Ingeniero en Robótica Industrialtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/2004/1/marquez... · 2017-12-14 · que se basan RFID, en muchos casos, sin darnos cuenta de ello. El peaje

“Tecnología de Identificación por Radiofrecuencia RFID”

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

TITULO DE TESIS:


QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:

Ingeniero en Robótica Industrial

PRESENTAN:

Viridiana G. Hernández Herrera

Moisés V. Márquez Olivera


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RESUMEN

En la presente tesis describe aspectos técnicos y conceptuales de la

Tecnología de Identificación por Radio Frecuencia (Radio Frequency

Identification, RFID), abordando temas como su estructura básica y

complementaria, características técnicas de los diferentes componentes,

mecanismo de fluidez de comunicación, margen de error y tiempos de

lectura, programación de componentes y los conocimientos básicos con los

que se debe contar para realizar un sistema propio de lector-grabador.

Se presentan dos aplicaciones para la demostración de RFID con

tarjetas electromagnéticas (tags) pasivas. La primera consistiendo de un

sistema de checado de personal y la segunda de una alarma vehicular.

En ambos casos se encontró que la tecnología de RFID, es viable técnica

y económicamente, para ser desarrollada con los conocimientos adquiridos en

la carrera de Ingeniería Robótica Industrial que se imparte en la ESIME –

Azcapotzalco.


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GLOSARIO:

Algoritmo.- Es un conjunto de pasos secuenciales y ordenados que permiten lograr un objetivo. ASK.- Amplitude Shift Keying.- Es una técnica de modulación que funciona con los cambios de la amplitud de la señal a comunicar. Antena.- Un dispositivo metálico que emite o capta ondas de radio frecuencia. Bit.- Unidad mínima de información que representa un cero o un uno. Byte.- Palabra de 8 bits. Código de barras.- Es un tipo de identificación en formato impreso muy ampliamente utilizada para el manejo de las cadenas de suministro, que se lee por medios ópticos, regidos por normas internacionales. EPC.- Es el Código Electrónico de Producto que está definido para poder dar un código único a nivel mundial de los objetos a través de las normas ISO. EPC Generación 2.- Es la evolución del EPC orientado a la Ultra Alta Frecuencia del tipo pasiva. Frecuencia.- Es una medida para indicar el número de repeticiones de una longitud de onda en un segundo. FSK.- Frequency Shift Keying.-Es una técnica de modulación entre dos valores distintos de frecuencia que se alternan para generar estados lógicos. Hardware.- Son los componentes electrónicos capaces de proporcionar los medios para procesar las señales. LF.- Low Frequency. Banda de frecuencia en el rango de 30-300kHz. Microcontrolador (Micro Controller Unit – MCU).- Circuito integrado o chip que incluye en su interior las tres unidades funcionales de un ordenador: unidad central de proceso, memoria y entradas / salidas. Modulación.- Conjunto de técnicas para transportar información sobre una onda portadora, generalmente una onda senoidal. Protocolo.- Conjunto de reglas de parámetros definidos y ordenados para obtener una comunicación RFID.- Radio Frequency Identification, Identificación por Radio Frecuencia, es un medio de comunicación a través de ondas de radio que permiten la identificación de objetos de manera única.


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Sistema mínimo.- Conjunto de componentes electrónicos que realizan una tarea específica por medio de software y hardware. Software.- Una serie de procedimientos intangibles que se ejecutan mediante los componentes electrónicos. Tag activo.- Etiqueta activa para RFID que contiene una batería interna para responder a los eventos del lector. Tag pasivo.- Etiqueta pasiva para RFID que contiene un arreglo de capacitores que almacena de forma momentánea la energía suficiente para poder responder a los eventos del lector. Tranceptor.- Circuito electrónico que contiene la etapa de transmisión y receptor de señal para las ondas de radio frecuencia. UHF.- Ultra Alta Frecuencia (Ultra High Frequency), banda de frecuencia comprendida en el rango de los 30 MHz hasta los 3 GHz. UPC.- Código Universal de Producto (Universal Product Code) es una clasificación única que se le asigna a los objetos que se requieren controlar, mediante un estándar de acuerdo a sus características de fabricación.


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AGRADECIMIENTOS

A NUESTROS PADRES: A mi mamá paty que me dio la oportunidad de conocer este mundo luchando contra la adversidad cuando el médico te dio la noticia de que yo sería un vegetal, gracias por aferrarte a mi vida ya que con amor y a veces regaños me hiciste un hombre de bien, espero que te sientas muy orgullosa de tu moki por que yo me enorgullezco de ti. A mi papa Carlos por ser quien siempre tenía un consejo para darme y un hombro en quien recargarme, por tu aliento en momentos difíciles, por ser parte importante de mi vida y por aquellos cinco y su pilón. Gracias. A mi mama Lety por demostrarme que no importa que tan difícil es un problema siempre hay una salida. Por enseñarme a caminar y por enseñarme a reír por hacerme independiente y por dar en cada instante la vida por mí. Te amo mama. A mi papa por las noches de desvelos haciendo tareas, por creer en mí, por las caminatas hacia la escuela, por pensar que yo podía ganar en los campeonatos de conocimientos por estudiar a mi lado, por ser TU GRADIENTE. Gracias papa. A mis hermanas y hermano porque sin ellos mi vida no sería la misma porque siempre desearon mi bienestar, gracias por todo niñas y bebe. A el gran amor de mi vida por ser parte de este sueño que hoy se ve terminado y aunque todavía nos quedan más aventuras por vivir te doy las gracias amor por todos los momentos que pasaste a mi lado.


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AGRADECIMIENTOS ESPECIALES

Damos gracias a Dios que nos brindo vida para alcanzar la culminación de nuestra formación como profesionistas. A nuestro Maestro y gran amigo el Dr. David Jaramillo Vigueras, por su apoyo incondicional en cada instante y por guiar nuestro camino con sabiduría, entrega y amor. Queremos que sepa que lo admiramos como ser humano y que es nuestro ejemplo a seguir. Gracias por la lección más importante de nuestras vidas “La humildad enriquece al hombre”. A la Sra. Lourdes Vargas quien fue como una segunda madre para nosotros, apoyándonos en todo momento y dándonos ánimos cuando más lo necesitábamos haciéndonos sentir paz y tranquilidad en esos días de charlas interminables, a los abrazos a los a papachos y a sus consejos. Mil Gracias por abrirnos las puertas de su corazón… A yu por ser como una amiga y hermana, que siempre nos escucha y defiende, por querernos tanto y dejarnos conocer a esa gran mujer que eres… A neda por darnos la oportunidad de conocerte y enseñarnos, a tener el valor de seguir mis sueños, por tu valentía y por no darte por vencida. Los Queremos Mucho.


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DEDICATORIA:


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ÍNDICE

CAPITULO I 9 1.1 INTRODUCCIÓN 10 1.2 JUSTIFICACIÓN 12 1.3 OBJETIVOS 14 1.3.1 OBJETIVOS GENERALES 14 1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 14 CAPITULO II “CONSIDERACIONES TEÓRICAS” 16 2.1 TECNOLOGÍAS DE IDENTIFICACIÓN 17 2.1.1 Acceso con Tarjetas magnéticas 17 2.1.2. Acceso con Sistemas Biométricos 18 2.1.3. Acceso de Código de Barras 18 2.1.4. Tipos de Identificación por Código de Barras 19

2.2 ANTECEDENTES DE RFID 21 2.3 CONCEPTOS DE RFID Y SUS COMPONENTES 23 2.3.1. ¿QUÉ ES RFID? 23 2.3.2. Consideraciones Técnicas 24 2.3.2.1 Etiquetas o tags de RFID 25 2.3.2.2. Consideraciones Técnicas de una Tag de tipo pasivo 27 2.4. LA ANTENA DE LA ETIQUETA DE RFID 29 2.5. MICRO READER 29 2.5.1. Consideraciones Técnicas del Micro-Reader 29 2.6 CONTROLADOR 31 2.6.1. Selección de microcontrolador 31 2.6.2. Consideraciones técnicas del microcontrolador AVR ATmega16 31 2.7. PRUEBAS Y PROCEDIMIENTOS DE DESEMPEÑO PARA LOS SISTEMAS RFID

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2.7.1. Prueba de impresión 33 2.7.2. Detección e identificación de la “Etiqueta de RFID” por una Antena Lectora portátil.

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2.7.3. Prueba de Intransferencia de la “calcomanía” 34 2.8 PROPUESTA DE CARACTERÍSTICAS RECOMENDABLES EN LOS COMPONENTES DE UN SISTEMA DE RFID

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2.8.1 Para Etiquetas de Tipo Pasivo 35


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2.8.2. Lectores y Antenas Fijos 35 2.9. ¿QUÉ ES LA RED EPC GLOBAL? 36

CAPITULO III “DESARROLLO EXPERIMENTAL. PROYECTO CHECADOR” 37 3.1 PROYECTOS DE APLICACIÓN DE RFID 38 3.2 DESIGNACIÓN DE ACTIVIDADES 38 3.3 ANÁLISIS DE COSTOS 3.4 DISEÑO DE CHECADOR

45 50

3.5 FUNCIONAMIENTO PROYECTO CHECADOR 50 3.6 PROGRAMACIÓN BÁSICA PARA EL CHECADOR 55 CAPÍTULO IV.- “DESARROLLO EXPERIMENTAL. PROYECTO DE SSFID” 70 4.1 ¿QUE ES SSFID? 71 4.2 FUNCIONAMIENTO DE SSFID 72 4.3 PROBLEMAS PRESENTADOS EN LOS PROYECTOS 82 CONCLUSIONES GENERALES 84 BIBLIOGRAFÍA 85


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CAPITULO i


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1.1INTRODUCCIÓN

El RFID (Radio Frequency Identification) es un tecnología de Identificación por radio frecuencia la cual se ha integrado a los sistemas de identificación de objetos, personas y animales que existen actualmente, remplazándolos gracias a las mejoras que ofrece. Actualmente pueden encontrarse en el mercado distintas aplicaciones que se basan RFID, en muchos casos, sin darnos cuenta de ello. El peaje de las autopistas, la identificación de animales o la distribución de correo postal, metro-bus, metro, etc. son ejemplos de cómo esta tecnología está influyendo en nuestras vidas, poco a poco y en silencio. Por esta y otras razones es una tecnología de especial interés en la investigación de diversos campos de la Ingeniería, sobre todo aquellas que se encuentran relacionadas con las comunicaciones y la electrónica.

En la presente tesis se implementa esta tecnología, con características y demandas propias de nuestra sociedad. Para ello, se desarrollarán dos prototipos que muestren la factibilidad, viabilidad y costo de los mismos. La tesis presenta los aspectos conceptuales, técnicos y de conformación de un sistema de identificación de RFID para luego hacer una revisión de dos aplicaciones prácticas. Estas representan una forma clara de explotar el mercado en el área de competitividad de comunicaciones Inalámbricas en México, aunque también servirán de auxilio para demostrar la seguridad y versatilidad de esta tecnología y de los avances que hasta el día de hoy se han logrado, considerando aspectos como programación, módulos de lectura-grabado, costos, rapidez de lectura y accesibilidad.

Aunado a lo antes mencionado se presenta un análisis de ventajas y

desventajas de los sistemas de RFID con respecto a las dos principales variantes disponibles de acuerdo con la Código del Producto Electrónico (por sus siglas en inglés EPC), pasivo y activo, dependiendo de su tarjeta electromagnética inducidas (tags).


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Se presentan, como ejemplo, dos aplicaciones de los sistemas RFID, de que esta tecnología forma parte de una nueva era de identificación inalámbrica. Es importante mencionar que ambos proyectos fueron realizados dentro de la asignatura de proyecto terminal para demostrar la usabilidad de estos sistemas en los ámbitos industrial y de seguridad.

El primer sistema realizado se trata de un checador, cuyo funcionamiento se encuentra basado en tags que permiten al usuario registrar su hora de entrada o salida dentro de la empresa con solo acercar su tarjeta a un lector. Este recibe la información personalizada y presenta en un conmutador su foto, su nombre y la hora de registro en cuestión de milisegundos. Así mismo, permite la localización dentro de un radio estipulado en el cual se encuentre el usuario. El segundo sistema se trata de una alarma de seguridad para automóviles que consta de una tag que deberá portar el conductor, un modulo de lectura y un corta corriente. El funcionamiento se basa en que, el conductor al portar la tag y entra a su auto es identificado por el modulo de lectura, permitiendo la acción de encendido del automóvil. En una situación en que el conductor no tenga su tag, o se interrumpe la comunicación de el tag con el modulo de lectura, se acciona un cronómetro que cortará la corriente después de un determinado tiempo, para que el auto se quede inmovilizado y así evitar el robo del mismo.


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1.2 JUSTIFICACIÓN Las tecnologías que involucra la RFID han tenido un gran desarrollo e impulso en los países avanzados. Sin embargo, su uso y conocimiento en México ha sido limitado. A pesar de que existen necesidades y consumo de estas, el desarrollo e investigación se ha limitado a algunos lugares en particular. Debido a esto, surgió la idea de conocer y realizar un proyecto en tecnologías RFID, con la curiosidad de enfrentarnos a una forma de comunicación inalámbrica de la cual no conocíamos más que su nombre y algunas ventajas competitivas. No obstante el acceso a información valiosa en este tema en la WEB, los cursos específicos sobre el tema son de alto costo, siendo este el primer obstáculo en el desarrollo. Así veíamos, como nuestro plan de aplicar la tecnología, que en todo el mundo tenía un gran impacto., se veía en peligro. Para nosotros era necesario que nuestra ESIME AZCAPOTZALCO fuera pionera en el país en esta tecnología. Por ello y con nuevos bríos, es por ello que reconsiderarlos tomar el curso de RFID y realizar de mínimo dos aplicaciones que mostraran lo versátil y fluido del sistema. Por otra parte la selección de los proyectos que elegiríamos para la representación de la tecnología fue estructurada por decisión de valoración de problemas que se muestran actualmente en las empresas y en la sociedad. El primero de ellos un checador con RFID fue la respuesta a la solución del problema de algunas compañías que mantienen un número considerable de empleados y en donde el sistema de registro de horas de entradas y salidas requiere de una tarjeta de papel cartulina que es pasada para impresión de la hora en un reloj checador. Los inconvenientes principales son el costo de la hoja de cartulina por semana y por persona además del tiempo requerido para que una cantidad de 100 empleados puedan checar a la vez en un mismo reloj checador (ya que todos por ejemplo deben llegar a las 8:00 a.m.), es entonces donde nosotros decidimos diseñar un sistema para resolver el problema.


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En el segundo proyecto nos basamos en la imposibilidad de conseguir que el problema de la delincuencia en el sector de robo de autos disminuya sus niveles, ya que nosotros fuimos víctima de un robo de auto a mano armada y que sabemos por experiencia propia que las consecuencias de enfrentar a tus atacantes en el instante son catastróficas, decidimos utilizar la tecnología de RFID como herramienta para combatir en menor o mayor grado el que una persona sea desprendida de su auto en situación de robo. Para ello fue necesario saber cuáles eran las principales estrategias de robo un auto y posteriormente diseñar un sistema que sumado a los que actualmente ya se encuentran en el mercado lograr que los asaltantes no cumplieran su objetivo.


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1.3 OBJETIVOS

1.3.1 OBJETIVOS GENERALES

1. Recaudar y sintetizar la información que actualmente se puede

encontrar en diferentes medios ya sean impresos o electrónicos, con el propósito de tener este material conjuntado y en lenguaje comprensible para que una persona con conocimientos básicos en comunicaciones y programación fuera capaz de comprender y la funcionalidad interna del esta clase de sistemas.

2. Diseñar un modulo de RFID grabador/lector que pueda competir con

los que hoy en día encontramos en el extranjero para ellos es necesario considerar una serie de aspectos desde costos hasta rapidez de lectura y por supuesto compatibilidad con hardware externo (por ejemplo una computadora) y de esta manera diseñarlos, utilizarlos y expórtalos logrando un paso de competitividad en la globalización de las comunicaciones inalámbricas.

3. Diseñar un algoritmo de lógica programable que pueda ser capaz de

eliminar ruidos o bien frecuencias varias, en el ambiente que puedan interferir en la certeza de lectura de una tarjeta.

4. Calcular las inductancias necesarias para una bobina que se encuentra

dentro del modulo que será la encargada de manera directa de la recepción de ondas de radio por ello es importante que esta bobina se encuentre con un mínimo de 76% de eficiencia para lograr 30 cm. de longitud para que la tag pueda ser detectada.

1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

I.-Para el Marco Conceptual

a) Estructurar los conceptos en modo conciso y esquemático en caso de requerirse este último.


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b) Presentar especificaciones técnicas de los elementos que conforman el sistema de RFID.

II.-Para el Checador:

a) Diseñar una base de datos en Visual Basic con un mínimo de 4 personas

dadas de alta en el sistema así como modelar la ventana de visualización para el usuario.

b) Realizar un ejecutable e instalable del programa diseñado en Visual

Basic con la finalidad de no requerir de este para que pueda ser ejecutado.

c) Diseñar un algoritmo que solo haga posible leer una tarjeta a la vez con

un retardo mínimo para que las colisiones de tag no puedan hacerse presente en el proceso de registro de hora.

d) Realizar un circuito de comunicación paralelo con un Max 232, con la

finalidad de crear un sistema de comunicación rxd-txd entre el modulo y el computador.

III.-Para la Alarma de Robo de Autos

a) Diseñar un algoritmo de lectura continua de tags sin interferencia de

colisiones, además de diseñar inductancia de antena para una distancia de 50 cm de lectura de tags.

b) Diseñar una Jaula de Faraday en el circuito para evitar que las cargas electromagnéticas del auto no afecten al sistema de RFID.

c) Realizar el circuito del cortacorriente para el apagado del auto.

d) Configurar programación para que un cronómetro cuente de manera

corrida pero corte cuando el microlector dé la indicación de que el transponder está activo, y en caso de no ser así dejar correr un tiempo 4 minutos y accionar el circuito de corta corriente.


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CAPITULO ii

“CONsideraCiONes teóriCas”


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II.- CONSIDERACIONES TEÓRICAS 2.1 TECNOLOGÍAS DE IDENTIFICACIÓN

La identificación es un concepto muy importante, ya que, para la humanidad es necesario poder diferenciar las cosas, personas, actividades etc., mediante una simple o sofisticada clasificación, dependiendo de la cantidad o de la importancia. Es decir, se requiere distinguir los diferentes objetos cotidianos con los que tiene que interactuar una persona o una empresa, lo que implica tener un sistema de identificación para ejecutar un rastreo o control de dichos objetos en forma ordenada. Desde hace años están disponibles en el mercado distintas tecnologías para la identificación de productos, personas e incluso animales. En ese sentido, uno de los principales exponentes ha sido el código de barras, el cual, ha logrado penetrar prácticamente en todas las cadenas de distribución, almacenes y sistemas de control de acceso, por citar algunos ejemplos.

Sin embargo, en los últimos 10 años, se ha dado un giro a las nuevas tecnologías, o más bien de aquellas que ya existían, pero que hasta ahora pudieron entrar al mercado masivo. La razón principal son todas las ventajas tecnológicas que ofrecen frente a los esquemas tradicionales, aunado a la baja en los precios. Considerando las recientes tecnologías de identificación que son aplicadas de manera real en usos cotidianos encontramos a las tarjetas magnéticas, los sistemas biométricos, código de barras ya mencionado, RFID, entre otras. 2.1.1 Acceso con Tarjetas magnéticas

Estos sistemas se basan en la lectura de una banda magnética. Utilizan señales electromagnéticas para registrar y codificar información en una banda que puede ser leída por una máquina para identificación instantánea. La aplicación más difundida es la de las tarjetas de crédito. Sus ventajas son proporcionar agilidad en el acceso, dar identificación única al poseedor, bajo


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costo, además de que no son fácilmente falsificables. Sin embargo, su uso continuo las deteriora físicamente como consecuencia de la fricción al momento de la lectura. Además si alguna tarjeta es acercada a alguna fuente electromagnética, relativamente fuerte, puede modificar la información que contiene, perdiendo con ello su utilidad. 2.1.2. Acceso con Sistemas Biométricos

El proceso para la extracción de un dato de este tipo de sistema se consigue mediante la medición de una serie de características físicas que posteriormente deben ser analizadas por un sistema, la desventaja A continuación se encuentran algunos ejemplos de tipos de técnicas Biométricas más comunes:

Reconocimiento de iris

Reflexión de retina

Geometría de la mano

Geometría facial

Termografía

Huellas dactilares

Patrón de la voz

La razón por la cual no es aplicable, para ciertos problemas, una tecnología de este tipo es porque no existen sistemas que ofrezcan una confiabilidad cercana al 100 por ciento. La mayoría de los sistemas de este tipo tienen una eficiencia menor a lo deseable. Otra desventaja de este tipo de sistemas es que son más costosos.

2.1.3. Acceso de Código de Barras

El Código de Barras es un arreglo en paralelo de barras y espacios que contiene información codificada en las barras y espacios del símbolo. Esta información puede ser leída por dispositivos ópticos, los cuales envían la información leída hacia una computadora como si la información se hubiera tecleado.


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2.1.4. Tipos de Identificación por Código de Barras

Así como en el mundo existen muchos idiomas y alfabetos, también hay varias simbologías de código de barras. Todos ellos fueron desarrollados con propósitos distintos; a primera vista se parecen, sin embargo, tienen sus diferencias, dependiendo de la aplicación para la que fueron creados.

En general, se pueden clasificar en dos grandes grupos:

Los lineales (1-D) como los que se usan en productos y permiten incluir mensajes cortos.

Los de dos dimensiones (2-D) que han empezado a usarse en documentos para controlar su envío o en seguros médicos y, en general, en documentos que requieren la inserción de mensajes más grandes (de hasta 2 725 dígitos) como un expediente clínico completo.


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Tabla Comparativa

Código de Barras

Biométrico RFID Pasivo RFID Activo

Modificación de Datos

No Modificable

Modificable Modificable Modificable

Seguridad de Datos

Seguridad mínima

Baja Rango de baja a alta seguridad

Alta Seguridad

Almacenamiento Lineal: 8-30 caracteres 2D: 7200 dígitos

De 8Mb en adelante

Alrededor de 64 Kbytes

Alrededor de 8 Mb

Coste Bajo Alto (más de 1 $ por etiqueta)

Medio (Unos 0.25 $ por tag)

Muy alto (más de 10 $ por tag)

Estándares Estable e implantado

Propietario, sin estándar

Con estándares en fase de implantación

Propietario y estándares abiertos

Tiempo de vida Bajo por deterioro

Largo Indefinido 3-5 años de vida de batería.

Distancia de lectura

Pocos centímetros

Del orden de 1 cm hasta 10 cm

Del orden de 1 metro

Del orden de 100 metros

Interfaz Lectura óptica directa

Contacto Sin barreras aunque puede haber interferencias

Sin barreras aunque puede haber interferencias

Tabla de Comparación de Sistemas


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2.2 ANTECEDENTES DE RFID

Los sistemas de RFID nacen de la tecnología de antenas de microondas y tristemente se encuentra relacionada con la guerra en la que el uso del radar permitía la detección de aviones a kilómetros de distancia, pero no su identificación. El ejército alemán descubrió que si los pilotos balanceaban sus aviones al volver a la base cambiaría la señal de radio reflejada de vuelta. Este método hacía así distinguir a los aviones alemanes de los aliados y se convirtió en el primer dispositivo de RFID pasiva. Se tiene la insinuación de que el primer acto de aplicación de RFID fue cuando Leon Theremin lo utiliza para espionaje durante la guerra cuando este trabajaba para el gobierno soviético en el año de 1945, este dispositivo de “escucha secreto” no era una etiqueta de identificación, por lo que se da por sentado que si bien fue una de sus primeras aplicaciones, esta no era completamente lo que conocemos como tecnología RFID. Ya para la segunda guerra mundial MIT desarrolla para los británicos sistemas para aviones con la finalidad de la identificación de enemigos. Mientras tanto una tecnología similar el transponder IFF es utilizada también por los británicos con la misma aplicación con la diferencia de contar con ventajas como la distancia y la disminución de ruido en el sistema. Otro trabajo renombrado fue el de Harry Stockman en 1948 quien realizo diferentes investigaciones en el tema uno de los trabajo “Comunicación por medio de la energía reflejada” en donde dice “… el trabajo considerable de investigación y de desarrollo tiene que ser realizado antes de que los problemas básicos restantes en la comunicación de la energía reflejada se solucionen, y antes de que el campo de aplicaciones útiles se explore.” A partir de esta investigación hicieron falta 30 anos de avances en multitud de campos diversos antes de que RFID se convirtiera en una realidad. Los sistemas de radar y de comunicaciones por radiofrecuencia avanzaron en las décadas de los 50 y los 60 en que los científicos de los países más avanzados trabajaban para explicar cómo identificar objetos remotamente. Las compañías pronto comenzaron a trabajar con sistemas antirrobo que usando ondas de radio determinaban si un objeto había sido pagado o no a la salida de las tiendas. Se utiliza con una etiqueta en la que 1


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único bit decide si se ha pagado o no por el objeto en cuestión. La etiqueta pitará en los sensores colocados a la salida si el objeto no se ha pagado. Las primeras patentes para dispositivos RFID fueron solicitadas en Estados Unidos, concretamente en Enero de 1973 cuando Mario W. Cardullo se presentó con una etiqueta RFID activa que portaba una memoria reescribible. El mismo año, Charles Walton recibió la patente para un sistema RFID pasivo que abría las puertas sin necesidad de llaves. Una tarjeta con un transponedor comunicaba una señal al lector de la puerta que cuando validaba la tarjeta desbloqueaba la cerradura. El gobierno americano también trabajaba sobre esta tecnología en los años 70 y montó sistemas parecidos para el manejo de puertas en las centrales nucleares, cuyas puertas se abrían al paso de los camiones que portaban materiales para las mismas que iban equipados con un transponedor. También se desarrolló un sistema para el control del ganado que había sido vacunado insertando bajo la piel de los animales una etiqueta RFID pasiva con la que se identificaba los animales que habían sido vacunados y los que no. Después se han incorporado mejoras en la capacidad de emisión y recepción, así como en la distancia, lo cual ha llevado a extender su uso en ámbitos tanto domésticos como de seguridad nacional, como sucede con el pasaporte expedido en la actualidad en los EEUU que lleva asociadas etiquetas RFID. A finales de los 90, la tecnología de RFID con la dirección de GS1, adquirió un nuevo desafío: el funcionamiento que mejore la reducción de tamaño y costos. En aquella época, GS1 fue punta de lanza en el desarrollo del los estándares globales para que el RFID facilite el comercio global dándole trazabilidad a toda la cadena se suministro alrededor del mundo. A partir de esta iniciativa, aunada a las investigaciones y desarrollo del Auto ID Center del MIT, surge EPC Global Inc. A la fecha EPC Global está representado en más de 100 países. En México: EPC Global México, es parte integral de AMECE, con la misión de administrar y habilitar este nuevo estándar global en la industria mexicana.


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A través de muchos años de innovación RFID ha llegado a un punto donde los costos y el tamaño de los dispositivos de RFID (etiquetas, lectores, antenas) hacen posible que pueda utilizarse en un sinnúmero de productos, desde contenedores de barcos hasta documentos. La miniaturización y automatización de los procesos de fabricación de Tecnología RFID se han traducido en una reducción en los costos de las etiquetas y han logrado que la tecnología esté prácticamente al alcance de cualquier organización. Actualmente, compañías innovadoras como Inkode, Inc. De Estados Unidos están llevando RFID a nuevas fronteras tecnológicas. 2.3 CONCEPTOS DE RFID Y SUS COMPONENTES

2.3.1. ¿QUÉ ES RFID?

Los sistemas de identificación por radiofrecuencia o RFID (Radio Frequency Identification) son una nueva tecnología para la identificación de objetos a distancia sin necesidad de contacto.

RFID (por sus siglas de Radio Frequency Identification su traducción en

español es Identificación por Radiofrecuencia) es un sistema de almacenamiento y extracción de datos, el cual es capaz de sustraer y grabar datos de una etiqueta en cuestión de milésimas de segundo y almacenarla dentro de un controlador para después ser procesado como mejor convenga.

Para ello utiliza dispositivos denominados etiqueta o tag RFID que

consiste en un microchip que va adjunto a una antena de radio y que va a servir para identificar unívocamente al elemento portador de la etiqueta. Con esto podemos almacenar hasta 2 Kbytes de datos.

También se va a necesitar un lector que sea capaz de leer los datos

almacenados en la etiqueta. Lo más normal es tener un dispositivo que tenga una o más antenas que emitan ondas de radio y que reciban las señales devueltas por la etiqueta RFID.

Una vez hecho esto se puede trabajar con un ordenador sobre los datos

que se han leído. Esto mismo es lo que se muestra en la imagen de la derecha.


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Los microchips en las etiquetas RFID pueden ser o bien de lectura o bien regrabables, teniendo éstos más posibilidades ya que puede variarse su información o aumentarse la misma, lo cual es muy útil para realizar seguimiento de los objetos que portan la etiqueta (estudios biométricos en animales, movimientos en las cadenas de fabricación y montaje, etc.).En la siguiente figura se muestra la estructuración básica de funcionamiento.

2.3.2. Consideraciones Técnicas

Los sistemas RFID se generan e irradian ondas electromagnéticas son clasificados como sistemas de radio. La función de otros servicios de radio, en ningún caso debe ser interrumpida o perjudicada por la operación de los sistemas RFID. Es en particular importante asegurar que sistemas RFID no interfieran con una onda de radio cercana incluyendo con estas ondas generadas por el radio, la televisión, radiolocalizadores, teléfonos móviles etc. Por lo que es necesario tomar en consideración que los lectores y etiquetas deben estar protegidos contra esta ondas radio además de tomar en cuenta la necesidad de ejercer cuidado con respecto a otros servicios de radio y tratar de no interferir dentro de sus frecuencias.

Las bandas de frecuencia en las que trabajan los sistemas RFID son 125

o 134 Khz. para baja frecuencia y 13’56 para alta frecuencia, aunque pueden trabajar en muchos otros rangos de frecuencia. Para el uso del espectro UHF los distintos países no consiguen llegar a un estándar ya que en Europa se trabaja en 868 Mhz., en Estados Unidos 915 Mhz. y en Japón, se retienen al uso de esta banda y empieza a trabajar en 960 Mhz. El problema que se genera en el empleo de la banda UHF es que hay distintos dispositivos que operan sobre la misma, y generan ruidos sobre los sistemas RFID y viceversa,

Imagen del Funcionamiento de RFID


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con lo cual los gobiernos tienen que realizar detallados estudios para determinar y minimizar los trastornos que puedan suceder como consecuencia de cambiar las bandas de trabajo de los dispositivos RFID. 2.3.2.1 Etiquetas o tags de RFID Las Tag's son los receptores de la señal RFID enviada por las antenas, están formados por un chip y una pequeña antena, el Tag contiene la información del objeto al que está adherido (productos comerciales, activos de una empresa, personas, animales, entre otras cosas). Las Tag's pueden estar en 2 presentaciones, encapsulados o en forma de etiqueta. Algunas de sus características particulares son: • Diferentes tamaños, capacidades de memoria, rangos de lectura/escritura y temperatura. • Generalmente vienen encapsulados lo cual aumenta su durabilidad (impactos, químicos, humedad, polvo, etc). • Los rangos de lectura/escritura se pueden ver afectados por el metal y las radiaciones electromagnéticas. • TAG's Activos: Alimentados por una batería interna con vida útil limitada. Este tipo de etiquetas lleva su propia fuente de alimentación y tiene rangos mayores de uso, tanto a nivel de frecuencias, siendo las normales de

Imagen de Etiqueta para RFID


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uso 455 Mhz, 2’45 o 5’8 Ghz., como las distancias a las que pueden ser detectadas y leídas, 100 metros. Su tamaño es lógicamente mayor que los otros dos tipos de etiquetas, aunque no apenas supera el tamaño de una moneda. Además portan una pequeña memoria, debido a lo cual pueden almacenar un mayor número de datos. Se puede usar como un transponedor o como una baliza. En el primer caso puede ejemplificarse como un tele peaje o bien otros puestos de control en los que se requiera la apertura de puertas de seguridad. Su segundo uso es utilizado para sistemas de localización en tiempo real. En este caso la etiqueta está lanzando una señal cada cierto intervalo de tiempo, por ejemplo 3 segundos, hasta que el lector consiga identificar el lugar del que proviene la señal. • TAG's Pasivos: Alimentados por inducción, libres de mantenimiento. Las etiquetas RFID pasivas no llevan fuente de alimentación propia y utilizan para responder la energía inducida en la antena por la señal de escaneo de radiofrecuencia. Debido a esto la señal respuesta tiene un tiempo de vida bastante corto y su radio de transmisión puede llegar a como mucho 6 metros, pero tiene la ventaja de poder ser mucho más pequeñas que las etiquetas activas. En el año pasado la etiqueta más pequeña fabricada, en la imagen de la derecha, tenía unas dimensiones de 0’4 x 0’4 milímetros, siendo más fina que una hoja de papel, situándose su precio entre los 0.05 y los 0,1 dólares para pedidos suficientemente grandes. Generalmente operan en una frecuencia de 124, 125 o 135 Khz., aunque hay sistemas que pueden llegar a operar en 2.45 Ghz. La forma de la etiqueta dependerá del uso que se vaya a hacer de las mismas, aunque lo normal es que vaya montada sobre una pegatina o una tarjeta. • Los Tag's en forma de etiqueta son menos resistentes que los encapsulados pero más económicos. Están hechos de un sustrato de papel/poliéster al cual se le adhiere una antena de cobre y un chip con memoria. • etiquetas RFID semi-pasivas Este tipo de etiquetas es muy similar al anterior, pero con la diferencia de que incluyen una pequeña batería que permite que el circuito integrado de la etiqueta esté siempre alimentado. Esto da lugar a que las antenas no requieran capturar la potencia de la señal entrante para devolver la señal saliente, sino que las antenas son mejoradas para la emisión de la respuesta.


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2.3.2.2. Consideraciones Técnicas de una Tag de tipo pasivo

Características mínimas para un sistema RFID de tipo pasivo para una buena funcionalidad de mediana aplicación. a). El circuito integrado (CI)

Características mínimas del Circuito Integrado .

Funcionalidad de acuerdo con el estándar internacional ISO/IEC 18000-6C, operando en una banda de frecuencia UHF de 902 a 928MHz.

la organización de la memoria será de la siguiente manera: o Banco 00 RESERVADO

- 32 bits para access password

- 32 bits para kill password Deshabilitado en fábrica o Banco 01 IDENTIFICACIÓN ÚNICA DEL ARTÍCULO (UII por sus siglas

en inglés)

- 16 bits para el CRC-16

- 16 bits para el PC

- Identificación única de artículo (UII) o Banco 10 IDENTIFICACIÓN DE LA “ETIQUETA DE RFID” (TID por sus

siglas en inglés).

- “TID” con tamaño mínimo de 64 bits, grabado desde el proceso de fabricación del Circuito Integrado.

o Banco 11 ÁREA DE USUARIO

Cualquier lectora que esté homologada con el estándar internacional requerido, debe ser capaz de leer la memoria descrita anteriormente del Circuito Integrado.

La memoria para uso interno 352 bits mínimo combinados el UII y Área de Usuario

La capacidad total de memoria será de 512 bits como mínimo.


29

Optimizado para operar en la banda de frecuencias de 902 a 928 MHz.

Deberá contar con un mecanismo de bloqueo permanente de escritura en memoria.

Sensibilidad mínima de -14dBm en la banda frecuencia de operación estipulada (902 a 928MHz).

El “TID” debe tener una estructura única,

La memoria debe tener una retención de datos de 10 años.

Rango de Temperatura de operación de -20 a +85° C.

Rango de Temperatura de almacenamiento de -20 a +85° C.

Operación en humedad no condensada hasta el 85%.

Robustez contra descarga electrostática mínima de 2kV respecto al modelo del cuerpo humano.

El Circuito Integrado deberá contar con un medio de autenticación en hardware (intrínseco a su lógica) que emita una respuesta específica de información al ser solicitado por un interrogador y que permita distinguirlo como un Circuito Integrado de la cualquier otra aplicación de la misma tecnología.


30

2.4. LA ANTENA DE LA ETIQUETA DE RFID Dispositivo que utiliza ondas de radio para leer/escribir datos en los Tags y Etiquetas. Algunas de sus características importantes son: • Algunos sistemas utilizan Antenas y Controladores en un solo dispositvo de lectura, otros sistemas lo utilizan por separado. • Existen diferentes formas y tamaños dependiendo de la aplicación. • Tipos de Antenas: de túnel, de plato, tipo conveyor para bandas transportadoras, de puerta (gates), terminales portátiles, etc. Los parámetros del diseño de la “antena” (ganancia, polarización, direccionalidad, impedancia, material de construcción) deberán asegurar que la Etiqueta de RFID cumple con las especificaciones operativas de lectura mencionadas anteriormente. Durante la vida de cuando menos diez años de la “antena”, debe conservar las mismas características físicas sin modificación, soportar cambios ambientales a los que estará sometida, así como la continua exposición a rayos ultravioleta, bajo estas condiciones no debe resquebrajarse o deformarse. 2.5. MICRO READER Encargado de identificar si hay tags y decodificar la información que existe en ellas las especificaciones de micro reader fueron prestadas con derechos reservados y fines didácticos por texas instruments. 2.5.1. Consideraciones Técnicas del Microreader

PARAMETER UNIT RI-STU-MRD1 Relative Humidity <97% non-condensing, IEC 68-2-30 Test Db, 21 cycles RF Transmit Frequency 134.2 kHz Power Supply 5 Vdc, regulated Typical Current Consumption Active mode: 100 mA Idle mode: 5 Host Communication Point-to-Point Communications Parameters 9600 baud, 8 data bits, no parity, 1 start bit, 1


31

stop bit Communications Protocol Micro Reader specific communications protocol with Xon / Xoff handshake Communications Interface Serial Communications Interface (SCI), TTL voltage level Reader Interference Protection Wireless and wired synchronization Antenna 47 mH, Q 10 – 20 Typical Read Time Without synchronization: 100 ms With synchronization: 120 Transponder Types 134.2 HDX/FSK kHz Package 30-pin Dual-in-line for plug- or to solder-in Reference Documentation 1R1e-a0d6e-2r 1R-I0-2S7TU(S-MCBRUD0127) Reference Guide S2000 Reader System Micro Dimensions (38.3 ´ 29.3 ´ 13.5) ± 0.5 mm Weight approx. 5 g Approval CE, FCC

Imagen de Micro-Reader


32

2.6 CONTROLADOR Administran la comunicación entre la antena y una Computadora PC, Laptop o Servidor. La interfase puede ser serial, paralelo o de cualquier otro tipo como TCP/IP. El controlador puede programarse para tomar acciones dependiendo de las lecturas o datos. 2.6.1. Selección de microcontrolador Debe comunicarse a través del modulo de RF, a través de la comunicación serial, el tipo de componente utilizado es el MCU PIC16F876A - 20, que cumple con dos requisitos específicos que perseguimos en esta primera etapa. Tiene reloj hasta 20 MHz, cuenta con comunicación serial y tiene 3 puertos suficientes para poder realizar procesos como entradas y salidas. Para nuestros proyectos fue utilizado un AVR atmega 16 con 4 puertos 2.6.2. Consideraciones técnicas del microcontrolador AVR ATmega16 • high-performance, low-power avr® 8-bit microcontroller • advanced risc architecture

Imagen del Microcontrolador


33

– 131 powerful instructions – most single-clock cycle execution – 32 x 8 general purpose working registers – fully static operation – up to 16 mips throughput at 16 mhz – on-chip 2-cycle multiplier • high endurance non-volatile memory segments – 16k bytes of in-system self-programmable flash program memory – 512 bytes eeprom – 1k byte internal sram – write/erase cycles: 10,000 flash/100,000 eeprom – data retention: 20 years at 85°c/100 years at 25°c(1) – optional boot code section with independent lock bits in-system programming by on-chip boot program true read-while-write operation – programming lock for software security • jtag (ieee std. 1149.1 compliant) interface – boundary-scan capabilities according to the jtag standard – extensive on-chip debug support – programming of flash, eeprom, fuses, and lock bits through the jtag interface • peripheral features – two 8-bit timer/counters with separate prescalers and compare modes – one 16-bit timer/counter with separate prescaler, compare mode, and capture mode – real time counter with separate oscillator – four pwm channels – 8-channel, 10-bit adc 8 single-ended channels 7 differential channels in tqfp package only 2 differential channels with programmable gain at 1x, 10x, or 200x – byte-oriented two-wire serial interface – programmable serial usart – master/slave spi serial interface – programmable watchdog timer with separate on-chip oscillator – on-chip analog comparator • special microcontroller features


34

– power-on reset and programmable brown-out detection – internal calibrated rc oscillator – external and internal interrupt sources – six sleep modes: idle, adc noise reduction, power-save, power-down, standby and extended standby • i/o and packages – 32 programmable i/o lines – 40-pin pdip, 44-lead tqfp, and 44-pad qfn/mlf • operating voltages – 2.7 - 5.5v for atmega16l – 4.5 - 5.5v for atmega16 8-bit microcontroller with 16k bytes in-system programmable flash 2.7. PRUEBAS Y PROCEDIMIENTOS DE DESEMPEÑO PARA LOS SISTEMAS RFID

2.7.1. Prueba de impresión

Objetivo: Verificar que después de pasar el formato de “calcomanía”/recibo a través de una impresora láser convencional, la lectura de la “Etiqueta de RFID” no se degrade. Procedimiento de evaluación:

a) Verificar lectura correcta de 10 “Etiquetas de RFID” incluidos en las formas “calcomanía”/recibo utilizando una lectora portátil (sin desprender las calcomanías de la forma).

b) Tomar estas 10 formas “calcomanía”/recibo e introducirlas en la bandeja de entrada de la impresora y mandar a imprimir los datos de 10 ciudadanos ficticios incluyendo datos para imprimir en la ventana de desprendimiento.

c) Desprender las calcomanías de las formas, pegarlas en los parabrisas de los vehículos que participaran en la siguiente prueba y verificar su correcta lectura con lectoras fijas colocadas a 5.5 metros de altura.

d) Registrar los resultados


35

2.7.2. Detección e identificación de la “Etiqueta de RFID” por una Antena Lectora portátil. Objetivo: Verificar la detección e identificación de la “Etiqueta de RFID” por una Antena Lectora portátil. Esta prueba permitirá comprobar la correcta lectura del Identificador “Etiqueta de RFID” por la Antena Lectora del sistema, así como su adecuada operación. Procedimiento de evaluación: a) Registrar las condiciones de medición: temperatura interna y externa del parabrisas, temperatura ambiental, condiciones de humedad, condiciones climatológicas generales. b) Usando la lectora portátil leer la “Etiqueta de RFID” y verificar la lectura del mismo desde diferentes ángulos. c) Registrar los resultados. 2.7.3. Prueba de Intransferencia de la “calcomanía”. Objetivo: Verificar que al desprenderse una “calcomanía” previamente adherida a un parabrisas y al adherirse de nuevo a otro parabrisas o al mismo, ésta no pueda ser leída nuevamente. Además, verificar que los elementos de identificación visual hayan dejado evidencia de este desprendimiento. Procedimiento de evaluación: a) Despegar la “calcomanía” que tenía uno de los coches y volverla a pegar. b) Verificar evidencias visuales del desprendimiento. c) Realizar lectura con el fin de verificar su funcionamiento cruzando el auto en el portal a una velocidad de 40 Km/h. d) Registrar los resultados en la tabla # 4


36

2.8 PROPUESTA DE CARACTERÍSTICAS RECOMENDABLES EN LOS COMPONENTES DE UN SISTEMA DE RFID

2.8.1 Para Etiquetas de Tipo Pasivo Los tags sugeridos son de generación 2 con las siguientes características: Tipo: Lectura/ Escritura sin contacto Frecuencia de Operación: 860 ~ 960 MHz Capacidad de memoria: 512 bits EPC Capacidad protegida: 96 bits CircuitosIntegrados (IC): Phillip UCode 1.19 Tipo de codificacion de datos: EPC Class 1 GEN2 Rango efectivo lineal : 8Mts lectura , 5 Mts escritura Multi-Deteccion de antena: Si Tamaño de Tag: 150(L)*49(W)*0.2(H)mm Peso: 2g Normas de cumplimiento: Phillip Ucode Gen 2, Impinj Monza EPC UHF Gen 2, soporta ISO 18000-6C and Ucode 1.19 Temperatura de Operación : -20°a 85°C * Para vehiculos blindados se recomienda tags de montaje en la defensa del vehiculo para evitar la disminución de el rango. 2.8.2. Lectores y Antenas Fijos Display: 4 Leds Alimentación: 12 -24 DC 60 W max Puertos de comunicacion: RS-232 , 10/100 Ethernet , I/O Digital Frecuencia: 860 – 960 Mhz Potencia de antenna: 10mW – 1 W conducción ( 30 db ) Lectura: 8M lectura , 5M escritura. Compatibilidad: ISO 18000-6B, ISO 18000-6C , EPC UHF Gen 2, soporta ISO 18000-6B y Ucode 1.19 Conexiones: 4 para antenas , 1 puerto de puerto de entrada


37

Dimensiones: L 300 mm X W 220 mm X H 56 mm Peso: 3 kgs Especificaciones de Operación: -20° a 85°C, Humedad 5-95% , a prueba de agua y polvo en intemperie. Multidetección: Si , minimo 400 tags / segundo. Compatibilidad de antena: Linear o circular polarizada. 2.9. ¿QUÉ ES LA RED EPC GLOBAL? La Red "EPC GLOBAL" (Electronic Product Code) es un conjunto de tecnologías que permiten una lectura inmediata, automática de los artículos en la cadena de suministro, y compartir información acerca de éstos. En esa forma, la Red EPC Global hará que las organizaciones sean más efectivas permitiendo obtener visibilidad de la información de los artículos que se encuentran en la cadena de suministro. Los beneficios de esta red globla son: • Visibilidad en tiempo real. • Menos Existencias Agotadas. • Mejores Ventas y Promociones. • Rapidez en la Caja. • Reducción de Inventarios. • Reducción en Mermas y Robos. • Anti Falsificaciones. • Mejor Utilización de los Activos. • Recuperación de productos. • Reciclado más eficiente.

Por otra parte, el código EPC de la etiqueta RFID puede contener información estandarizada, con información adicional sobre el producto, como fecha de caducidad, lote de producción o cualquier otro dato que los fabricantes o la cadena de distribución consideren conveniente.


38

CAPITULO iiI

“desarrOLLO eXPeriMeNtaL.

PrOYeCtO CHeCadOr”


39

III.-DESARROLLO EXPERIMENTAL. PROYECTO CHECADOR 3.1 PROYECTOS DE APLICACIÓN DE RFID

Como ya lo hemos mencionado es de gran importancia convertir lo

teórico en practico, por ello este ultimo capitulo se designo para la elaboración de dos proyectos de RFID en su modalidad de etiqueta activa.

Un checador utilizando la tecnología RFID, para ello es necesario que a

cada empleado se le proporcione un tag pasivo que deberá pasar en lugar de

la clásica tarjeta de papel, una vez que se acerque la tarjeta el micro-reader

realizara una lectura que posteriormente se procesa en un microcontrolador y

es enviada a el computador quien tendrá la función de escanear de entre una

base de datos e identificar de quien se trata y finalmente registrar su hora de

entrada o salida, todo ello con el propósito de imitar una aplicación que

actualmente en Empresas de los Estados Unidos ya se encuentran

implantadas y que funcionan de una manera muy eficiente y aunque en la

actualidad también se puede contar con un modulo de identificación de

huellas dactilares; la ventaja competitiva de el RFID es el costo no solo en

instalación también en mantenimiento

3.2 DESIGNACIÓN DE ACTIVIDADES

1. Realizar el diseño básico del modulo (diseño en papel) 2. Realizar el diseño del circuito de comunicación en paralelo (diseño en

papel) 3. Realizar el diseño del circuito corta corriente (diseño en papel) 4. Elaboración de lista de materiales 5. Investigación de precios de los materiales 6. Compra de materiales 7. Realizar diagrama de flujo de logaritmos de grabado de tarjeta 8. Realizar diagrama de flujo de logaritmos de lectura de tarjeta 9. Realizar diagrama de flujo de logaritmos de eliminación de ruido 10. Realizar diagrama de flujo de programación de timer


40

11. Realizar diagrama de flujo de programación de comunicación computadora-modulo de RFID.

12. Elaborar la programación de grabado de tarjeta 13. Elaborar la programación de lectura de tarjeta 14. Elaborar la programación de eliminación de ruido 15. Elaborar la programación de timer 16. Elaborar la programación de comunicación computadora- modulo RFID 17. Elaborar la base de datos de checador 18. Elaborar el programa de plantilla que visualiza el usuario

19. Realizar en prototipo el circuito de modulo RFID (en proto-board) 20. Realizar en prototipo el circuito de comunicación paralelo (en

proto-board) 21. Realizar en prototipo el circuito de corta corriente (en proto-board)

22.Realización de pruebas de circuito de modulo RFID 23. Realización de pruebas de circuito de comunicación paralelo 24. Realización de pruebas de circuito de corta corriente

25. Elaboración de diseño en protel DXP de circuito de modulo RFID 26. Elaboración de diseño en protel DXP de comunicación paralelo 27. Elaboración de diseño en protel DXP de corta corriente

28. Impresión de tablillas fenolicas 29. Planchado de tablillas fenolicas 30. Barrenado de tablillas fenolicas 31. Soldar componente de circuitos a tablillas fenolicas 32. Probar las tablillas fenolicas en el conjunto.


41


42

DIAGRAMA DE GRAND


43

Tabla del 15 de octubre 2007 al 18 de octubre de 2007 Tabla del 18 de octubre 2007 al 25 de octubre de 2007 Tabla del 25 de octubre 2007 al 30 de octubre de 2007


44

Tabla del 02 de noviembre 2007 al 05 de noviembre de 2007



45




46

3.3 ANÁLISIS DE COSTOS

Tabla 1.-Costo del material propuesto

Parte Descripción Unidad

Cantidad Precio Unitario

$ M. N.

Total

$ M. N.

1 MICRO-READER

RI-STU-MRD1

Pieza 2 1500 3000

2 Microcontrolador

ATMEAGA16

Pieza 2 62 124

3 Foco LED

Ultrabrillante de a

1.5v de C.D.

Pieza 23 4 92

4 Dip Switche Pieza 2 5 10

5 Resistencias 220

Ohms.

Pieza 15 .30 4.5

6 Resistencias 330

Ohms.

Pieza 10 .30 3

7 Resistencias 440

Ohms.

Pieza 5 .30 1.5

8 Resistencias 1

Kohms.

Pieza 5 .30 1.5

9 Oscilador de Cristal

de 4Mhz

Pieza 2 7 14


47

Parte Descripción Unidad

Cantidad Precio Unitario

$ M. N.

Total

$ M. N.

10 Fuente reguladora de

127v de ca a 12 v de

C.D a 1ª

Pieza 1 90 90

11 Placa para el circuito

electrónico de 15 x 5

cm. Tabilla fenolica

Pieza 1 70 70

12 MOC3011 Pieza 1 7 7

13 Condensadores de 22

pFd. A 5v de C.D.

Pieza 2 2 4

14 Papel Cuche Pieza 5 6 30

15 Capacitares de 1000

micros A 5v de C.D.

Pieza 5 3 15

16 Rectificadores

controlados de silicio

TIC126

Pieza 1 16 16

17 TRIAC de silicio

TIC206

Pieza 1 16 16

18 Diodo rectificador

1N4004

Pieza 1 1 1

19 Asesoramiento de

puertos

hora 9 120 1080

20 Conector para puerto

paralelo

Pieza 1 110 110

Total 4689.5


48

De a cuerdo a lo requerido en la etapa de materialización del proyecto

tomando en cuenta los dos sistemas de RFID el valor de inversión es de 4689.5

pesos.

En donde se invertirá para el proyecto de checador un total de $2358.50 y para

el proyecto de la alarma un total de $2331.00. Estos son únicamente gastos

dentro del proyecto en donde se contempla un 2% de extras para pruebas y

errores en la mayoría de los elementos.

Una vez analizando los costos de módulos de micro-reader en el

mercado los cuales tienen precios que Oscilan entre los 400 dólares y los 600

dólares mas gastos de envió nuestro modulo solo costara $2000.00 mas

utilidades y esto nos hace competentes en el mundo como diseñadores de

módulos RFID.

Además de poder competir con aplicaciones del modulo porque para

adquirir un checador de RFID el costo sería de 650 dólares el más austero y a

nosotros solo nos costara $2358.00 mas utilidades.

Finalmente en cuanto a el sistema de Alarma no tenemos Competencia

por que aun no existe un sistema así basado en RFID por lo cual tenemos un

mar azul como decía Grove gran economista norteamericano.


49

En los siguientes diagramas podemos observar las conexiones con los componentes correspondientes.

Diseño esquemático de MICRO-READER RI-STU-MRD1

Nota: es importante considerar que las GND de el Micro-Reader sean las mismas que las del microcontrolador


50

DISEÑO DE TARJETAS Y CIRCUITO PARA EL MODULO RFID

Diseño de conexiones del circuito

Diseño de la tarjeta impresa

Nota: El modulo es el mismos para los proyectos solo varían en programación y en

hardware externo que utilizan para su aplicación


51

3.4 DISEÑO DE CHECADOR

El nombre de nuestro proyecto es T-CHK el logo se pretende imprimir en las tarjetas de trasponder. El logo lo podemos observar en la siguiente figura.

Para el diseño de plantilla que visualizara el usuario es amigable y practico los colores que se eligieron son azules y blancos como el de nuestro logo para llevar una imagen corporativa. Puedes observarlo en la siguiente figura.

3.5 FUNCIONAMIENTO PROYECTO CHECADOR

MOISES V. MARQUEZ OLIVERA

Hora de Entrada

Fecha


52

El funcionamiento es muy simple y será explicado con los siguientes diagramas:

FIGURA 1 Los componentes principales son un computador, el modulo que diseñamos y una tag.

FIGURA 2


53

La función del modulo es el preguntar si se encuentra una tag disponible para leer, esto lo hace por ciclos de reloj que son de 4 nanosegundos mas sin embargo para darle tiempo de responder a la tag o transpoder se realiza un programa de retardo que hace que pregunte si excité una tag disponible, pero con un tiempo de disparo retardado de 100 milisegundos dando tiempo suficiente para el transponder de responder.

FIGURA 3

Si no encuentra transponder el modulo debe seguir preguntando en un loop infinito, mas sin embargo si encuentra una tag disponible esta dejara que el modulo tome la información de su almacén de datos previamente grabados, los cuales nos permitirán identificar de que empleado se trata, una vez contando con los 16 dígitos se realiza un sondo de seguridad que permite verificar que el protocolo de comunicación se ha recibido correctamente y que el tranponder comenzara a decodificar la información.


54

FIGURA 3 En esta figura podemos apreciar que el micro-reader ya ha leído la

información y decodificado posteriormente se la pasa a el microntrolador (avr ATME 16) para que el ponga en marcha la función de eliminación de ruidos e inmediatamente después le manda la indicación al micro reader de que ya puede tomar otra lectura.

FIGURA 4


55

El micro controlador resuelve los pulsos analógicos convirtiéndolos en digitales y finalmente le entrega por medio del puerto paralelo a la computadora la información de identificación, en la figura 4 podemos observar que en cuestión de centésimas de segundo aparece la foto del empleado su hora de registro y su nombre que serán enviadas a una base de datos que almacenara sus registro de entrada y salida una vez realizado esto como se muestra en la figura 5 la imagen desaparece al tiempo que la tag es retirada del radio de lectura el modulo, finalmente le la computadora por medio de un pulso le indica a el micro controlador que se encuentra lista para recibir información. Y el siglo vuelve a empezar.

FIGURA 5


56

3.6 PROGRAMACIÓN BÁSICA PARA EL CHECADOR

Con esta rutina podrá identificar el primero de 16 caracteres que contiene la

tag por lo que esta rutina de algoritmos lógico de cambio de variables y suma

de factores.

.include "m16def.inc"

.org 0x0000

rjmp inicio

.org 0x0016

rjmp sub_RXC

inicio: LDI R16, LOW(RAMEND)

OUT SPL, R16

LDI R16, HIGH(RAMEND)

OUT SPH, R16


57

LDI R16, 0XFF

OUT DDRA, R16

SBI DDRB, 0

SBI DDRB, 1

SBI DDRB, 2

CBI PORTB, 2

cbi ddrd, 0

sbi ddrd, 1

RCALL INICIALIZA_LCD

ldi r16, 0x00

out ucsra, r16

ldi r16, 0x98

out ucsrb, r16

ldi r16, 0x86

out ucsrc, r16

ldi r16, 0x25

out ubrrl, r16


58

/* ldi r16, 0x00

out ubrrh, r16*/

sei

ldi r16, 0x84

rcall WR_COM

ldi r16, 0x00

sts 0x60,r16

stop: rjmp stop

/************************************/

sub_RXC: push r16

in r16,sreg

push r16

push r17

push r18

in r17, udr


59

out udr, r17

lds r18, 0x60

inc r18

sts 0x60, r18

cpi r18,17

breq seg_line

cpi r18,33

breq clear_lcd

mover: mov r16, r17

rcall WR_DAT

pop r18

pop r17

pop r16

out sreg, r16


60

pop r16

reti

seg_line: push r16

ldi r16, 0xc4

rcall WR_COM

pop r16

rjmp mover

clear_lcd: push r16

push r17

ldi r16, 0x01

rcall WR_COM

ldi r17, 2

rcall RETARDO_ms

ldi r16, 0x84


61

rcall WR_COM

ldi r17, 0x01

sts 0x60, r17

pop r16

pop r17

rjmp mover

/************************************/

RETARDO_5s:

PUSH R18

PUSH R19

PUSH R20

CICLO1: LDI R20, 100

LOOP13: LDI R19, 200


LOOP11: DEC R18


62

BRNE LOOP11

DEC R19

BRNE LOOP12

DEC R20

BRNE LOOP13

DEC R17

BRNE CICLO1

POP R20

POP R19

POP R18

RET

/************************************/

INICIALIZA_LCD:

LDI R17, 20

RCALL RETARDO_ms

LDI R16, 0X30


63

RCALL WR_COM //15ms

LDI R17, 5

RCALL RETARDO_ms

LDI R16, 0X30

RCALL WR_COM //4.1ms

LDI R17, 1

RCALL RETARDO_ms

LDI R16, 0X30

RCALL WR_COM //100us

LDI R16, 0X38

RCALL WR_COM

LDI R16, 0X01

RCALL WR_COM

LDI R17, 0X02


64

RCALL RETARDO_ms

LDI R16, 0X0C

RCALL WR_COM

LDI R16, 0X06

RCALL WR_COM

RET

/*************************************/

RETARDO_ms:

PUSH R18

PUSH R19

CICLO: LDI R19,20

LOOP2: LDI R18, 133

LOOP1: DEC R18

BRNE LOOP1


65

DEC R19

BRNE LOOP2

DEC R17

BRNE CICLO

POP R19

POP R18

RET

/***********************************/

WR_DAT: SBI PORTB, 0

FUNCION:CBI PORTB, 1

OUT PORTA, R16

SBI PORTB, 2

NOP

NOP

NOP

CBI PORTB, 2

RCALL RETARDO_50us

RET


66

/***********************************/

WR_COM: CBI PORTB, 0

RJMP FUNCION

/***********************************/

RETARDO_50us:

PUSH R16

LDI R16,133

LOOP_A: DEC R16

BRNE LOOP_A

POP R16

RET

LDI R16, LOW(RAMEND)

OUT SPL, R16

LDI R16, HIGH(RAMEND)

OUT SPH, R16

LDI R16, 0XFF

OUT DDRA, R16


67

SBI DDRB, 0

SBI DDRB, 1

SBI DDRB, 2

CBI PORTB, 2

RCALL INICIALIZA_LCD

LDI ZL, LOW(MSG1*2)

LDI ZH, HIGH(MSG1*2)

RCALL DESPLIEGA

LDI R17, 0X05

RCALL RETARDO_5s

LDI ZL, LOW(MSG2*2)

LDI ZH, HIGH(MSG2*2)

RCALL DESPLIEGA

LDI R17, 0X05

RCALL RETARDO_5s


68

/************************************/

RETARDO_5s:

PUSH R18

PUSH R19

PUSH R20

CICLO1: LDI R20, 100



LOOP11: DEC R18

BRNE LOOP11

DEC R19

BRNE LOOP12

DEC R20

BRNE LOOP13

DEC R17

BRNE CICLO1

POP R20

POP R19


69

POP R18

RET

/************************************/

INICIALIZA_LCD:

LDI R17, 20

RCALL RETARDO_ms

LDI R16, 0X30

RCALL WR_COM //15ms

LDI R17, 5

RCALL RETARDO_ms

LDI R16, 0X30

RCALL WR_COM //4.1ms


70

LDI R17, 1

RCALL RETARDO_ms

LDI R16, 0X30

RCALL WR_COM //100us

LDI R16, 0X38

RCALL WR_COM

LDI R16, 0X01

RCALL WR_COM

LDI R17, 0X02

RCALL RETARDO_ms

LDI R16, 0X0C

RCALL WR_COM

LDI R16, 0X06

RCALL WR_COM

RET


71

CAPITULO iv

“desarrOLLO eXPeriMeNtaL.

PrOYeCtO ssfid”


72

IV.- “DESARROLLO EXPERIMENTAL. PROYECTO SSFID”

El proyecto de la alarma de Automóvil lleva por nombre SSFID que significa Sistema de Seguridad por Identificación de frecuencias. Para lo cual diseñamos un logo que significara seguridad personal. Los colores del logo son el amarillo ya que significa prevención y es el concepto que queremos brindar a nuestros clientes.

Y una Alarma de seguridad para autos que consiste básicamente en un

sistema de seguridad que complementa los actuales sistemas instalados en

los automóviles ya que al auto contara con un sistema RFID en donde el

conductor deberá contar con un tag que al entrar a el automóvil el micro-

reader comenzara a leer la información de esta donde finalmente al ser

correcta se cierra el circuito con la finalidad de que la llave de el auto lo

encienda, la aplicación es cuando los ladrones hayan entrado a el auto con el

conductor adentro, este una vez que sea despojado de su automóvil este

seguirá con circuito cerrado durante un tiempo estimado (que será de 5

minutos en nuestro proyecto) después este se abrirá impidiendo a el ladrón

robarse el auto y en la segunda parte del proyecto será que aunado con la

tecnología GPS podrá localizar el lugar en donde se encuentra el automóvil

4.1 ¿QUE ES SSFID?

Es un sistema de seguridad para el robo de vehículos, basándose en RFID puede sobre entenderse la tag realizara la función de una llave secundaria para el automóvil como ya se ha explicado el un SSFID es sistema de seguridad que complementado con los que actualmente se encuentran en el


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mercado nos brinda una mayor protección en una ciudad donde los asaltos se encuentran a la orden del día.

Ya que cada uno de los sistemas ya existentes se especializan en un tipo de robo de automóviles, pues bien SSFID se encuentra enfocado a el robo de auto cuando el conductor se encuentra en su vehículo y es amenazado para permitir que los asaltante entren, una vez que se encuentran en el auto realizan un secuestro exprés y finalmente expulsan a el conductor del vehículo logrando despojar a el propietario de su preciado automóvil.

Con la finalidad de que esto no ocurra hemos creado un sistema

basados en RFID que nos permite contar con una tarjeta maestra, solo tiene que traer su tarjeta encender el auto y en cuanto a usted lo hayan desalojado de su vehículo comenzara un cronometro que contara 4 minutos antes de que el auto deje de funcionar, tiempo suficiente para huir y tiempo insuficiente para los asaltantes de llevarse muy lejos su automóvil.

4.2 FUNCIONAMIENTO DE SSFID

Al igual que el proyecto del checador cuenta con tags o transponders, modulo de RFID y un micro controlador solo que este proyecto no contendrá una comunicación con la computadora.

La idea es primordialmente que el modulo de Rfid cuente con un sistema de timer activados de manera secuencial que realizaran la función de un cronometro.

La Idea básica es que el conductor entre al auto portando su tag de esta manera el micro-reader en cuestión de centésimas de segundos realizara la identificación de su conductor y podrá dar la orden de cerrar el circuito para que el conductor pueda encender el auto de manera normar, una vez realizando esto un timer comienza a contar a la vez que el micro controlador comienza a preguntar si aun se encuentra la tag presente una vez que esta responde el micro controlador para el timer y comienza nuevamente la el loop, esto sucederá n veces hasta que el micro-reader no encuentre la respuesta de la tag y no pueda parar el timer que contará 4 minutos y suspenderá el suministro de energía eléctrica al auto Con lo cual lo hará frenar.


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PROGRAMACIÓN BÁSICA PARA LOGARITMO DEL TIMER

RETARDO_ms:

PUSH R18

PUSH R19

CICLO: LDI R19,20

LOOP2: LDI R18, 133

LOOP1: DEC R18

BRNE LOOP1

DEC R19

BRNE LOOP2

DEC R17

BRNE CICLO

POP R19

POP R18

RET

/***********************************/

WR_DAT: SBI PORTB, 0


75

FUNCION:CBI PORTB, 1

OUT PORTA, R16

SBI PORTB, 2

NOP

NOP

NOP

CBI PORTB, 2

RCALL RETARDO_50us

RET

/***********************************/

WR_COM: CBI PORTB, 0

RJMP FUNCION

/***********************************/

RETARDO_50us:

PUSH R16

LDI R16,133

LOOP_A: DEC R16

BRNE LOOP_A


76

POP R16

RET

/***********************************/

DESPLIEGA:

LDI R16, 0X84

RCALL WR_COM

RET1: LPM R16, Z+

CPI R16, 0XFF

BREQ RET2

RCALL WR_DAT

RJMP RET1

RET2: ADIW ZL, 0X01

LDI R16, 0XC4

RCALL WR_COM

LPM2: LPM R16, Z+

CPI R16, 0XFF

BREQ FIN_PROG


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RCALL WR_DAT

RJMP LPM2

MSG1: .DB "ABCDEFGHIJKLMNOP",0XFF

.DB "abcdefghijklmnop",0XFF

MSG2: .DB "0123456789ABCDEF",0XFF

.DB "0123456789abcdef",0XFF

ldi r16, low(ramend)

out spl, r16

ldi r16, high(ramend)

out sph, r16

ldi r16,0xFF

out ddrc, r16

ldi r16,0xFF


78

out ddra, r16

sbi ddrb, 0

sbi ddrb, 1

sbi ddrb, 2

cbi portb,2

rcall iniciolcd

ldi r16, 0x84

rcall wrcom

ldi r16, 'A'

rcall wrdat

ldi r16, 0xf4

rcall wrdat

ldi r16, 0xc4

rcall wrcom

ldi r16, '2'

rcall wrdat

ldi r16, ':'


79

rcall wrdat

stop: rjmp stop

iniciolcd: ldi r17, 20

rcall retardoms

ldi r16, 0x30

rcall wrcom

ldi r17, 5

rcall retardoms

ldi r16, 0x30

rcall wrcom

ldi r17, 1

rcall retardoms

ldi r16, 0x30

rcall wrcom

ldi r16, 0x38

rcall wrcom

ldi r16, 0x01


80

rcall wrcom

ldi r17, 2

rcall retardoms

ldi r16, 0x0C

rcall wrcom

ldi r16, 0x06

rcall wrcom

ret

retardoms: push r18

push r19

loop3: ldi r19,20

loop2: ldi r18,133

loop1: dec r18

brne loop1

dec r19

brne loop2

dec r17


81

brne loop3

pop r19

pop r18

ret

wrdat: sbi portb, 0

wrcom1: cbi portb, 1

out porta, r16

sbi portb, 2

nop

nop

nop

cbi portb, 2

rcall retardo50us

ret

wrcom: cbi portb, 0

rjmp wrcom1


82

retardo50us: push r20

ldi r20, 133

loopp1: dec r20

brne loopp1

pop r20

ret


83

4.3 PROBLEMAS PRESENTADOS EN LOS PROYECTOS

El principal problema fue la calibración de frecuencia y la elección del tipo de rango que sería más conveniente utilizar para los proyectos.

Para la calibración fue necesario medir las inductancia de manera exacta para la elaboración de la bobina, posteriormente realizar el programa de calibración para medir solo entre ese rango una vez superado este problema la calibración se sostiene hasta la fecha y no requiere de una segunda calibración.

A continuación se muestra una grafica que consideramos para elegir las tag pasivas y los rangos que pueden detectar nuestros módulos de RFID.


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Tabla para elegir entre tag pasivas y activas Rango de

Frecuencia LF (125KHz)

HF (13.56 MHz) UHF (868-915 MHz) Microwave (2.46

y 5.8GHz)

Max Distancia de Lectura

<0.5 m 1 m 3 m 1 m

Tecnologia Tags pasivos con

acoplamiento Industiva/Capacitiva

Generalmente pasivos con acomplamiento Industiva/Capacitiva

Tags activos con bateria integrada

usando acoplamiento capacitivo de campo

eléctrico

Tags activos con bateria o pasivos

usando acoplamiento capacitivo de

campo electrico

Costo Barata Medianamente cara Medianamente cara Muy cara

Metal/Liquido menos susceptible

mas susceptible

Aplicaciones

Control de Acceso, Rastreo de animales,

Inmovilizacion de vehiculos, Aplicaciones

de punto de venta incluyendo casetas de

peaje.

Corto alcance, lectura de un tag a la vez.Tarjetas inteligentes, Rasreo de

articulos incluynedo equipaje, bibliotecas.

Buen balance de rango y

desempeño.Rastreo de pallets, casetas de

peaje, manejo de equipaje.

Direccionales

SCM, Casetas de Peaje.

Velocidad de lectura

Peor Pobre Normal Mejor

Tamaño Mas grande

Mas pequeña

Notas Mayor Base instalada

Actualmente la mas utilizada mundialmente hablando ya que se usa

en las tarjetas inteligentes.

Estados Unidos usa 915MHz. Europa usa 868MHz.J apon no

permite la transmision en estas frecuencias.

Cabe hacer notar que la tag de 125 kHz que es la utilizada en nuestro

proyecto es relativamente económica con respecto a las otras frecuencias, la distancia cubre con las necesidades de ambos proyectos y además no presenta susceptibilidad a el metal y el liquido como las otras, quizás la mayor desventaja es que su velocidad de lectura oscila en nanosegundos y las otras tarjetas son mucho más veloces pero para el caso e nuestras aplicaciones no era requerida tanta velocidad, es por ello que optamos por utilizar la frecuencia LF


85

CONCLUSIONES GENERALES

La experiencia de practicar nuevas tecnologías de comunicación inalámbricas abre paradigmas y te muestra la tendencia de evolución, colocando un compromiso formal a favor de México ya que nosotros podemos ser de una manera potencial aplicadores de tecnologías de alto nivel con vanguardia económica.

Por otra parte la normativa de de radiofrecuencia es el siguiente paso con esperanzas de que México lance su primera convocatoria de propuestas normativas de comunicaciones, y el realizar diferentes aplicaciones con estas y muchas otras nos dará el valor agregado que necesitamos para ser un país representativo en el ámbito de las comunicaciones.

Aunque aún falta mucho por hacer, es mejor ya haber empezado y es importante que la comunidad ESIME también se encuentre preparada y comienza a realizar diseños de vanguardia electrónica ya que no existe mejor manera de aprender que practicando. Creo que nuestra mejor conclusión es que aprendimos mucho en poco tiempo y esto solo es un pequeño logro de nuestros días estudiando y tratando de prepararnos para intervenir un poco en la era de la revolución Tecnológica.

No hay duda que la culminación de un proyecto siempre trae consigo

grandes satisfacciones , una de las más importantes son las experiencias, ya que si es bien sabido que la practica hace a el maestro, hemos aprendido que el primer paso para practicar es experimentar y nuestro mejor reconocimiento es el cúmulo de conocimientos que a base de pruebas y errores hemos reunido para concretar el primer objetivo de nuestros proyectos, sabemos que apenas empezamos con nuestro trabajo ya que el objetivo general es reunir varias tecnologías y realizar un conjunto poco vulnerable a las desventajas y suscitaciones por lo que debemos prepararnos mas y seguir realizando prototipos que nos den como resultado un producto terminado.


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BIBLIOGRAFÍA http://www.seeburger.info/international/spain/frame_js.htm?f1=sol?f2=solutions_estandards_n. htm?nav2a&sub23p&f3=estandards_rfid_i.htm http://www.smartcodecorp.com/newsroom/13-01-04.asp http://www.funponsel.com/blog/archives/2005/09/21/rfid-digital-door-lock/ REFERENCIAS EN INTERNET Una visión general de RFID http://es.wikipedia.org/wiki/RFID http://www.ecojoven.com/dos/03/RFID.html http://www.seeburger.info/international/spain/frame_js.htm?f1=sol?f2=solutions_estandards_n. htm?nav2a&sub23p&f3=estandards_rfid_i.htm http://www.bds.com.es/4828.html?*session*id*key*=*session*id*val*

Documents

Ingeniero en Robótica Industrialtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/2004/1/marquez... · 2017-12-14 · que se basan RFID, en muchos casos, sin darnos cuenta de ello. El peaje