не имеют, активные и полупассивные снабжены батареей.
2. Частота, на которой устройства работают.
3. Исполнение.
4. Тип памяти RFID меток.

По источнику питания

По этому показателю транспондеры бывают:

• пассивными;
• активными;
• полупассивными.

У пассивных устройств встроенный источник питания отсутствует. Работают они от электрического тока, который индуцируется в антенне, принимающей электромагнитный сигнал от считывателя. Его мощности достаточно для функционирования имеющегося в метке КМОП-чипа, выдачи ответного сигнала.

Метки пассивного типа изготавливаются из кремния, полимерных полупроводников. Каждая снабжается идентификационным номером, обладает энергонезависимой памятью EEPROM-типа. Их габариты зависят от размеров антенн — устройства могут быть не больше почтовой марки или достигать размеров открытки.

Теги, работающие на низкой частоте, обеспечивают радиочастотную идентификацию на расстоянии 30 см. Коммерческое их использование — размещение в наклейках (стикерах), имплантирование под кожу. Устройства, радиочастотный обмен у которых ведется в ВЧ-диапазоне, способны работать на дистанции 1-200 см; в СВЧ- и УВЧ-диапазоне — 1-10 м.

У активных устройств есть собственный источник питания, работающий до 10 лет. Они отличаются дальностью действия, измеряемой сотнями метров. У меток больше размеры, объем памяти.

Устройства генерируют мощные выходные сигналы, что делает возможным их использование в средах, агрессивных для радиочастотного сигнала — вода, металлы. В них может присутствовать дополнительная электроника, сенсоры, регистрирующие температуру скоропортящихся товаров, состояние атмосферы, измеряющие освещенность, вибрации, влажность.

Полупассивный вид меток похож на пассивные устройства. Отличие технологии — в оснащении батареей, которая питает чип. У них лучше характеристики, большая дистанция действия. Последняя зависит от чувствительности ридера.

По типу используемой памяти

По этому показателю различают 3 вида RFID-тегов:

1. RO. В устройствах с такой памятью записать данные можно только 1 раз — это делают в процессе изготовления. Добавить дополнительную информацию невозможно. Метки используют для идентификации. Их нельзя подделать.
2. WORM. У тегов имеется идентификатор, блок памяти, в которую записывают данные. В дальнейшем их можно многократно считывать.
3. RW. Метки с идентификатором, блоком памяти. Последняя используется для записи/чтения данных, которые можно многократно перезаписывать.

По рабочей частоте

RFID-теги работают на разной частоте:

1. 125 кГц (диапазон LF). Являются устройствами пассивного типа. Имеют небольшую стоимость. Из-за малых размеров, физических параметров их используют как подкожные метки при чипировании людей, животных. Недостаток — длина волны, создающая проблемы со считыванием и передачей данных на высокой дальности.
2. 13,56 МГц (диапазон HF). Системы отличаются дешевизной, отсутствием лицензионных проблем. Они экологичны, глубоко стандартизированы, выпускаются широкой линейкой моделей. У меток этой группы тоже возникают проблемы при считывании информации с больших расстояний. Особенно это проявляется при наличии металла, высокой влажности. Возможно взаимное наложение сигналов при считывании.
3. 860-960 МГц (диапазон UHF). Устройства позволяют использовать RFID технологии на расстояниях, превышающих возможности меток из вышеуказанных групп. Многие стандарты, обеспечивающие их работу, предусматривают наличие антиколлизионных механизмов, защищающих сигналы от взаимного наложения. В достоинствах устройств — присутствие неизменяемого поля памяти TID, в которое на этапе изготовления заносится код и марка изделия, а также его идентификационный номер. Последнее обеспечивает защиту данных на метках паролем от несанкционированной записи и чтения.

Ридеры считыватели

Это устройства, в автоматическом режиме считывающие или записывающие информацию, которую хранят RFID карты. Они могут функционировать автономно или быть работающими как работает RFID с подключением к системе учета постоянно.

Ридеры бывают:

• стационарными;
• мобильными.

Стационарные считывающие устройства крепят неподвижно на двери, стены, погрузчики, штабеляторы. Их закрепляют вблизи конвейера, перемещающего изделия, изготавливают в виде замков, которые вставляют в стол.

У данной группы считывателей RFID большая зона считывания, мощность. Они в состоянии обеспечить обработку данных сразу с десятков меток. Интеррогаторы подсоединяют к ПК, ПЛК, интегрируют в DCS. Они регистрируют перемещение, характеристики объектов, идентифицируют их положение в пространстве.

У мобильных ридеров меньший радиус действия, часто отсутствует постоянная связь с системами учета и контроля. Считанные с карт данные они накапливают во внутренней памяти, в дальнейшем их сбрасывают на компьютер.

Применение

Системы радиочастотной идентификации используются в разных областях. Метки размещают на товарах в магазине, что позволяет контролировать их движение, продажу. Используют для идентификации людей. Для применения технологии RFID подходят системы логистики и платежей. С ее помощью следят за животными на фермах, пастбищах.

Обзор современных протоколов промышленной автоматизации — Modbus, Profinet, EtherCAT и др.

Чем отличаются аналоговый сигнал от цифрового — примеры использования

Цветовая и буквенно-цифровая маркировка проводов и кабелей в электроустановках согласно ГОСТ

Что такое АСКУЭ и где применяется?

Пневмоавтоматика — применение сжатого воздуха в системах автоматического управления

Что такое ШИМ — широтно-импульсная модуляция