Upload
andreea-maria
View
189
Download
8
Embed Size (px)
DESCRIPTION
licenta
Citation preview
UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU
FACULTATEA DE FACULTATEA DE INGINERIE
„HERMANN OBERTH”
Specializarea: Informatică Industrială
LUCRARE DE LICENȚĂ
Coordonator științific,Șl.dr.ing. Negrulescu Sorin
Absolvent,
Maracine George Alexandru
Sibiu2015
UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” DIN SIBIUFACULTATEA DE DE INGINERIE
„HERMANN OBERTH”
Specializarea: Informatică Industrială
Tehnologia RFID pentru identificarea persoanelor
Coordonator științific,Șl.dr.ing. Negrulescu Sorin
Absolvent,
Maracine George Alexandru
Sibiu2015
DECLARAŢIE PRIVIND ORIGINALITATEA LUCRĂRII
Prin prezenta declar că lucrarea de disertație cu titlul “Tehnologia RFID pentru identificarea persoanelor” este elaborată de mine şi este rezultatul propriei mele activităţi de documentare şi cercetare. Declar de asemenea ca ea nu a mai fost prezentata parțial sau integral la o altă facultate sau instituţie de învăţământ superior din ţară sau străinătate.
De asemenea, declar că toate sursele utilizate, inclusiv cele preluate de pe Internet, sunt indicate
în lucrare:
toate fragmentele de text reproduse exact, chiar dacă sunt traduceri proprii din altă
limbă, sunt scrise între ghilimele şi deţin referinţa precisă a sursei;
reformularea în cuvinte proprii a textelor scrise de către alţi autori deţine referinţa precisă
la sursa ;
codul sursă, imagini etc. preluate din proiecte open-source sau alte surse sunt utilizate cu
respectarea drepturilor de autor şi deţin referinţe precise;
rezumarea ideilor altor autori precizează referinţa precisă la textul original.
Sibiu,
Absolvent Prenume Nume
___________________
Cuprins
INTRODUCERE ............................................................................................................... 1
Motivaţie ................................................................................................................. 1
Obiectivul lucrării ................................................................................................... 2
Metodica lucrării ..................................................................................................... 2
CAPITOLUL 1. RFID – identificarea prin radiofrecvenţă .......................................... 3
1.1. RFID – definţie ............................................................................................................ 3
1.2. Istoric ........................................................................................................................... 5
1.3. Tagul de 1-bit ............................................................................................................... 6
1.4. Sisteme de securitate bazate pe radio-frecvenţă .......................................................... 6
1.5. Componentele sistemului RFID ................................................................................. 10
1.5.1. Eticheta RFID .............................................................................................. 10
1.5.2. Cititorul RFID ............................................................................................. 13
1.5.3. Antena RFID ............................................................................................... 14
1.5.4. Sistemul de calcul ....................................................................................... 16
1.6. Tipuri de sisteme RFID .............................................................................................. 17
1.6.1. Sisteme active şi pasive ............................................................................... 17
1.6.2. Modalitate de transmisie ............................................................................. 17
1.6.3. Informaţia stocată şi procesată în transponder ............................................ 18
1.6.4. Frecvenţa de operare a sistemelor RFID ..................................................... 18
1.6.5. Cuplajul transponder-cititor ........................................................................ 19
1.7. Principii de operare a sistemelor RFID ...................................................................... 20
1.7.1. Sistemele RFID de 1 bit .............................................................................. 20
1.7.2. Sistemele RFID în duplex, semiduplex şi secvenţiale ................................. 21
1.7.2.1. Principiul cuplajului inductiv ....................................................... 23
1.7.2.2. Cuplajul prin reflexie cu împrăştiere a undei electromagnetice ... 23
1.7.2.3. Cuplajul strâns .............................................................................. 24
1.7.2.4. Transpondere cu undă acustică de suparfaţă ................................ 25
1.8. Standardizare în domeniul sistemelor RFID .............................................................. 25
CAPITOLUL 2. Arhitectura sistemului implementat
2.1. Prezentarea sistemului de ansamblu
2.2. Consideraţii teoretice
2.3. Desfăşurarea lucrării
2.4. Schema electrică generală
2.4.1. Arduino
2.4.2. Cititorul RFID folosit
2.5. Interfaţa cu utilizatorul
CAPITOLUL 3. Structura sitemului implementat
3.1. Detalii constructive
3.2. Schema electrică
3.3. Detalii de implementare a programului pentru microcontroller
CAPITOLUL 4. Sistemul RFID
4.1. Beneficiile sistemului RFID
4.2. Managementul proiectelor RFID
4.3. Domeniile în care se utilizează sistemul RFID
CONCLUZII ŞI DIRECŢII VIITOARE DE DEZVOLTARE
Avantajele şi dezavantajele sistemului RFID
Rezultate obţinute
BIBLIOGRAFIE
ANEXE
Anexa 1 – Schema electrică
Anexa 2 – Cod program
Introducere
Motivaţie
Aţi auzit vreodată de RFID? Dacă nu, cu siguranţă veţi auzi. Trăim într-o lume în
continuă schimbare. Această schimbare se manifestă în moduri care de multe ori depăşesc şi cea
mai bogată imaginaţie.
Radio Frequency Identification (R.F.I.D.), în română, „Identificare prin frecvență radio”,
este o tehnologie care utilizează comunicațiile de radio frecvență pentru identificarea și stocarea
datelor. Acestea sunt folosite în identificarea, localizarea și urmărirea persoanelor, bunurilor,
animalelor, etc., fiind util în monitorizarea stocurilor unor companii sau ca elemente de
securitate, spre exemplu, în aeroporturi.
Proiectul este o imagine de ansamblu a structurii sistemelor RFID (Radio Frequency
Identification) şi a benzilor de frecvenţă radio folosite şi de tehnologia RFID. Se prezintă, de
asemenea, o soluţie bazată pe tehnologia RFID pentru identificarea, trasabilitatea şi
autentificarea produselor, prin implementarea unui sistem de management de producţie şi
extinderea utilizării acestuia pentru comercianţi.
Încă de la apariţia tehnologiei de identificare prin radio-frecvenţă (RFID), în jurul ei s-a
făcut multă vâlvă. Prezentată acum mai bine de 30 de ani drept tehnologia care va revoluţiona
eficienţa liniilor de producţie şi a lanţurilor de distribuţie, RFID a contribuit într-adevăr, în
proporţii diferite, la succesul marilor companii şi grupuri de retail din lume.
Astăzi tehnologia RFID este deja folosită în domenii foarte numeroase. Un exemplu este
lanțul de aprovizionare al întreprinderilor, pentru a îmbunătăți eficiența inventarelor, pentru
urmărirea produselor în cursul fabricației și pentru managementul produselor. Alte exemple care
sunt deja automatizate cu ajutorul RFID:
- măsurarea timpului realizat la cursele atletice;
- controlul pașapoartelor (actualmente nu se practică în UE);
- aplicarea taxelor rutiere pe anumite autostrăzi etc.;
- urmărirea produselor (vacile unei cirezi, cărțile unei biblioteci, transcontainerele unui vapor);
- urmărirea locomotivelor și vagoanelor la căile ferate;
- autentificarea persoanelor care doresc să intre în zone speciale (cu condiția să-și fi implantat
etichete RFID sub piele);
- paza și inventarierea în muzee.
1
Din cauza miniaturizării permanente a etichetelor RFID, ajunsă până acolo încât ele sunt
din ce în ce mai greu de văzut și recunoscut cu ochiul liber, a apărut și o problematică gravă - cea
a potențialului pentru spionaj aproape invizibil, în cele mai diverse domenii.
Obiectivul lucrării
Obiectivele unui astfel de proiect constă în demonstrarea capacităţii de a sintetiza
cunostinţele şi de cunoaştere a temei prezente.
Prin elaborarea şi susţinerea proiectului, se demonstrează cunoaşterea teoretică a
domeniului şi capacitatea de a realiza în mod independent o cercetare bibliografică prezentată în
primele capitole ale lucrării.
Tehnologia RFID a fost inventată acum peste 60 de ani, dar a început să fie din ce în ce
mai folosită şi în Europa, pe scară largă în ultimii ani, atât de firme private în special pentru
etichetarea produselor, dar şi de guverne care introduc taguri RFID în documentele de
identificare (paşapoarte, carte de identitate, etc.) Conform estimărilor Comisiei Europene, peste
600 de milioane de taguri RFID au fost vândute în 2005, iar estimările arată că în 2016 ar putea
fi vândute de 450 de ori mai multe. Valoarea întregii pieţe a RFID (incluzând sistemele şi
serviciile) în UE a fost de 2.2 miliarde de euro şi ea ar putea ajunge la 20.8 miliarde de euro în
numai 10 ani.
Metodica lucrării
În elaborarea acestui proiect, trebuie parcuse anumite etape. Aceste etape fac parte din
managementul proiectului.
Proiectul este structurat pe şapte capitole, în care care găsim consideraţii teoretice şi
consideraţii practice, urmat de concluzii şi anexe.
Identificarea prin radiofrecvenţă (RFID) marchează o nouă evoluţie a societăţii
informaţionale, în care obiectele dotate cu dispozitive microelectronice care permit prelucrarea
automată a datelor vor deveni din ce în ce mai mult parte integrantă a vieţii de zi cu zi.
Tehnologia RFID este din ce în ce mai comună, devenind parte din viaţa cetăţenilor într-o
serie de domenii precum logistică, sănătate, transporturi publice, comerţ, în special pentru o mai
mare siguranţă a produselor şi o retragere mai rapidă a acestora, divertisment, muncă, taxare
rutieră, gestionarea bagajelor şi documente de călătorie.
2
Capitolul 1. RFID – identificarea prin radiofrecvenţă
1.1. RFID – Definiţie
Pentru a putea înţelege tehnologia RFID, lucrarea de faţă începe cu următoare întrebare:
Ce este identificarea prin radio-frecvenţă (proximitate)?
Identificarea prin Radiofrecvenţă (RFID - Radio Frequency Ientification) sau proximitate, este
ultima şi cea mai avansată metodă tehnologică de colectare automată a datelor, câştigând o largă
acceptare pe măsură ce oamenii înţeleg şi utilizează această tehnologie.
RFID este un sistem de identificare asemănător tehnologiei cu cod de bare. Sistemele cu
cod de bare necesită un cititor şi etichete adezive lipite pe obiecte, pe când RFID necesită un
cititor şi tag-uri speciale sau cartele ataşate/integrate în obiecte. Prin comparaţie, codul de bare
utilizează reflecţia unui fascicul luminos peste eticheta ce conţine tipărit codul, iar RFID folosete
un câmp de radio-frecvenţă de putere mică. Acest câmp de radio-frecvenţă nu necesită o
poziţionare precisă a obiectului la citire, el penetrează orice material nemetalic nefiind necesar
contactul direct cu echipamentul de citire.
Cele mai simple aplicaţii de proximitate pot fi comparate cu sistemele cod de bare, dar
cele mai sofisticate produse RFID pot interfaţa cu senzori externi pentru măsurarea unor
parametrii specifici, sau chiar sisteme GPS (Global Positioning Satellite system) pentru
urmărirea poziţiei unor obiecte cu ajutorul sateliţilor.
Un sistem RFID include două componente esenţiale: transponderul1 şi cititorul – Figura
1, aflate la distanţă unul de altul, astfel că legătura se face numai prin unde radio, prin
intermediul antenelor. Evident, informaţiile sunt codate digital în transponder, iar legătura radio
este de fapt o transmisie de date.
Figura 1.1. Structura principală a oricărui sistem RFID
În prezent, se folosesc pe scară largă mai multe procedee de identificare automată, în
esenţă variante ale procedeelor optic, magnetic şi cu contact electric:
1 Transponder = TRANSmiter resPONDER (emiţător – receptor), blocul de radiocomunicaţii al unui sistem care mai include şi alte subansamble – alimentare, protecţie, eventual automatizări, actuatori etc.
3
codurile de bare (pe etichete), cu citire optică la distanţe x1mm ... x1cm, foarte ieftine, cu
capacitate de stocare mică (maxim zeci de biţi);
cartelele inteligente, cu memorie cu contacte electrice sau cu peliculă magnetică
(citire/scriere în câmp magnetic creat de bobine situate la x0,1mm distanţă faţă de
peliculă) care pot stoca (16000 ... 64000) biţi, cu preţ mediu şi durată de folosire limitată.
Sistemele RFID pot stoca volume mari de date (16 ... 64kbiţi) şi pot fi citite de la distanţă
de la câţiva cm la zeci de metri. O comparaţie se poate face după tabelul de mai jos.
Tabelul 1.1. Comparaţie între codu de bare, cartela inteligentă şi RFID
În ultimii ani, datorită multiplelor utilizări, această tehnologie este din ce în ce mai
folosită, atât de firme comerciale (în special pentru etichetarea produselor), dar şi de către
administraţia publică, pentru documentele de identificare (paşapoarte, cărţi de identitate).
În principiu, tehnologia RFID nu urmăreşte înlocuirea codului de bare în toate aplicaţiile,
ci trebuie considerată o metodă adiţională de colectare a datelor, ce poate fi utilizată singular sau
în combinaţie cu alte metode. Pentru fiecare problemă particulară, utilizatorul trebuie să evalueze
beneficiile fiecărei metode şi să opteze în cunoştinţă de cauză.
1.2. Istoric
Tehnologia de identificare prin radiofrecvenţă îşi are radăcinile din cel de-al doilea
Război Mondial. Descoperit în 1935 de fizicianul scoţian Sir Robert Alexander Watson – Watt,
4
germanii, japonezii, americanii şi britanicii, utilizau radarul pentru detecţia la distanţă a
avioanelor inamice. Problema, era că nu aveau posibilitatea de a identifica avioanele ce
aparţineau inamicilor de cele ale aliaţilor. Sub conducerea lui Watson – Watt care a demarat un
proiect secret, britanicii au dezvoltat primul sistem active de identificare – Identify Friend or Foe
(IFF). Aceştia au pus un transmiţător pe fiecare avion britanic – când acesta primea semnale de
la staţiile radar de pe sol, începea să emită un semnal înapoi care identifica acel avion ca fiind
aliat.
Tehnologia RFID are la baza acelaşi concept: un semnal este transmis unui dispozitiv de
emisie-recepţie care va reflecta semnalul – în cazul în care este sistem pasiv – sau va emite un alt
semnal – sistem activ.
Oamenii de ştiinţă şi academicieni din SUA, Europa şi Japonia au făcut cercetări şi au
prezentat documentaţia, în care se explică modul, în care energia de radiofrecvenţă poate fi
utilizată în identificarea obiectelor de la distanţă. Companiile au început să comercializeze
sisteme antifurt care utilizau unde radio pentru a determina dacă s-a efectuat sau nu plata pentru
un anumit produs în cadrul unui magazin. Etichetele electronice de supraveghere a articolelor
(utilizate şi în prezent) au dimensiuni de 1 bit, care poate fi ON sau OFF.
Inginerii de la IBM au dezvoltat şi patentat un sistem RFID la începutul anilor 1990 cu
frecvenţe UHF. Acest sistem a oferit posibilitatea unor arii de detecţie mai mari (de până la 9
metri) şi un transfer mai rapid al datelor. Tehnologia RFID cu frecvenţe UHF a căpătat amploare
în 1999, când Uniform Code Council, EAN Internaţional, Procter & Gamble şi Gillette au
cofinanţat Centrul Auto-ID din cadrul Massachusetts Institute of Technology. Ideea profesorilor
David Brock si Sunjay Sarma care au analizat posibilitatea integrarii etichetelor RFID de costuri
reduse în cadrul tuturor produselor, în scopul depistării lor de-a lungul procesului de
aprovizionare, a fost de a pune un singur număr serial pe etichetă (un simplu microchip care
stoca foarte puţină informaţie). Între 1999 şi 2003 Centrul Auto-ID a primit sprijin din partea a
peste 100 de companii, a Departamentului de Aparare al SUA şi a comercianţilor de sisteme
RFID, deschizând laboratoare de cercetare în Australia, Regatul Unit, Elvetia, Japonia şi China,
dezvoltând două protocoale de identificare prin aer (Clasa 1 si Clasa 0), schema de numeraţie
EPC (Electronic Product Code) şi o arhitectură de reţea pentru căutarea de date asociate
etichetelor RFID în cadrul Internetului.
1.3. Tagul de 1-bit
Bitul este cea mai mică unitate de informaţie, care poate avea doar două stări: 1 şi 0. Asta
înseamnă că doar 2 stări pot fi reprezentate de către sistemul bazat pe tagul de 1-bit: „tag-ul în
5
zona de interogaţie” şi „în zona de interogare nu este nici un tag ”. În ciuda limitărilor datorate
informaţiei minimale, tagurile de 1-bit sunt foarte răspandite – principalul domeniu de aplicaţie
fiind la realizarea dispozitivelor antifurt din magazine (EAS - Electronic Article Surveillance -
sistem electronic de supraveghere a articolelor).
Figura 1.2. Tag-ul de 1 bit
Un sistem EAS este alcătuit din următoarele componente: antena cititorului, elementul de
securitate sau tag-ul şi optional sistemul de dezactivare pentru dezactivarea tagului după ce
produsul a fost plătit. În sistemele moderne, dezactivarea tagului are loc când este înregistrată
efectuarea plăţii la casă. Unele sisteme EAS încorporează şi un activator, care este folosit ca să
reactiveze tagul după dezactivare. Caracteristica principală a sistemelor EAS este viteza de
recunoaştere sau de detectare a tagului în funcţie de lărgimea porţii (distanţa maximă între tag şi
antena interogatorului).
1.4. Sistemele de securitate bazate pe radiofrecvenţă
Procedura de radio-frecvenţă (RF) se bazează pe circuite rezonante LC ajustate pe o
frecvenţă de rezonanţă fR .
Versiunile mai vechi conţineau rezistenţe inductive făcute din fire de cupru emailate şi un
condensator într-o cutie de plastic (tagul greu). Sistemele moderne conţin bobine gravate între
folii de plastic sub formă de etichete.
6
Pentru a asigura că rezisteţa de pierderi a bobinei nu devine prea mare şi reduce calitatea
circuitului rezonant la un nivel inacceptabil, grosimea conductorului de aluminiu este de 25 μm,
iar folia de polietilenă trebuie să fie de cel puţin 50 μm.
Figura 1.3. Prezentarea diferitelor principii de funcţionare a sistemelor RFID
Folia intermediară de 10 μm grosime este folosită pentrut fabricarea plăcilor
condensatorului. Cititorul generează un câmp magnetic variabil în domeniul de radio-frecvenţă.
Dacă circuitul rezonant LC se deplasează în apropierea câmpului magnetic, acest câmp magnetic
variabil va transfera energie către circuitul rezonant (legile lui Faraday).
Dacă frecvenţa fG a câmpului corespunde cu frecvenţa de rezonanţă fR a circuitului LC, în
circuitul rezonant se produce o oscilaţie la rezonanţă.
7
Curentul care trece prin circuitul rezonant se va opune variaţiei câmpului magnetic extern
al cititorului.
Acest efect se pune în evidenţă printr-o scădere relativ mică a tensiunii de la bornele
bobinei generatorului de semnal şi în final duce la o scădere a puterii câmpului magnetic
măsurabil. O modificare a valorii tensiunii induse poate fi detectată de o bobină suplimentară
care este un senzor de câmp magnetic şi care va sesiza imediat ce un circuit oscilant este prezent
în câmpul magnetic al bobinei generatoare. Mărimea relativă a acestei scăderi de câmp magnetic
depinde de distanţele dintre bobine (distanţa bobină generator - element de securitate, distanţa
element de securitate-bobină senzor) şi de factorul de calitate Q al circuitului rezonant din
elementul de securitate (tag). Modificarea relativă de tensiune la bornele bobinei generatoare şi
la bornele bobinei senzor este în general foarte mică şi deci dificil de detectat. Pe de altă parte
semnalul ar trebui să fie cât mai bun posibil astfel încât elementul de securitate să poată fi
detectat cu uşurintă. Pentru a putea detecta cu uşurintă prezenţa tagului se utilizează unele mici
trucuri şi anume frecvenţa câmpului magnetic generat nu este constantă, aceasta are o variaţie
lineară, între o valoare minimă şi o valoare maximă. Domeniul de variaţie a frecvenţei este între
8.2MHz ± 10%. Atunci când frecvenţa generatorului corespunde exact cu frecvenţa de rezonanţă
a circuitului rezonant situat pe tag, circuitul rezonant de pe tag începe să oscileze şi va produce o
scădere vizibila a tensiunii la bornele generatorului şi la bornele bobinei senzor ( Figura 1.5.).
Figura 1.4. Principiul de funcţionare al unui sistem EAS de radio-frecvenţă
8
Figura 1.5. Apariţia unei variaţii a impedanţei bobinei generatorului la frecvenţa de
rezonanţă
a elementului de securitate (Q= 90, k=1%). Frecvenţa generatorului fG variază
linear între
cele 2 frecvenţe de tăiere. Un tag RF prezent într-un câmp magnetic al cititorului
generează
un semnal clar la frecventa fR.
Toleranţa frecvenţei de rezonanţă al elementului de securitate, care depinde de toleranţele
de fabricaţie ale componentelor şi care poate să varieze dacă în apropiere este un mediu metalic,
nu mai are un rol important datorită variaţiei lineare a frecvenţei generatorului şi deci a
„scanării” întregului domeniu de frecvenţă. Orice frecvenţă de rezonanţă a circuitului oscilant de
pe tag care se încadrează în domeniul de variaţie liniară a frecvenţei generatorului va putea fi
detectată.
Deoarece tagurile nu sunt eliminate de pe produse în momentul efectuării plăţii la casă
acestea trebuie să fie dezactivate astfel încât să nu activeze sistemul antifurt. Pentru dezactivarea
tagului, vânzătorul pune produsul protejat într-un dispozitiv dezactivator, care generează
suficient câmp magnetic încât curentul indus în circuitul oscilant al tagului distruge
condensatorul din acesta. Distrugerea condensatoarelor de pe taguri este ireversibilă şi duce la
dezacordarea circuitul rezonant astfel încât nu mai poate fi excitat de către semnalul generator.
Unele produse care au frecvenţe propii de rezonanţă pot să introducă alarme false dacă sunt
introduse în câmpul magnetic al bobinelor şi prezintă o mare provocare pentru producătorii de
9
sisteme pentru a elimina alarmele false. Dacă aceste frecvenţe de rezonanţă ale produselor sunt
în domeniul de frecvenţă 8.2MHz ± 10%, întotdeauna se vor declanşa alarme false.
1.5. Componentele sistemului RFID
În termeni generali, tehnologia RFID reprezintă un sistem care transmite identitatea
(număr unic) unui obiect folosind undele radio către un receptor, această informaţie fiind
preluată, înregistrată şi prelucrată de un calculator (server). În continuare sunt detaliate
componentele pe care se bazează utilizarea acestei tehnologii.
Figura 1.6. Principalele componente ale unui sistem RFID
1.5.1. Eticheta RFID
O etichetă RFID este compusă de obicei dintr-un circuit integrat şi o antenă, de
dimensiuni adaptate mediului în care urmează să fie folosite (în mod normal de mărimea unei
etichete). Poate fi flexibilă astfel încât să poată fi pliată odata cu suportul pe care este aplicat (de
ex. pentru paşapoartele biometrice) sau poate fi încastrat într-o fiola de sticlă (de ex. cele
folosite pentru marcarea animalelor). În reprezentarea din figura 7 se observă circuitul integrat în
centru şi antena care îl înconjoară.
Performanţa etichetelor RFID poate varia foarte mult, incluzând aici capabilităţile de
citire/scriere, memoria disponibilă sau existenţa sursei proprii de alimentare. De asemenea,
variaza foarte mult ca durabilitate, în funcţie de mediul în care se folosesc. Fiecare etichetă este
10
identificată printr-un număr. Formatul datelor memorate poate fi adaptat specificului aplicaţiei
software.
Figura 1.7. Eticheta RFID
Există etichete adaptate unor medii speciale de utilizare, ca de exemplu: a temperaturii
extreme într-un cuptor, umiditate, medii chimic sau mecanic agresive. Această posibilitate de
adaptare reprezintă un avantaj important în raport cu etichetele cu coduri de bare. Informaţia ce
poate fi cuprinsă într-o etichetă este foarte variată şi poate fi schimbată ori de câte ori este
nevoie. De exemplu, o etichetă poate înregistra un număr de serie, un istoric de service sau
istoricul temperaturilor prin care a trecut. În general, nu există limite privind informaţiile
asociate unei etichete, în special atunci când sunt folosite în conexiune cu o bază de date
actualizată la zi.
Din punct de vedere al sursei de alimentare există 3 tipuri de etichete:
etichete pasive, fără sursă proprie: sunt cele mai răspândite, extrag energia câmpului
generat de cititor şi o folosesc pentru a emite informaţia. Etichetele 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 proporţionat cu
puterea a şasea a distanţei;
etichete semi-active: au o baterie de mici dimensiuni folosită pentru a transmite
informaţia atunci când intră în câmpul de acţiune al cititorului;
etichete active: emit la intervale predefinite sau atunci când sunt mişcate, deci nu
neapărat când sunt în vecinatatea unui cititor. Au avantajul reducerii energiei necesare
generate de cititor şi pot avea o rază utilă de citire mai mare. Ca dezavantaje trebuie
11
menţionate durata de viaţă mai scurtă datorită bateriei şi preţul mai ridicat decât al
tagurilor pasive. De aceea se folosesc doar în aplicaţii specifice, în care este esenţială o
rază de utilă mai mare sau o putere foarte redusa a cititorului.
Din punct de vedere al informaţiei stocate, etichetele pot fi:
read-only: programabile o singură dată, citite de ori de câte ori este nevoie;
read-write: programabile şi citite ori de câte ori este nevoie.
Etichetele read-only conţin un cod unic programat ce nu mai poate fi modificat. Acest
element le conferă un nivel ridicat de securitate. Un sistem ce utilizează astfel de tag-uri necesită
o compensare a procesării şi stocării informaţiei prin calculatoare şi programe adecvate.
Etichetele read-write 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. Aceste tag-
uri au 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, etichetele cu
rescriere reprezintă o alternativă eficientă economic.
Principalele avantaje ale etichetelor RFID sunt următoarele:
etichetele de proximitate nu necesită contact direct pentru a funcţiona, sunt robuste şi nu
necesită întreţinere;
viteza de citire a informaţiei este mult mai mare;
unele tipuri de etichete pot fi şi rescrise;
prin reutilizare, preţul acestora scade considerabil;
pot fi amplasate oriunde, unele pot fi chiar integrate în obiectele pe care le deservesc;
nu necesită respectarea unor condiţii de mediu, citirea lor se poate realiza prin praf, aburi,
murdărie, noroi, apă;
citirea se poate face prin straturi de materiale nemetalice (vopsea, carton, plastic, lemn);
datorită sistemelor de verificare încorporate, citirea unei etichete de proximitate se face
fără erori;
etichetele pasive au o durată de funcţionare practic nelimitată;
etichetele sunt aproape imposibil de falsificat;
etichetele cu scriere şi citire pot fi inteligente (includ şi procesări de date, cum ar fi cele
pentru cărţile de credit);
datorită memoriei interne, etichetele pot stoca mari cantităţi de date.
12
1.5.2. Cititorul RFID
Cititor (reader sau scanner) RFID generează în permanenţă un câmp de radiofrecvenţă,
într-o zonă bine stabilită şi aşteaptă răspunsul transmis de către etichetele care trec prin câmpul
respectiv, constând din informaţia stocată în interior. Deci eticheta primeşte energia transmisă de
către cititor şi o refoloseşte în a transmite numărul său unic de identificare, precum şi alte
eventuale informaţii memorate în prealabil.
În funcţie de aplicaţie, cititoarele RFID pot fi staţionare (fixe) sau portabile. Cititoarele
staţionare asigură distanţe de citire de până la zeci de metri, cele portabile funcţionează pentru
distanţe de citire cuprinse între 1 m şi 4 m, conectare Wireless, Bluetooth
sau RS 232.
De asemenea, cititoarele RFID sunt disponibile într-o varietate de forme, dimensiuni şi
poziţionări. În general, instalarea cititoarelor se face oriunde există deplasări de obiecte cu
etichete ataşate, a căror locaţie ne interesează. Pot fi instalate pe tavane, în podele, în dreptul
unei uşi de depozit, pe culoare, pe motostivuitoare sau pe dispozitive PDA. De exemplu, putem
instala câte un cititor la intrarea şi la ieşirea dintr-un depozit. Orice obiect care va intra în acel
depozit va fi trecut automat în inventar şi orice obiect care iese din acel depozit, va fi scos din
inventar. Dacă angajatul care introduce sau scoate din depozit obiectul respectiv are asupra lui o
cartela de pontaj RFID, se va şti cu exactitate cine a operat, la ce ora şi ce obiecte a transportat
în/din depozit.
În figura 1.8. sunt prezentate câteva modele de cititoare staţionare sau portabile.
Figura 1.8. Cititoare RFID
Cititoarele pot funcţiona în sistem „stand-alone” având porturi I/O externe de comandă
sau pot fi conectate în reţea ( RS232, RS 484, USB, Ethernet).
13
Comunicarea cititoarelor cu software-ul instalat pe calculator se poate face prin interfeţe
industriale sau prin Ethernet Wired/Wireless.
1.5.3. Antena RFID
Aceste antene sunt folosite în combinaţie cu cititoarele RFID pot fi încorporate sau
externe acestora. Dimensiunile acestora precum şi banda de frecvenţă folosită determină de
regulă distanţa maximă de la care o etichetă este identificată de către un cititor RFID.
Rolul unei antene este să identifice cât mai bine semnalele emise de etichete şi taguri şi
să reducă zgomotele de fond.
a). b).
Figura 1.9. Antena RFID
O antenă RFID constă dintr-o bobină, cu una sau mai multe înfășurări și o rețea de
potrivire. Ea radiaza undele electromagnetice generate de cititor și primește semnalele RF de la
transponder .
Un sistem RFID poate fi proiectat în așa fel încât, câmpul electromagnetic este generat în
mod constant sau activat de un senzor .
Antenele, de asemenea, vin în diferite mărimi și modele, aceastea țin foarte mult de
mediul în care este integrat un sistem . Formele comune sunt de bară sau bucla antene.
Pentru gama de citire mai mare sau orientări diferite ale unui transponder, un număr de
antene pot fi aranjate într-o singură unitate cititor .
14
În această tehnologie, antenele sunt diferite în ceea ce privește configurația și modul de
funcționare, în funcție de frecvența utilizată .
Astfel avem:
Antene LF (de joasă frecvență) - 125 / 134,2 kHz
Antena este cuprinsă aici de un număr definit de vânturi sârmă care au ca rezultat astfel într -o
inductanță definit în antenă. O diferență se face aici între antene de cadru ( bobine de aer ) și
antene tijă ( bobina cu miez de ferită ). În cadrul sistemului complet, câmpul magnetic este
folosit aproape, adică cuplaj inductiv.
Antene HF ( înaltă frecvență ) - 13,56 MHz
În cadrul intervalului HF, antena este format din una sau mai multe înfășurări și este frecvent
reglată de un consiliu de tuning conectat. Materialul de înfășurare al antenei ar trebui să aibă o
suprafață mare, atunci când este posibil, prin aceasta influențând performanța antenei. În cadrul
sistemului complet, câmpul magnetic este folosit aproape, adică cuplaj inductiv.
Antene UHF ( Ultra High Frequency ) - 865-950 MHz
Aici se face o distrincţia între două tipuri: antenă - dipol şi antenă patch. După cum s-a sugerat
deja după numele acesteia, antena dipol este un design care cuprinde doi poli. Cipul este dispus
la mijloc și cei doi poli antenă sunt la o parte. Antena patch este o suprafață metalică pe care
trebuie să fie definit lungimi de margine. Astfel suprafața funcționează ca un rezonator. În cadrul
sistemului complet, câmpul magnetic îndepărtat este utilizat în aceste antene, adică cuplare
electromagnetică.
Figura 1.10. Intervale de frecvență RFID
15
1.5.4. Sistemul de calcul
Este format dintr-un calculator şi software-ul necesar utilizării datelor RFID. Acest
sistem de calcul dedicat trebuie să îndeplinească următoarele sarcini:
să comunice cu cititoarele fixe şi mobile pentru a prelua datele citite şi/sau a transmite
datele care trebuie înscrise;
să permită utilizatorului stabilirea informaţiilor care se vor înscrie pe etichete;
să menţină şi să actualizeze o bază de date locală, ce poate fi folosită pentru prelucrări
ulterioare.
Există o multitudine de programe şi biblioteci de rutine care facilitează comunicarea şi
procesarea datelor primite de la cititoare. Cele mai uzuale sunt bibliotecile proprietare ale
producătorilor, ce oferă o interfaţă simplă între baze de date şi cititoare şi care fac munca de
integrare a celor două componente mai uşoară. La rândul lor, aplicaţiile care prelucrează aceste
date pot varia de la cele simple, pentru gestionarea de stocuri, până la software ce administrează
lanţuri întregi de logistică, care implică zeci de mii de etichete şi comunicarea între baze de date
complexe, din organizaţii diferite. Aceste aplicaţii asigură preluarea, înmagazinarea şi
prelucrarea informaţiilor primite de la cititoarele RFID, inclusiv generarea de rapoarte şi statistici
la cerere.
1.6. Tipuri de sisteme RFID
Diversitatea sistemelor RFID este foarte mare, ceea ce face întocmirea unor clasificări
dificilă. Însă, există câteva criterii de clasificare acceptate, printre care enumărăm: modalitatea
de alimentare cu energie, modalitatea de trasnmisie, frecvenţa de lucru, tipul de cuplaj cu
cititorul, volumul de date stocate şi altele.
Funcţionarea oricărui sistem RFID este astfel:
Pe produs (obiect, persoană, etc.) există o etichetă sau cartelă conţinând un transponder
iar întro locaţie considerată potrivită există cititorul care emite unde electromagnetice.
Când obiectul ajunge în raza de acţiune a cititorului, transponderul sesizează prezenţa
câmpului emis şi răspunde în consecinţă.
Cititorul identifică răspunsul şi colectează/interpretează datele de la transponder.
Se pot desfăşura variate operaţii, ca de exemplu:
comunicaţia încetează (situaţia cea mai simplă);
informaţia de pe transponder este ştearsă;
are loc un dialog, pentru modificarea / actualizarea datelor din transponder.
16
1.6.1. Sisteme active şi pasive
Indiferent de modalitate, datele stocate în transponder, sunt citite de către cititor prin
intermediul câmpului electromagnetic, ceea ce se poate face numai dacă transponderul – care
este până la urmă un circuit electronic mai mult sau mai puţin complex, dispune de o oarecare
cantitate de energie. Această energie poate să provină:
de la o baterie proprie – transpondere active
de la câmpul generat de cititor - transpondere pasive.
Deoarece costul unei baterii depăşeşte cu mult costul unui transponder, varianta activă
este foarte rar folosită, numai când se impune citirea de la distanţe prea mari (zeci de metri)
pentru ca energia necesară să fie livrată prin câmp.
1.6.2. Modalitatea de transmisie
Comunicarea dintre transponder şi cititor poate fi: duplex, semi-duplex sau secveţială.
comunicarea duplex (full duplex - FDX) şi semi-duplex (half duplex - HDX) presupune
că transponderul comunică cu cititorul atunci când se află în câmpul de acţiune al
cititorului activ. Cu alte cuvinte, de îndată ce este cititorul este activat adică emite unde
radio, transponderul comunică cu cititorul.
În practică, transmisia de la transponder la cititor se realizează:
prin modularea sarcinii,
prin modularea sarcinii pe subpurtătoare sau
prin emisia de subarmonice sau armonice ale frecvenţei cititorului.
comunicarea secvenţială (sequential – SEQ) presupune că cititorul este activat pe
intervale de timp scurte, succesive , iar în pauzele de emisie este activ transponderul.
Aceasta presupune ca transponderul să acumuleze suficientă energie pentru menţinerea
emisiei în lipsa câmpului de la cititor. De regulă, pentru menţinerea activă a
transponderului în pauzele de emisie ale cititorului sunt necesare baterii.
Indiferent de modalitatea de comunicare, toate sistemele RFID, cu excepţia celor de 1bit,
necesită acumularea unei cantităţi oarecare de energie din aceea emisă de cititor.
În cazul sistemelor de 1bit, singura informaţie transmisă cititorului este prezenţa sau
absenţa transponerului în zona de acţiune a cititorului. Ca urmare, aceste sisteme sunt utilizate
numai pentru protecţie la furtuei de produse, activitate în care sunt foarte eficiente.
17
1.6.3. Informaţia stocată şi procesată în transponder
După cantitatea şi modul de procesare a datelor la transponder, se deosebesc:
sisteme de capacitate mică (EAS systems – Electronic Article Surveillance systems), care
pot stoca volume foarte mici de date – în general câţiva Bytes (de exemplu un număr/cod
serial, ca şi un cod de bare); programarea, modificarea datelor nu este posibilă. Marile
avantaje sunt: costul foarte redus, dimensiunile reduse şi consumul mic de energie.
Între acestea, un loc aparte prin larga utilizare, în ocupă sistemele de 1 bit, simple, foarte ieftine,
faorte potrivite pentru asigurarea protecţiei la furturi, la contorizarea produselor etc.
Astfel de transpondere au aceleaşi utilizări ca şi etichetele cu coduri de bare, asigurând în plus
protecţia la furt, un avantaj foarte important.
sisteme cu capacitate medie, care pot stoca kBytes în memorii reinscriptibile, de tip:
- EEPRM (Electrically Erasable ROM), nu necesită baterie, suportă 105 – 106 reprogramări,
consumă multă energie
- SRAM (Static RAM), care suportă practic oricâte reprogramări, oricât de frecvent dar necesită
baterie – un mare dezavantaj sau
- FRAM (Ferro/Ferrimagnetic RAM), care nu necesită baterie, consumă mai puţin decât
EEPROM şi pot fi reprogramate de 107 – 109 ori.
sisteme cu capacitate mare, echipate cu microprocesor (microcontroler), memorie cu
capacitate mare, variate posibilităţi de lucru, dintre care deosebit de importante sunt cele
de a comunica criptat – astfel se asigură un nivel oricât de mare se doreşte al siguranţei şi
secretizării comunicaţiei. Din varii motive, aceste sisteme lucrează numai în HF
(13,56MHz).
1.6.4. Frecvenţa de operare a sistemelor RFID
Frecvenţa şi cupljul transponderului cu cititorul sunt principalii parametri care determină
raza de acţiune a unui sistem RFID.
În acest moment, sistemele RFID folosesc frecvenţe de la sub 135kHz (JF, unde lungi), la
peste 5,8GHz (EIF, microunde, unde centimetrice).
În stabilirea frecvenţelor de operare ale sistemelor RFID, funcţionarea RFID nu trebuie să
perturbe sub nici o formă funcţionarea altor sisteme de radiocomunicaţii.
Aceasta înseamnă de fapt, că sunt sccesibile numai frecvenţele (benzile) care încă nu fost
alocate diverselor utilizări industriale, ştiinţifice, de (radio)comunicaţii etc. La ora actuală, există
o repartiţie extrem de complicată a frecvenţelor pentru o imensă varietate de utilizări.
18
Aceste repartiţii se fac pe utilizări, pe regiuni (continente, ţări) de către organisme
regionale internaţionale sub directa supraveghere a UIT (Uniunea Internaţională a
Telecomunicaţiilor). În Europa de această problemă se ocupă ETSI (European Technical
Standardisation Institute) prin comisiile de specialitate. Apoi, în fiecare ţară există organisme
specializate pentru alocări de frecvenţe. În Romania de această problemă se ocupă Ministerul
Comunicaţiilor prin Autoritatea Naţională pentru Comunicaţii în Tehnologia Informaţiei
(ANCTI, fosta direcţie de Reglementări de Frecvenţe). Din diferite motive, printre care, nu în
ultimul rând dotarea destul de precară a unităţilor de urmărire a încadrării în standarde, în
Romania, în prezent, se aplică practic neschimbate, reglementările Uniunii Europene.
1.6.5. Cuplajul2 transponder-cititor
Un aspect important în funcţionarea sistemelor RFID constă în tipul cuplajului
transponder – cititor, adică în caracterul câmpului de cuplaj. Acest cuplaj se realizează prin
câmp: electric, magnetic sau electromagnetic.
Orice câmp variabil este electromagnetic, dar în funcţie de distanţa la sursa de câmp şi
natura sursei, se vorbeşte despre câmp electric, magnetic sau electromagnetic.
În această problemă intervine lungimea de undă a radiaţiei λ:
‒ λ = c/f, c – viteza de propagare în mediu (în vid c0 = 3∙108 m/s, în substanţă cu permitivitate
εr şi permeabilitate μr viteza este c = c0∙(εr∙μr)1/2;
‒ f – frrecvenţa oscilaţiei care produce câmpul.
Se presupune o oscilaţie sinusoidală; orice emisie radio se face cu semnale sinusoidale
sau aproximable ca atare, din evidente motive de reducere la minim a lărgimii spectrului ocupat.
La mică distanţă de sursa de câmp, adică sub o fracţiune de lungime de undă (în general
sub λ/8 ... λ/16), se vorbeşte despre câmp apropiat, care poate fi electric sau magnetic, în funcţie
de modul în care este produs: un condensator (câmp electric) sau o bobină (câmp magnetic).
La distanţe mici, proprietăţile electromagnetice (generare reciprocă a comurilor electric şi
magnetic) rezultate din teoria lui Maxwell, pur şi simplu nu au unde să se producă.
La distanţe mari de sursă (în general peste λ), se vorbeşte despre câmp depărtat are ste
electromagnetic, adică cu ambele componente active.
Există o zonă (λ/8 − λ/16 ... λ) în care e greu de spus despre ce fel de câmp este vorba –
aici trebuie judecat în funcţie de situaţia concretă (dimensiunile geometrice ale sursei şi/sau ale
receptorului, natura concretă a celor două dispozitive etc.).
În contextul celor specificate, se poate constata că:
2 Când între două sisteme fizice se poate face un transfer de energie, se spune că cele două sisteme sunt cuplate.
19
În JF şi IF sistemele RFID funcţionează în câmp apropiat şi de regulă acesta este
magnetic, creat de bobina cititorului. In adevăr, la aceste frecvenţe λ = 2500 ...25m, mult
mai mare decât distanţa dintre transponder şi cititor.
În UIF şi EIF, λ = 35 ...5cm, comparabilă cu distanţa dintre transponder şi cititor.
1.7. Principii de operare a sistemelor RFIDExistă o destul de mare varietate de principii de operare ale sistemelor RFID, utilizate în
primul rând în funcţie de cantitatea de informaţie care se vehiculează.
Trebuie observat că denumirile metodelor de operare, traduse „mot à mot” din limba
engleză, pot crea confuzii, deoarece nu reflectă întotdeauna fenomenul fizic folosit; totuşi, aşa
cum sunt, aceste denumiri trebuie utilizate, acestea fiind cele adoptate în întreaga lume.
1.7.1. Sistemele RFID de 1 bit
a. Metoda radiofrecvenţei (modularea sarcinii) se bazează pe modificarea rezistenţei de
sarcină echivalente a amplificatorului final al cititorului. Metoda se foloseşte în IF (14MHz).
Fig.1.11. Compunerea unui sistem RFID cu funcţionare „în radiofrecvenţă” şi variaţia imedanţei
echivalente a bobinei inductoare la rezonanţa circuitului LC din transponder
Transponderul include un circuit LC rezonant pe o frecvenţă f0. Generatorul cititorului
injectează curent într-o bobină – cadru (cu dimensiuni mari, cât să "treacă" obiectul purtător de
transponder). Curentul, deci şi câmpul creat de bobină, este cu frecvenţă liniar variabilă între f0 −
Δf şi f0 − Δf (Δf/ f0 = 0,08 ... 0,15).
Când transponderul este în câmpul magnetic generat de cititor, are loc absorbţia de
energie de către circuitul rezonant, la frecvenţa f0; această absorbţie, destul de mică, este totuşi
perfect detectabilă, ca o scădere a tensiunii la bornele bobinei inductoare (Fig.1.11.) – sau ca o
20
creştere a curentului prin bobină. Ceea ce se întâmplă, este de fapt o scădere a rezistenţei de
sarcină echivalente la bornele amplificatorului care alimentează bobina cititorului.
Dezactivarea transponderului se face introducându-l în fanta unui generator de câmp
foarte intens, care produce în bobina transponderului un curent mare, care „arde” conductorul
bobinei. Bobina şi condensatorul sunt executate pe „cartele” prin depunere de strat metalic foarte
subţire (câţiva μm).
b. Metoda dublării frecvenţei, folosită în microunde (≥2,45GHz), se bazează pe
generarea, de către transponder, a unei unde radio cu frecvenţă dublă faţă de a undei cititorului;
energia necesară se preia din unda emisă de cititor. Eficienţa energetică mare a operaţiei o pot
asigura numai dispozitivele pasive neliniare şi reactive (L şi C). Dintre acestea, în prezent şi
numai în domeniul microundelor (peste ≈2GHz), se folosesc diodele varicap3.
c. Metoda divizării frecvenţei (subarmonicei), folosită mai ales în JF (100 − 135kHz) se
bazează pe generarea unui câmp magnetic cu frecvenţa 1:2 din frecvenţa câmpului cititorului.
Transponderul este prevăzut cu un mic circuit integrat (cip) care realizează divizarea
frecvenţei semnalului recepţionat; energia necesară se preia din câmpul magnetic generat de
cititor.
d. Metoda modelului electromagnetic (multiplicarea frecvenţei cu inductor saturabil) se
bazează pe utilizarea corpurilor fero/ferimagnetice cu caracteristică de histerezis foarte abruptă,
cu inducţie de saturaţie mică. Din pulberi de asemenea materiale se formează pelicule subţiri.
e. Metoda acustometrică, (a undei de suprafaţă - SAW) utilizează folii din metal
feromagnetic dur pe care se depune o peliculă din pulbere fero/feri magnetică cu proprietăţi
magnetostrictive. În câmp magnetic, particulele pot oscila mecanic prin magnetosctricţiune;
efectul este intens dacă frecvenţa câmpului inductor coincide cu frecvenţa de rezonanţă mecanică
a particulelor. Frecvenţele utilizate sunt joase: 30 – 75 kHz.
1.7.2. Sistemele RFID în duplex, semi-duplex şi secvenţiale
Aceste sisteme utilizează micro-cipuri (circuite integrate) pentru stocarea la transponder,
a unor volume de date importante (x1 ... x10 kbytes). Transferul datelor între citiror (reader) şi
transponder se poate face în sistem duplex (full duplex), semi-duplex (half duplex) sau
secvenţial.
Procedura semi-duplex (half duplex − HDX), constă în alternanţa transmisiilor cititor
3 Principiile de lucru sunt expuse în Cehan V. - „Bazele radioemiţătoarelor”, Editura MatrixRom, Bucureşti, 1997.
21
spre transponder cu a transmisiilor transponder spre cititor, dar transponderul este alimentat
continuu cu energie de la cititor.
Pentru comunicare se foloseşte metoda armonică, în două variante:
modulaţia sarcinii pe purtătoare sau pe subpurtătoare, la sistemele care lurează sub
30MHz sau
reflexia pe secţiunea efectivă, la frecvenţe peste 100MHz.
În ambele procedee, este influenţat câmpul magnetic sau electromagnetic creat de cititor.
Procedura duplex (full duplex – FDX), constă în transmiterea simultană, atât dinspre
cititor spre transponder cât şi dinspre transponder spre cititor; evident, transponderul este
permanent alimentat cu energie de la cititor.
Frecvenţa de transmisie dinspre transponder spre cititor (ftc) poate fi:
fracţiune din frecvenţa utilizată la transmisiile dinspre cititor spre transponder:
ftc = fct/n − procedeul subarmonic, sau
complet diferită de frecvenţa utilizată la transmisiile dinspre cititor spre transponder –
procedeul anarmonic.
Procedura secvenţială (sequential – SEQ) presupune realizarea transmisiilor şi a
alimentării cu energie în secvenţe (intervale) de timp:
pe un interval de timp se execută transmisia dinspre cititor spre transponder, se trimit
date şi se alimentează cu energie transponderul;
în intervalul de timpurmător, se execută transmisia dinspre transponder spre cititor, pe
seama energiei acumulate dar adesea şi a energiei de la o baterie proprie.
Fenomenele fizice pe baza cărora se realizează comunicarea sunt variate. Se folosesc:
Cuplajul inductiv, folosit des în JF şi IF, în variantele:
cu modularea sarcinii;
cu modularea sarcinii pe subpurtătoare.
Cuplajul în câmp electromagnetic, utilizat în UIF şi EIF şi are dezavantajul că, pentru
distanţe mari, necesită baterii pentru alimentarea cip-ului (nu şi pentru transmisii).
Cuplajul strâns, folosit la toate frecvenţele, presupune distanţă mică (0,1 ... 1 cm) între cititor
şi transponder.
Cuplajul electric, de tip capacitiv, folosit rar.
Cuplajul cu dispozitive cu undă de suprafaţă (SAW).
1.7.2.1. Principiul cuplajului inductiv
22
Principiul comunicaţiei prin cuplaj inductiv reiese din Fig.1.12.
Fig. 1.12. Sistem RFID cu cuplaj inductiv cu modularea sarcinii
Printre cele mai folosite metode de transmisie, în JF şi IF (<135kHz ... ≥13,56MHz) este
aceea a cuplajului magnetic. La aceste frecvenţe, lungimea de undă este 2500 ... 22m şi ca
urmare câmpul este apropiat, distanţa dintre cititor şi transponder fiind mai mică decât ≈λ/16;
cuplajul este de tip magnetic, dacă este creat de o bobină. Cuplajul inductive se foloseşte în
sistemele FDX, HDX şi SEQ.
Transferul datelor de la transponder la cititor se face prin modularea sarcinii. Principiul
reiese din Fig.1.12. : bobinele Lc şi Lt formează un transformator, cu Lc − primarul şi Lt –
secundarul; în secundar este plasată sarcina.
2.7.2.2. Cuplajul prin reflexie cu împrăştiere a undei electromagnetice
În domeniul UIF (868bMHz – Europa şi altele, 918bMHz – SUA şi altele) şi EIF
(micround − 2,5 GHz, 5,8 GHz) lungimile de undă sunt mici (la 869 MHz − λ = 34,6cm, la 2,5
GHz − λ = 12cm, la 5,8 GHz − λ = 5,2 cm). Ca urmare, la distanţe peste (10 − 5) cm, cuplajul
este în câmp îndepărtat, adică prin undă electromagnetică (UEM).
Lungimea de undă mică, permite ca la aceste frecvenţe să se realizeze antene directive,
cu rază de acţiune destul de mare. Cuplajul prin reflexia undei se foloseşte în sistemele FDX şi
HDX.
2.7.2.3. Cuplajul strâns
23
Când distanţa cititor – transponder este mică, de 0,1 ... 1cm, cuplajul este strâns, adică
procentul de putere absorbită de transponder din puterea emisă de cititor este mare, peste 10%
(în toate celelalte procedee acest procent este sub 1%, mic, deci este vorba despre un cuplaj
slab). Cuplajul strâns se foloseşte în sistemele FDX, HDX şi SEQ.
Cuplajul strâns poate fi magnetic (inductiv) sau electric (capacitiv).
În sistemele RFID bazate pe cuplajul strâns magnetic, cititorul include un transformator din
ferită, în U sau toroidal, cu întrefier (air gap) mare, de 1 ... 10mm, în care se introduce cartela cu
transponderul – Fig.1.13.
Fig. 1.13. Sistem RFID cu cuplaj strâns inductiv (cu transformator)
Cititorul poate fi cu putere mică, dat fiind randamentul mare de transfer a puterii la
transponder. Transponderul poate fi echipat cu circuite consumatoare de putere relativ mare (1 ...
10mW).
În sistemele RFID bazate pe culpajul strâns electric, transponderul include două
armături de condensator, sub forma a două plăci din peliculă metalică (argint, grafit, ...)
coplanare. Cititorul este echipat cu două plăci de asemenea coplanate, între care se aplică
tensiune mare, cu frecvenţă de câteva sute kHz. Prin capacităţile dintre plăcile cititorului şi ale
transponderului se transferă energie. Comunicaţia se realizează prin modularea sarcinii, adică se
modifică impedanţa dintre cele două plăci conductoare de pe cartelă şi astfel se modifică
intensitatea curentului prin sarcina generatorului din cititor.
24
Fig.1.14. Sistem RFID cu cuplaj strâns capacitiv (cu condensatoare)
2.6.2.4. Transpondere cu undă acustică de suprafaţă
În transponderele cu undă acustică de suprafaţă (SAW - Surface Acoustic Wave), se
utilizează efectul piezoelectric direct şi invers „de suprafaţă”.
Efectul piezoelectric direct constă în: dacă un paralelipiped din cristal de cuarţ este
solicitat mecanic pe două feţe, pe alte două, perpendiculare pe primele, apare o diferenţă de
potenţial. Efectul piezoelectric invers constă în: dacă pe două feţe opuse ale unui paralelipiped
din cristal de cuarţ se aplică o tensiune, pe direcţie perpendiculară apare o deformare elestică
mecanică. Dacă tensiunea aplicată variază periodic, deformarea elastică este tot periodică şi se
propagă sub forma unei unde elastice de volum care are frecvenţe proprii, de rezonanţă; la aceste
frecvenţe se realizează rezonanţa între tensiunea electrică şi deformarea mecanică.
Dacă tensiunea se aplică între electrozi depuşi pe suprafaţa cristalului, deformarea
elastică mecanică apare într-un strat cu grosime moleculară, adică pe suprafaţă şi se propagă pe
suprafaţă sub formă de undă (elastică) de suprafaţă cu proprietăţile specifice acestor unde.
Deoarece se propagă pe suprafaţa cristalului cu viteza sunetului (3 ... 4km/s), aceste unde
sunt numite unde acustice de suprafaţă − SAW.
SAW se propagă, se reflectă, prezintă fenomenul de dispersie etc., ca orice undă.
1.8. Standardizare în domeniul sistemelor RFID
Dezvoltarea standardelor s-a făcut sub directa coordonare a ISO (International
Organization for Standardisation), prin comitetele tehnice de specialitate.
Toate organizaţiile de standardizare statale (precum STAS în Romania), îşi elaborează şi
adaptează reglementările locale după standardele ISO.
25
Standardele ISO în domeniul RFID pot fi grupate în mai multe categorii:
Standarde ISO referitoare la marcarea şi identificarea prin radio a animalelor.
Standarde ISO referitoare la cardurile inteligente fără contacte (contactless smart cards)
utilizate ca şi carduri bancare.
Standarde ISO referitoare la marcarea şi identificarea containerelor.
Standarde ISO pentru marcarea uneltelor şi dispozitivelor de strângere.
Standarde ISO referitoare la sistemele RFID antifurt.
Standarde ISO referitoare la managementul articolelor.
Dintre standardele relevante în domeniu, trebuie achiziţionate şi studiate următoarele:
ISO 15961: "RFID pentru managementul articolelor: cititorul, comenzile funcţionale
pentru etichete şi sintaxă"
ISO 15962: "RFID pentru managementul articolelor: sintaxa datelor"
ISO 15963: "Identificarea unică a etichetelor RF şi Autoritatea de înregistrare şi acordare
a identificatorilor unici"
Partea 1-a: Sistemul de numerotare
Partea a 2-a: Standarde procedurale
Partea a 3-a: Utilizarea identificatorilor unici în circuite integrate
ISO 18000: "RFID pentru managementul articolelor: interfaţa în aer"
Partea 1-a: Parametrii generici pentru comunicarea prin intefaţa în aer pentru frecvenţele
universal acceptate
Partea a 2-a: Parametrii pentru comunicarea prin intefaţa în aer sub 135kHz
Partea a 3-a: Parametrii pentru comunicarea prin intefaţa în aer la 13,56MHz
Partea a 4-a: Parametrii pentru comunicarea prin intefaţa în aer la 2,45GHz
Partea a 5-a: Parametrii pentru comunicarea prin intefaţa în aer la 5,8GHz
Partea a 6-a: Parametrii pentru comunicarea prin intefaţa în aer în benzile UIF
ISO 18001: " Tehnologia informaţiei – RFID pentru managementul articolelor – cerinţe
de aplicaţii"
În afară de ISO, în activitatea de standardizare a sistemelor RFID sunt implicate şi alte
organisme, printre care:
EAN – European Article Numbering Association şi
UCC – Universal Code Council
care promovează standarde şi alte activităţi de reglementare a RFID în scopul creşterii
performanţelor şi al reducerii costurilor.
26
Capitolul 2. Arhitectura sistemului implementat
2.1. Prezentarea sistemului de ansamblu
27