Reprezintă cea mai recentă, cea mai avansată tehnologie de identificare automată a obiectelor, practic de colectare a datelor, şi este în curs de a câştiga o acceptare tot mai largă pe măsură ce oamenii înţeleg şi utilizează această metodă.
RFID (IDentificarea prin Radiofrecvenţă) este un sistem de identificare automată asemănător tehnologiei cu cod de bare, dar care acţionează prin proximitate, fără contact direct. Aşa cum sistemele cu cod de bare necesită etichete lipite pe obiecte şi un cititor optic corespunzător, RFID necesită un echipament cititor şi “tag”-uri speciale sau cartele ataşate articolelor de urmărit sau chiar integrate în acestea. Prin comparaţie, codul de bare este scanat prin reflexia unui fascicul luminos pe eticheta ce conţine tipărit codul, în timp ce metoda RFID foloseşte un câmp de radiofrecvenţă de mică putere. Scanarea tagului cu unde radio nu necesită o poziţionare precisă a obiectului la citire, iar cum câmpul de radiofrecvenţă penetrează orice material nemetalic nu mai este necesar contactul direct dintre tag şi echipamentul de citire.
Dacă cele mai simple aplicaţii identificare prin proximitate pot fi comparate cu sistemele cod de bare, în schimb dispozitivele RFID cele mai sofisticate se pot interfaţa cu senzori externi pentru măsurarea unor parametrii specifici, sau chiar cu sisteme GPS, pentru urmărirea prin satelit a poziţiei unor obiecte.
Avantajele unui sistem RFID
Ca şi celelalte tehnologii de identificare, RFID accelerează achiziţia datelor şi elimină intervenţia umană în procesele de control şi sortare. Cantitatea mare de date necesară pentru automatizarea producţiei devine de necontrolat în cazul operatorilor umani, timpii de procesare crescând inadmisibil, iar rata erorilor este ridicată. Singura metodă practică de colectare automată a acestor date este utilizarea de sisteme computerizate de identificare şi urmărire. Culegerea automată a datelor nu numai că sporeşte viteza de lucru şi elimină erorile, dar creşte valoarea informaţiei din sistem prin accesul în timp real la aceasta. Pentru exemplificare, la un depozit, dacă un transport de produse finite este trimis la o destinaţie greşită, informaţia respectivă devine valoroasă numai dacă poate fi procesată în timp util pentru a se corecta eroarea, altfel se înregistrează cheltuieli mari şi penalizări din partea clientului.
Metoda de identificare prin radiofrecvenţă oferă certe avantaje:
• spre deosebire de alte tehnologii de identificare automată, NU necesită condiţii speciale de operare. Sistemele cu coduri de bare au nevoie de un mediu curat, fără interferenţe optice. Cartelele de memorie cu contact (gen cartela de telefon) nu necesită astfel de condiţii, totuşi contactele trebuie păstrate curate, pentru a permite realizarea transferului de date;
• RFID este ideal pentru medii severe, cu praf, umiditate ridicată, cu ulei, etc, care se întâlnesc adeseori în procesele industriale sau la depozite;
• Tag-urile şi cititoarele RFID nu conţin piese în mişcare, iar întreţinerea lor este foarte redusă, astfel că pot opera în condiţiile descrise anterior pe perioade lungi de timp, fără să necesite intervenţie;
• În cazul tag-urilor active, factorul limitativ este durata de viaţă a bateriei folosite. Dar tag-urile pasive au o durată de funcţionare extrem de ridicată, care de obicei depăşeşte perioada de viaţă a obiectului pe care sunt ataşate! Prin contrast, etichetele cu cod de bare pot fi utilizate de un număr redus de ori, iar cartelele cu contact prezintă fenomene de uzură. Sub acest aspect, sistemele RFID reprezintă cea mai ieftină soluţie de identificare, dacă evaluarea este făcută pe termen lung;
• Un alt avantaj pe termen lung este că sistemele de identificare cu radiofrecvenţă folosesc memorii ce pot fi şterse şi rescrise de un foarte mare număr de ori. Astfel, deşi preţul iniţial este ridicat, pe termen lung eficienţa este mult mai bună, iar costul se reduce considerabil;
• Gradul de securitate este mult mai ridicat decât la etichetele cu coduri de bare sau sistemele cu suport magnetic, tag-urile RFID fiind practic imposibil de copiat. De aceea sunt ideale în aplicaţii cu un grad ridicat de securitate, precum identificarea persoanelor sau a valorilor;
• Tehnologia RFID este rapidă; viteza de citire a unui tag este de ordinul zecilor de milisecunde;
• Tag-urile sunt rezistente şi la condiţii dure de temperatură, fiind posibilă operarea într-un interval larg, de la -40° C la +200° C.
Cum funcţionează un sistem RFID ?
Sistemele RFID sunt compuse, în general, din trei componente – un cititor, un tag (transponder de radiofrecvenţă) şi un sistem de procesare a datelor, ce poate fi bazat pe computer PC sau pe diferite microcontrolere.
Sistemele RFID utilizează transmisia prin radiofrecvenţă pentru a identifica, cataloga sau localiza “articole”, care pot fi în primul rând obiecte, dar şi persoane sau animale.
Cititorul conţine componente electronice care emit şi recepţionează un semnal spre şi de la tagul de proximitate, un microprocesor care verifică şi decodifică datele recepţionate şi o memorie care înregistrează datele rezultate, ce ulterior vor fi transmise mai departe dacă este necesar. Pentru a face posibilă recepţia şi transmisia datelor de la tag, cititorul are conectată o antenă. Antena poate fi integrată în carcasa cititorului sau poate fi separată, situată la distanţă de restul electronicii. Ca la majoritatea aplicaţiilor de radiofrecvenţă, pentru a se obţine performanţe bune diametrul antenei trebuie să fie relativ mare!
Un tag RFID conţine circuitele ce controlează comunicaţia cu cititorul, în general integrate pe un circuit monolitic. Acesta conţine cel puţin două secţiuni:
– una care asigură comunicaţia cu cititorul;
– alta de memorie, cu rol de stocare a codurilor de identificare sau a altor date, care este activată odată cu comunicaţia.
În majoritatea cazurilor, cititorul emite un câmp electromagnetic într-o zonă a cărei mărime depinde de frecvenţa sistemului, dimensiunile antenei şi … normele în vigoare referitoare la emisiile electromagnetice. Când un obiect echipat cu tag trece prin zona de acţiune, tagul detectează semnalul generat de cititor şi începe să comunice informaţiile stocate în memorie. La sistemele pasive, semnalul de RF generat de cititor oferă tagului atât informaţii temporale cât şi suficientă energie pentru a-i asigura funcţionarea. Semnalul de tact (informaţiile de timp) sincronizează comunicaţia dintre tag şi cititor, simplificând proiectarea constructivă a acestora. Atunci când tagul este alimentat, el parcurge o serie de secvenţe ce permit adresarea unor locaţii de memorie, datele citite de acolo fiind transmise înapoi cititorului.
Echipamentul de citire recepţionează datele, le decodifică şi le supune unor teste de validare: sumă de control, CRC, etc. Dacă datele sunt valide, ele sunt transmise apoi unui computer, prin intermediul unui protocol de comunicaţie (de exemplu pe interfaţa serială RS-232 sau RS-485).
Deoarece câmpul magnetic generat de cititor penetrează prin materiale nemetalice, la citire nu este necesar contactul direct sau o poziţionare anumită. Acest lucru permite ca tagurile să fie ataşate sau integrate în obiectele ce vor fi identificate. Tag-urile pot fi active sau pasive.
Un tag activ are alimentare proprie, deci necesită o baterie ce poate fi externă sau internă (integrată în tag). Sistemele active au avantajul reducerii energiei necesare generate de cititor, şi pot avea o rază utilă de citire mai mare. Ca dezavantaj trebuie menţionat durata de viaţă mai scurtă datorită bateriei, precum şi preţul mai ridicat decât al tagurilor pasive. De aceea se folosesc doar în aplicaţii specifice, în care este esenţială o bătaie mai mare sau o putere foarte redusă a cititorului.
Un tag pasiv operează numai pe baza energiei de radiofrecvenţă generate de cititor. Tagurile pasive sunt mai mici, mai uşoare şi mai ieftine decât cele active, iar durata de viaţă este teoretic nelimitată. Dezavantajul constă în raza redusă de citire, puterea semnalului scăzând cu puterea a şasea a distanţei.
Tagurile pot fi clasate în trei categorii principale:
– cu citire şi înscriere;
– cu înscriere o singură dată, dar citite de mai multe ori;
– numai pentru citire.
Tag-urile cu citire şi rescriere conţin o memorie nevolatilă, în general de tip Flash, ce stochează date care pot fi modificate prin operaţii normale, la fel ca o memorie RAM obişnuită. Exemple de astfel de taguri sunt cartelele de telefon sau cărţile de credit bancar. Aceste taguri au desigur un preţ iniţial mai ridicat decât celelalte tipuri, dar pot fi reutilizate de multe ori prin modificarea corespunzătoare a conţinutului memoriei. Astfel, pe termen lung, tagurile cu rescriere reprezintă o alternativă eficientă economic!
Tagurile de tip “read-only” (pot fi numai citite) conţin un cod unic programat ce nu mai poate fi modificat. Acest element conferă tagurilor de tip ROM un nivel ridicat de securitate. Un sistem ce utilizează astfel de taguri necesită o compensare a procesării şi stocării informaţiei prin calculatoare şi programe adecvate.
O altă clasificare a sistemelor de identificare prin proximitate se face după gama frecvenţelor radio de operare, respectiv:
– de joasă frecvenţă (100-500 KHz);
– de frecvenţă intermediară (10-15MHz);
– de înaltă frecvenţă (850, 950 MHz până la 2,4-5 GHz).
Sistemele de înaltă frecvenţă sunt utilizate în aplicaţii cu distanţa de citire şi viteza foarte mare. Obiectul unor astfel de taguri îl fac aplicaţii avansate precum monitorizarea poziţiei autovehiculelor prin satelit. Dezavantajul lor constă în preţul foarte ridicat datorită gradului ridicat de precizie necesar în execuţie şi exploatare.
Tag-urile de frecvenţă intermediară sunt destul de comune. Funcţionând la o frecvenţă de 13,56 MHz ele reprezintă un compromis optim între caracteristicile frecvenţelor joase şi înalte. Printre aplicaţiile specifice acestui segment se pot menţiona controlul accesului şi cartelele inteligente, precum şi cardurile de credit, unde este necesar transferul unor mari cantităţi de date. Pentru aplicaţiile în care se impun costuri reduse şi este acceptabil o rază mică de citire, cele mai utilizate sunt tagurile de joasă frecvenţă. În general ele sunt utilizate pentru urmărirea produselor pe liniile de producţie şi la expediere, controlul accesului şi identificarea animalelor.
În majoritatea sistemelor utilizate actualmente, tagurile pot fi citite numai câte unul, respectiv distanţa dintre taguri trebuie să fie suficientă pentru a ne asigura că un singur tag este identificat la un moment dat. Însă ultimele dezvoltări în domeniu vizează sisteme cu caracteristici anti-coliziune sau citire multiplă, care permit citirea simultană a mai multor taguri aflate în câmpul de radiofrecvenţă.
Distanţa maximă de citire depinde de mai mulţi factori, între care dimensiunile antenelor de la aparatul de citire şi de la tag. Influenţa acestor factori este analizată în articolul tehnic alăturat, intitulat “Optimizarea razei de acţiune a sistemelor RFID”.
Avantajele tagurilor RFID (faţă de etichetele cu cod de bare):
• tagurile de proximitate nu necesită contact direct pentru a funcţiona;
• tagurile de proximitate sunt robuste şi nu necesită întreţinere;
• viteza de citire a tag-urilor este mult mai mare;
• unele tipuri de tag-urile pot fi şi rescrise;
• prin reutilizare, preţul tagurilor reinscripţionabile scade faţă de cel al etichetelor cu cod de bare;
• tagurile pot fi amplasate oriunde, unele pot fi chiar integrate în obiecte;
• nu necesită condiţii bune de mediu, citirea tagurilor se poate realiza prin: praf, aburi, murdărie, noroi, apă …
• citirea se poate face şi prin straturi de materiale nemetalice (vopsea, carton, plastic, lemn);
• datorită sistemelor de verificare încorporate, citirea unui tag de proximitate se face fără erori;
• tagurile pasive au o durată de funcţionare practic nelimitată;
• tagurile sunt aproape imposibil de falsificat;
• tagurile cu scriere şi citire pot fi inteligente (includ şi procesări de date, cum ar fi cele pentru cărţile de credit);
• datorită memoriei interne, tagurile pot stoca mari cantităţi de date.
Ing. Cristian Malide
e-mail: cmalide@fx.ro