RFID - konštrukcia, typy a princíp funkcie

RFID - konštrukcia, typy a princíp funkcie
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  425 zobrazení
5
 0
Rádioamatérov almanach

Pojem RFID znamená vysokofrekvenčná identifikácia (z angl. Radio Frequency IDentification), pretože názov definuje činnosť prístroja na základe vysokofrekvenčných signálov. Systémy RFID pozostávajú z čítačky RFID a štítku, ktorý sa zvyčajne používa na identifikáciu a sledovanie objektov. Predtým, ako si povieme niečo viac o RFID, pozrime sa na jedinečnosť tejto technológie a jej všeobecné použitie. Dnes sa vo väčšine prípadov používajú čiarové kódy na identifikáciu tovaru v sklade alebo v supermarkete pomocou snímača čiarových kódov, tento existujúci systém je možné upgradovať pomocou technológie RFID. Táto technológia je "pokračovanie“ systému čiarových kódov. Iniciátorom vývoja bola, podobne ako v prípade čiarových kódov, firma Walmart. Podobne ako čiarový kód tak aj  RFID môže tiež poskytnúť jedinečné identifikačné číslo všetkým produktom, ale jeho ďalšou výhodou je, že na rozdiel od zorného poľa systému čiarových kódov dokáže tento systém detekovať štítok RFID v jeho dosahu. To znamená, že na vyhľadanie čiarového kódu a nasmerovanie jeho skenovania nepotrebujete ľudský faktor - teda človeka. Vďaka tejto funkcii možno väčšinu systému automatizovať a minimalizovať ľudský zásah, pretože štítok je možné skenovať automaticky, keď sa dostane k čítačke RFID. RFID zámky dverí a dochádzkový systém RFID sú v dnešnej dobe veľmi populárne a mnoho hotelov poskytuje svojim zákazníkom štítok RFID na uzamknutie a odomknutie dverí.

Konštrukcia RFID systému

Akýkoľvek systém RFID bude pozostávať z čítačky RFID a štítku RFID. Značka / Tag / Štítok / Karta bude často malá a prenosná časť a bude v nej len málo alebo vôbec žiadna elektronika. Viac o nich sa dozvieme ďalej v tomto článku. Jednoduchý RFID systém je možné znázorniť pomocou nižšie uvedeného blokového diagramu.

Teraz si poďme v krátkosti povedať niečo o jednotlivých komponentoch v konštrukcii blokového diagramu.

RFID čítačka

Jedná sa o zariadenie, ktoré sa skladá z antény, vysielača / prijímača a dekodéra.

  • Transceiver: Môže byť použitý buď ako vysielač alebo prijímač. Skladá sa z oscilátora na generovanie spojitého signálu, ktorý je modulovaný na požadovanú frekvenciu a potom vysielaný do vzduchu cez anténu.
  • Anténa: Je to zariadenie, ktoré prevádza elektrický signál na elektromagnetický signál, ktorý je účinný pri šírení signálu vo vzduchu.
  • Dekodér: Keď je na anténe detekovaný RF signál zo štítka, dekodér pomáha pri načítaní údajov.

Ďalej sú uvedené obrázky troch populárnych čítačiek RFID - čítacieho modulu EM18 RFID, RFID modulu RC522 a NFC RFID modulu PN532.

RFID Štítok

Skladá sa z 2 komponentov (v prípade pasívneho štítku). Sú to mikročip a samotná anténa.

  • Mikročip: Je to polovodičové zariadenie, ktoré sa skladá z obvodu v ňom vyleptaného s veľkosťou pamäte KB, schopného ukladať údaje a prenášať ich kedykoľvek je to potrebné.
  • Anténa: Používa sa na prenos údajov, ktoré sú v čipu obsiahnuté, do vzduchu, aby ich mohla čítačka prečítať.

V prípade aktívneho štítka sa skladá z mikročipu, batérie a antény

  • Batéria: V aktívnych zariadeniach sa na napájanie používa mikročipová batéria externe.

Rôzne tvary a vyhotovenia RFID štítkov pre rôzne druhy použitia.

Konštrukčné usporiadanie nalepovacieho RFID štítka pre použitie pri ochrane tovaru pred odcudzením.

Ako funguje RFID? Princíp činnosti systému RFID

Čítačka RFID zostáva stále zapnutá a zvyčajne je napájaná z externého zdroja napájania. Takže keď je zapnutá, oscilátor v nej generuje signál s požadovanou frekvenciou, ale keďže sila signálu bude oveľa menšia (čo môže viesť k utlmeniu signálu, ak sa prenáša priamo), musí sa zosilniť, čo je možné pomocou obvodu zosilňovača. Je preto potrebné aby bol signál pokiaľ bude prenášaný na väčšiu vzdielenosť modulovaný za pomoci modulátora.  Vďaka všetkým týmto vylepšeniam je signál teraz pripravený na prenos, čo je možné vykonať pomocou antény, ktorá prevádza elektrický signál na elektromagnetický signál.

Keď sa RFID štítok dostane do blízkosti čítačky RFID, štítok detekuje signál snímača cez v ňom prítomnou cievkou, ktorá prevádza prijatý signál RF na elektrický signál. Samotný tento prevedený signál je dostatočný na napájanie mikročipu prítomného v štítlu. Po zapnutí mikročipu je jeho jedinou funkciou odosielanie údajov (jedinečné ID), ktoré sú v ňom uložené.

Ako už bolo spomenuté, čítačka RFID má v sebe vysielač a aj prijímač. Keď sa signál vráti zo štítku cez anténu čítačky RFID, privedie sa na demodulátor a potom sa dekóduje dekodérom, kde je možné získať pôvodné údaje, a potom sa ďalej spracováva mikrokontrolérom alebo mikroprocesorom na vykonanie konkrétnej úlohy.

Vyššie uvedené vysvetlenie sa týka pasívneho štítka RFID. V prípade aktívneho štítka RFID detekuje signál z čítačky iba na spustenie obvodu a pripraví štítok na odoslanie údajov do čítačky, pretože aktívne štítky majú zabudovaný zdroj energie.

Frekvenčný rozsah používaný technológiou RFID

Čipy RFID využívajú prevažne nosnú frekvenciu 125 kHz, 134 kHz a 13,56 MHz. V niektorých štátoch sa dajú používať aj ďalšie frekvencie ako 868 MHz (v Európe) a 915 MHz (v Amerike). Vieme, že vysokofrekvenčný rozsah je od 3 kHz do 300 GHz, ale RFID všeobecne používa rádiové frekvencie v rozsahu vysokofrekvenčného pásma (RF), ktoré je kategorizované takto:

  • Nízkofrekvenčný RFID: Jeho rozsah je medzi 30 kHz až 500 kHz, ale presná frekvencia, ktorú používa, je 125 kHz. Dosah jeho detekcie je 10 -15 cm.
  • Vysokofrekvenčný RFID: Jeho rozsah je medzi 3 MHz a 30 MHz, presná frekvencia použitá v module je 13,56 MHz. Dosah jeho detekcie je až 1,5 metra.
  • Vysokofrekvenčný RFID: Jeho rozsah je 300 MHz až 960 MHz, ale presná použitá frekvencia je 433 MHz. Dosah detekcie je až 20 metrov.
  • Mikrovlnný RFID: Používa frekvenciu 2,45 GHz a dosah detekcie je až 100 metrov.

Na základe požadovanej aplikácie a rozsahu detekcie by sa mal zvoliť vhodný RFID. Dosah detekcie sa líši v závislosti od veľkosti antény a od jej vyladenia.

Informácie obsiahnuté v čipe RFID

Na odvodzovanie informácií na základe EPC priamo slúži služba zvaná Object Name Service - ONS. Tá priraďuje ku každému EPC adresu s opisom tovaru vo formáte XML, resp. jeho špeciálnom deriváte PML - Physical Markup Language. V tomto formáte sa môžu uchovávať všetky potrebné údaje tovaru, ako je jeho záruka, trvanlivosť, spôsoby použitia a ďalšie údaje, ktoré môže obchodník ľahko importovať a používať. V prípade dochádzkového systému sa môže jednať o unikátne ID užívateľa, ktoré je následne priradené ku konkrétnej osobe.

Typy RFID systémov

RFID sú všeobecne rozdelené do dvoch typov a to hlavne na základe typu použitého štítku RFID. Tieto dva systémy sa nazývajú aktívny systém RFID a pasívny systém RFID.

1. Aktívny systém RFID

Aktívny systém RFID má aktívne štítky, ktoré sú napájané zdrojom energie (batériou). Aktívne štítky sú teda schopné vyžarovať svoje vlastné vysokofrekvenčné signály na prenos údajov, ktoré obsahuje mikročip, bez toho, aby boli závislé od signálov čítačky, ktoré sa majú zapnúť.

Aktívne RFID sú zvyčajne kategorizované pod UHF RFID, ktoré majú detekčný dosah až 20 metrov. Tieto aktívne štítky sa ďalej kategorizujú do transpondérov a majákov

  • Transpondéry - Ako už samotný názov určuje, že prijíma RF signál a ako odpoveď vydáva ďalší RF signál (zvyčajne dáta). Transpondéry nie sú aktívne (napájané) neustále, ale stanú sa aktívnymi až vtedy, keď sa zistí signál z čítačky a potom zapne mikročip, aby získal údaje, ktoré sa potom prenesú späť do čítačky. Transpondéry sú teda aktívne štítky, ktoré sa zapínajú iba vtedy, keď čítačka vysiela signál. To umožňuje, aby mali transpondéry v porovnaní s majákmi vysokú životnosť batérie.
  • Majáky - sú aktívne štítky, ktoré sú neustále napájané, ale prenášajú údaje iba v určených časových intervaloch (časový interval môže byť raz za minútu alebo raz za deň). Keď sa dáta prenášajú, zodpovedajúci čítač v jeho blízkosti detekuje signál a je možné vykonať príslušnú akciu. Výdrž batérie je v porovnaní s transpondérmi nízka, ale je rýchlejšia, pretože zostáva stále aktívna.

2. Pasívny systém RFID

Toto je najbežnejšie používaný typ systému, ktorý nájdete v občianskych preukazoch, bankových kartách atď. Skladá sa z pasívnych štítkov, ktoré neobsahujú batériu na napájanie čipu v štítku. Namiesto toho čítačka vysiela RF signály, ktoré detekuje značka. Tieto RF signály indukujú prúd do antény štítku, ktorý sa potom používa na napájanie čipu. Potom štítok reaguje s dátami v čipe cez anténu, ktorá je detekovaná čítačkou, a vykoná sa príslušná akcia. Spravidla sa tento systém používa pri dochádzkových systémoch v kanceláriách a vysokých školách.

RFID modul

Všeobecne používaným modulom RFID je RC522, ktorý spadá pod vysokofrekvenčný pasívny systém RFID. Väčšinou sa používa s mikrokontrolérmi ako Arduino, PIC, AVR a inými mikrokontrolérmi, ktoré podporujú komunikačné protokoly ako SPI, IIC alebo USART. Jeho rozhranie je jednoduché a má ľahko vytvorené knižnice pre Arduino. RC522 má schopnosť čítať dáta zo štítka, ako aj zapisovať požadované informácie do štítka. V tomto prípade sa jedná o veľmi lacné a ľahko dostupné riešenie.

Modul RC522 si môýte kúpiť na tomto odkaze - klikni (Bamggood)

Popis pinov RFID modulu

Tento RFID modul sa zvyčajne dodáva s 8 pinovým headerom, ktorý obsahuje tieto signály :Vcc, GND, IRQ, RST, MISO / SCL / Tx, MOSI, SCK a SS / SDA / Rx. Teraz si poďme povedať niečo o význame každého pinu.

Popis pinov RFID modulu RC522.

  • Vcc: Na napájanie modulu je prípustné napätie  3,3 V. Na rozdiel od väčšiny modulov RC522 nie je možné napájať napätím 5V.
  • GND: Terminál GND.
  • IRQ (Interrupt Request): Jeho úroveň je na úrovni "H", keď sa RFID štítok dostane do blízkosti čítačky RFID. Pomáha prerušiť mikrokontrolér pri pozastavení (alebo vykonaní) úlohy podľa naprogramovania.
  • RST (Reset): Je to aktívny nízky pin. Keď sa na pin použije logická 0, čítačka RFID sa vypne.
  • MISO (Master In Slave Out): V SPI (Serial Peripheral Interface) sa s mikrokontrolérom (Master) rýchlo komunikuje viac periférnych zariadení (Slave). MISO sa teda používa na zasielanie údajov do hlavnej jednotky (mikrokontroléra) zo Slave (periférne zariadenie).
  • MOSI (Master Out Slave In): Podobne ako v prípade MISO, aj pri použití MOSI pinom Master je možné odosielať údaje do periférnych zariadení.
  • SCK (Serial Clock): Na synchronizáciu dátového prenosu medzi hlavným a podradeným konektorom SCK sa používa pin, ktorý generuje hodinové impulzy.
  • SS (Slave Select): V prípade, že je podradených zariadení viac ako jedno, je možné podľa potreby pomocou SS zvoliť požadované zariadenie.

Vlastnosti RFID modulu

  • Podporované hostiteľské rozhrania sú SPI, sériové UART RS232 a I2C.
  • Typická prevádzková vzdialenosť v režime čítania a zápisu je až 50 mm na základe veľkosti antény a vyladenia.
  • Reset s funkciou nízkej spotreby pre zvýšenie energetickej účinnosti.
  • Režimy prerušenia sú flexibilné na prepojenie s mikrokontrolérom, keď je potrebné pripojiť viac zariadení.
  • Prevádzkové napätie 2,5 V až 3,3 V.
  • Interný autotest na testovanie samotného zariadenia po zapnutí, aby sa skontrolovalo, či systém funguje podľa očakávania alebo nie.

Dôležitá poznámka: Tu popísané vlastnosti a popis pinov sú použiteľné iba pre modul RFID RC522.

Aplikácie RFID

  • Použitie v kanceláriách, školách, výrobných prevádzakch na správu dochádzky.
  • Používa sa na sledovanie zásob.
  • Používa sa na zabránenie odcudzeniu tovaruv obchodných centrách.
  • Možnosť použitia v stavebnom priemysle je možné na správu materiálov použiť technológiu RFID.
  • Používa sa v systémoch umiestnenia v reálnom čase (RTLS) na sledovanie polohy konkrétneho majetku alebo zamestnanca.
  • Používa sa na zamykanie a odomykanie dverí.
  • Aktivácia / deaktivácia imobilizéru v motorovom vozidle.
  • Použitie na aktiváciu a deaktiváciu strážnych systémov.
  • A mnoho ďalších....

 

 

Become a Patron!



Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentárov je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

Webwiki ButtonSeo servis