Новости PCB - Радиочастотная технология RFID

Радиочастотная идентификация (RFID) расшифровывается как радиочастотная идентификация.

Принцип действия радиочастотной технологии RFID заключается в бесконтактной передаче данных между считывателем и меткой для достижения цели идентификации объекта. Область применения RFID очень широка, и ее типичные области применения включают в себя чипы для животных, автомобильные противоугонные устройства, контроль доступа, управление парковками, автоматизацию производственных линий и управление материалами. Например, с помощью технологии радиочастотной идентификации (RFID) можно в любое время проверить состояние запасов товаров, отслеживать движение товаров в режиме реального времени, загружать информацию о товарах с помощью RFID-меток и вводить ее в информационную систему управления данными для хранения, анализа и обработки, легко достигая поставленной цели электронного мониторинга, сбора данных, управления логистикой и позиционирования продукции.

Принцип работы RFID-технологии

Основной принцип работы технологии RFID не является сложным. После того, как бирка попадает в считывающее устройство, она принимает радиочастотный сигнал, излучаемый считывающим устройством, и использует энергию, полученную за счет индуцированного тока, для отправки информации о продукте, хранящейся в чипе (пассивная бирка, passive tag или passively tag), или бирка активно посылает сигнал определенной частоты (Active Tag, активный тег или active tag активная метка). После того, как считывающее устройство считывает и декодирует информацию, она отправляется в центральную информационную систему для соответствующей обработки данных.

Полноценная RFID-система состоит из трех частей: считывателя, электронной метки, также известной как ответчик, и системы прикладного программного обеспечения. Принцип ее работы заключается в том, что считыватель излучает радиоволны определенной частоты, приводя в действие схему для отправки внутренних данных. В это время считыватель последовательно получает и интерпретирует данные и отправляет их в прикладную программу для соответствующей обработки.

С точки зрения каналов связи и определения энергии между считывателями RFID-карт и электронными метками, их можно условно разделить на два типа: индуктивную связь и связь с обратным рассеянием. Как правило, низкочастотная RFID-связь в основном использует первый тип трубопровода, в то время как высокочастотная RFID-связь в основном использует второй тип трубопровода.

Считыватели могут быть устройствами считывания или считывающе-записывающей аппаратурой в зависимости от используемой структуры и технологии, которые служат в качестве центров управления и обработки информации системы RFID. Считыватели обычно состоят из модулей связи, приемопередающих модулей, модулей управления и интерфейсных блоков. Обмен информацией между считывателем и меткой, как правило, осуществляется с использованием полудуплексной связи, в то время как считыватель обеспечивает пассивную метку энергией и синхронизацией посредством соединения. В практических приложениях дополнительные функции управления, такие как сбор, обработка и удаленная передача информации о распознавании объектов, могут быть реализованы через Ethernet или WLAN.

Классификация радиочастотных меток RFID

Технологии RFID можно разделить на три категории в зависимости от способа питания их меток, а именно пассивные RFID, активные RFID и полуактивные RFID.

1. Пассивные RFID.

Из трех типов RFID-продуктов пассивный RFID появился раньше всех, он является наиболее совершенным и имеет самое широкое применение. При использовании пассивного RFID электронные метки обмениваются информацией, принимая микроволновые сигналы, передаваемые RFID-считывателями, и получая энергию через катушки электромагнитной индукции для кратковременного включения. Благодаря отказу от системы электропитания объем пассивных RFID-продуктов может достигать сантиметрового уровня или даже меньше, а их собственная структура отличается простотой, низкой стоимостью, низкой частотой отказов и длительным сроком службы. Однако с точки зрения затрат эффективная дистанция распознавания пассивной RFID-технологии обычно невелика и обычно используется для распознавания контактов на близком расстоянии. Пассивная RFID-система в основном работает в более низких частотных диапазонах, таких как 125 кГц и 13,56 МГц, и ее типичные области применения включают в себя: автобусные карты, идентификационные карты второго поколения, карточки на питание в кафетериях и т.д.

2. Активный RFID-код.

Внедрение active RFID началось не так давно, но оно сыграло незаменимую роль в различных областях, особенно в электронной системе круглосуточного сбора платы за проезд по автомагистралям. Active RFID работает от внешнего источника питания и активно посылает сигналы на считыватель RFID. Его объем относительно велик. Кроме того, он обеспечивает большее расстояние передачи и, как следствие, более высокую скорость передачи. Обычная активная RFID-метка может устанавливать контакт с RFID-считывателем на расстоянии 100 метров со скоростью считывания до 1700 считываний в секунду. Активная RFID-система в основном работает в более высоких частотных диапазонах, таких как 900 МГц, 2,45 ГГц, 5,8 ГГц, и имеет функцию распознавания нескольких меток одновременно. Большой радиус действия и высокая эффективность active RFID делают его незаменимым в некоторых высокопроизводительных и крупномасштабных приложениях RFID.

3. Полуактивный RFID.

Пассивная RFID-система сама по себе не обеспечивает питание, но эффективное расстояние распознавания слишком мало. Активная RFID-система достаточно большая, но требует внешнего источника питания и имеет большой объем. И полуактивная RFID-система является компромиссным решением в этом конфликте. Полуактивная RFID-технология, также известная как технология запуска с низкой частотой. В обычных условиях полуактивные RFID-устройства находятся в неактивном состоянии, подавая питание только на ту часть метки, которая содержит данные, поэтому энергопотребление относительно низкое и может поддерживаться в течение длительного времени. После того, как метка попадает в зону распознавания RFID-считывателя, считыватель сначала точно активирует метку в небольшом диапазоне низкочастотным сигналом частотой 125 кГц, чтобы перевести ее в рабочее состояние, а затем передает на нее информацию через микроволновую печь частотой 2,4 ГГц. То есть сначала необходимо точно определить местоположение с помощью низкочастотных сигналов, а затем быстро передать данные с помощью высокочастотных сигналов. Типичный сценарий применения заключается в установке нескольких низкочастотных считывателей в разных местах в большом диапазоне, охватываемом высокочастотным сигналом, для активации полуактивных RFID-устройств. Это не только завершает позиционирование, но и обеспечивает сбор и передачу информации.

Частотное разделение радиочастотной технологии RFID

В настоящее время определены рабочие частоты RFID-устройств, которые включают низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные (very high frequency), микроволновые и другие диапазоны частот. RFID с разными частотными диапазонами имеют разные характеристики. Конкретный метод разделения показан на следующем рисунке:

125 кГц~134 кГц относится к низкочастотному диапазону

13,56 МГц относится к высокочастотному диапазону

860 МГц ~ 915 МГц - это сверхвысокая частота (very high frequency)

2,4 ГГц ~ 5,0 ГГц - это микроволновая печь

Частота радиочастоты RFID

Низкочастотный RFID

Низкочастотный RFID в основном используется в системах управления животноводством, системах защиты автомобилей от угона и открывания дверей без ключа, системах марафонского бега, системах автоматической зарядки на парковках и управления транспортными средствами, автоматических системах заправки топливом, системах блокировки дверей отелей, системах контроля доступа и управления безопасностью. Его характеристики заключаются в следующем:

Общая рабочая частота датчиков, работающих на низких частотах, колеблется от 120 кГц до 134 кГц, в то время как рабочая частота TI составляет 134,2 кГц. Длина волны в этом диапазоне частот составляет приблизительно 2500 м. Помимо влияния металлических материалов, низкие частоты, как правило, могут проникать через любой объект данных, не уменьшая расстояния считывания. Устройства чтения и записи, работающие на низких частотах, не имеют специальных лицензионных ограничений по всему миру. Низкочастотные устройства выпускаются в различных упаковках. Хорошая форма упаковки заключается в том, что она стоит слишком дорого, но срок ее службы составляет более 10 лет. Хотя площадь магнитного поля этой частоты быстро уменьшается, она позволяет обеспечить относительно равномерную площадь для чтения и записи. По сравнению с продуктами RFID в других диапазонах частот скорость передачи данных в этом диапазоне частот относительно низкая, а цена датчика относительно высока по сравнению с другими диапазонами частот

Высокочастотный RFID-датчик

Высокочастотный RFID в основном используется в системах управления библиотеками, управления газовыми баллонами, линиях по производству одежды и логистических системах, системах предоплаты за три метра, системах управления дверными замками гостиниц, системах связи с крупными конференц-залами, системах управления основными средствами, фармацевтических логистических системах и интеллектуальном управлении полками. Его характеристики заключаются в следующем:

Рабочая частота составляет 13,56 МГц, а длина волны на этой частоте составляет приблизительно 22 м. За исключением металлических материалов, длина волны на этой частоте может проходить через большинство данных, но это часто сокращает расстояние считывания. Датчик должен находиться на определенном расстоянии от металла. Этот диапазон частот распознается во всем мире и не имеет особых ограничений

Датчики, как правило, выполнены в виде электронных меток

Хотя область магнитного поля этой частоты быстро уменьшается, она может создавать относительно однородную область для чтения и записи. Эта система обладает характеристиками защиты от столкновений и может считывать несколько электронных меток одновременно и записывать в них определенную информацию

Скорость передачи данных выше, чем на низких частотах, а цена не очень высока

RFID-система сверхвысокой частоты

Сверхвысокочастотная технология RFID в основном применяется в управлении цепочками поставок, управлении автоматизацией производственных линий, управлении воздушными посылками, управлении контейнерами, управлении железнодорожными посылками и системах управления логистикой. Ее характеристики следующие:

В этом диапазоне частот глобальное определение не очень последовательно. В Европе и некоторых частях Азии установлена частота 868 МГц, в Северной Америке - диапазон частот от 902 до 905 МГц, а в Японии рекомендуется диапазон частот от 950 до 956 МГц. Длина волны в этом диапазоне частот составляет приблизительно 30 см.

В настоящее время выходная мощность в этом диапазоне частот имеет унифицированное определение (4 Вт в Соединенных Штатах и 500 МВт в Европе). Европейское ограничение может быть увеличено до 2 Вт EIRP.

Высокочастотные радиоволны не могут пропускать большое количество данных, особенно взвешенных частиц, таких как вода, пыль и туман. По сравнению с высокочастотными электронными метками, электронные метки в этом диапазоне частот не нуждаются в отделении от металлов.

Антенна электронных меток, как правило, длинная и имеет форму метки. Антенны имеют две конструкции, линейную и круговую поляризацию, для удовлетворения потребностей различных областей применения.

Этот диапазон частот имеет хорошую дальность считывания, но область считывания определить сложно.

Обладает высокой скоростью передачи данных и может считывать большое количество электронных меток за короткое время. Радиочастотный диапазон 3,4 ГГц

Радиочастотный диапазон 2,4 ГГц в основном используется в системах управления судами, системах позиционирования персонала угольных шахт, системах динамической идентификации транспортных средств и микрокапсульных эндоскопических системах.

Диапазон частот RFID microwave 2,4 ГГц - это глобальный диапазон частот, и разработка продуктов имеет глобальную универсальность; Его общая полоса пропускания выше, чем у других диапазонов частот ISM, что увеличивает общую скорость передачи данных и обеспечивает сосуществование систем; Объем радиоприемника и антенны с частотой 2,4 ГГц довольно мал, а продукт размер также меньше

История развития радиочастотной идентификации (RFID)

Гарри в 1948 году. Публикация Стокмана "Связь с использованием отраженной энергии" заложила теоретическую основу для радиочастотной идентификации (RFID). В середине 20-го века теоретические и прикладные исследования в области радиотехники были одним из важнейших достижений в развитии науки и техники.

Развитие технологии RFID можно разделить на следующие 10-летние периоды:

1941-1950: Совершенствование и применение радаров привело к появлению технологии RFID

В 1948 году были заложены теоретические основы технологии RFID

1951-1960 годы: Стадия изучения ранней технологии RFID, в основном в лабораторных экспериментальных исследованиях

1961-1970 годы: Разрабатывалась теория технологии RFID и предпринимались попытки ее применения

1971-1980 годы: Технология RFID и разработка продуктов находились на пике развития, и были ускорены различные испытания технологии RFID. Появились некоторые из самых ранних приложений RFID

1981-1990: Технология и продукты RFID вступили в стадию коммерческого применения, и начали появляться различные масштабные приложения

С 1991 по 2000 год стандартизации технологии RFID уделялось все больше внимания, RFID-продукты получили широкое распространение, и RFID-продукты постепенно стали частью жизни людей

С 2001 года по настоящее время вопросы стандартизации приобретают все большее значение, и типы RFID-продуктов становятся все более разнообразными. Были разработаны активные электронные метки, пассивные электронные метки и полупассивные электронные метки, а стоимость электронных меток постоянно снижается. Расширились масштабы применения в различных отраслях промышленности.

Теория радиочастотной технологии RFID была расширена и усовершенствована. Электронные метки с одним чипом, распознавание нескольких электронных меток, беспроводное считывание и запись, удаленная идентификация пассивных электронных меток и RFID для управления высокоскоростными движущимися объектами становятся реальностью.