Co to jest RFID? Kompleksowy przewodnik dla początkujących

RFID to skrót od Identyfikacja częstotliwości radiowej. Jest to technologia wykorzystująca fale radiowe do przesyłania danych. 

Aby to zadziałało, musisz mieć kompletny system RFID składający się z:

• An Tag RFID/ etykieta
• Czytnik/interrogator RFID
• Antena RFID

Etykieta zawiera zakodowane informacje, które mogą zostać przechwycone przez czytnik. Jednak znacznik musi znajdować się w akceptowalnej odległości, aby czytnik mógł przechwycić informacje. Ta odległość nazywa się zasięg odczytu. 

Jeśli znacznik znajduje się w dobrym zasięgu odczytu, wykryje fale radiowe wytwarzane przez czytnik. W rezultacie udostępni swoje informacje czytelnikowi do analizy.  

Jak działa technologia RFID

Jak już wspomnieliśmy, system RFID składa się z następujących elementów:

• Czytnik RFID
• Tag RFID

Te dwa komponenty działają w tandemie. W związku z tym musisz zawsze upewnić się, że każdy z nich jest w doskonałym stanie, jeśli chcesz uzyskać najlepsze wyniki ze swojego systemu RFID.

Wszystkie jego zastosowania koncentrują się na identyfikacji (możliwość elektronicznej wymiany i uwierzytelniania danych).

Czytnik RFID wytwarza fale radiowe, tworząc w ten sposób pole elektromagnetyczne. Jeśli tag się do niego zbliży, otrzyma fale i uwolni informacje zapisane na tagu.

Krótka historia RFID 

Teraz, gdy rozumiesz główne uzasadnienie działania technologii RFID, możesz się zastanawiać, jak powstała.

Kto jako pierwszy skorzystał z technologii iw jakim celu?

Cóż, technologia RFID jest stosunkowo stara. Pochodzi z II wojny światowej. W tym okresie armie brytyjska, japońska, amerykańska i niemiecka używały radaru do identyfikowania samolotów wroga zbliżających się do ich terytoriów. 

Było jednak wyzwanie, ponieważ nikt nie potrafił odróżnić swoich samolotów od samolotów wrogów. 

Dopiero Niemcy zdali sobie sprawę, że jeśli piloci zbliżając się do radaru obracają swoje samoloty, wysyłają różne sygnały. Te unikalne sygnały oznaczałyby, że samolot był pod kierownictwem niemieckiego pilota. Technika ta stała się pierwszym pasywnym systemem RFID. 

Brytyjczycy stworzyli również system Active Identification Friend/Foe (AIF) – stał się to pierwszym aktywnym systemem RFID. Żołnierze zamontowali nadajniki na samolotach. Ten chip/nadajnik wysyłałby sygnały z powrotem do radaru, identyfikując samolot jako przyjazny lub niebezpieczny. 

Do tej pory RFID wykorzystuje te same koncepcje, co Niemcy i Brytyjczycy. Oto jak:

• Pasywny RFID (jak podejście Niemców do wojny). Tag wysyła sygnał do transpondera/czytnika RFID, odzwierciedlając sygnał do przekazania informacji. 
• Aktywny RFID (używany przez Brytyjczyków). Tag wysyła sygnał do transpondera, a on go nadaje, wymieniając w ten sposób dane. 

Jednak pierwszy patent technologii RFID został osiągnięty przez Mario W. Cardullo 23 stycznia 1973 roku.  

Dogłębna analiza technologii RFID

Aby pomóc Ci zrozumieć sedno technologii RFID, szczegółowo omówimy jej główne komponenty. 

TAG RFID

Co to jest tag RFID? Cóż, tag RFID jest jednym z najważniejszych elementów systemu RFID. Tag przechowuje informacje o konkretnej osobie lub zasobie.

Na przykład,

Tag może przechowywać Twoje imię i nazwisko, numer zatrudnienia, odciski palców i wszelkie inne dane przydatne do identyfikacji. Ponadto tag może przechowywać dane dotyczące lokalizacji zasobu, ostatniego dnia świadczenia usługi oraz wszelkie dodatkowe informacje przydatne w śledzeniu zasobów i zarządzaniu zapasami. 

Tag składa się z dwóch głównych elementów, w tym:

• Antena. To jest sekcja, która odbiera i przesyła sygnały. Gdy tag znajdzie się w zasięgu odczytu czytnika RFID, antena wykryje sygnały i odeśle dane. 
• Układ scalony (IC) / układ RFID. To jest część tagu, która przechowuje dane. Każdy IC ma cztery banki pamięci – User, EPC, TID i Reserved. 

Znacznik RFID może być osadzony w różnych materiałach, takich jak karty, opaski, identyfikatory pracownicze i breloki.

Dodatkowo należy zawsze dołączać tag RFID bezpośrednio do zasobu, jeśli chcesz go łatwo śledzić/identyfikować.  

Rodzaje tagów 

Istnieją trzy główne typy tagów RFID. Zawierają:

• Aktywny. To potężne tagi z nadajnikiem i baterią. Ze względu na te cechy są zwykle bardziej masywne niż pasywne. Oferują jednak lepsze zasięgi odczytu (do 100 metrów) i prędkości transmisji.  
• Bierny. W przeciwieństwie do aktywnych tagów nie mają one baterii. W związku z tym są małe (1-10 metrów) i oferują ograniczony zasięg odczytu. Są również powolne w transmisji danych. 

Istnieje również ulepszona wersja tagów pasywnych. Wspomagane bateryjnie tagi pasywne mają zasięg odczytu do 30 metrów i stosunkowo większą szybkość przesyłania danych. 

Jak wybrać tag RFID

Wybierając swój tag RFID, zawsze powinieneś ocenić swoje potrzeby. Jeśli chcesz śledzić elementy znajdujące się daleko od czytnika, powinieneś zaopatrzyć się w aktywny, ponieważ ma on zasięg odczytu do 100 metrów. Inne dostępne opcje obejmują tagi pasywne, niskoczęstotliwościowe, wysokoczęstotliwościowe i ultrawysokiej częstotliwości.

Inne czynniki do rozważenia to:

• Cena. Koszt zawieszki uzależniony jest od jej konstrukcji i potrzebnej objętości. Na przykład tagi inlay kosztują od 0.09 USD do 1-75 USD, podczas gdy tagi twarde kosztują od 1 USD do 20 USD. Kupując w dużych ilościach, otrzymasz lepszą cenę. 
• Czynniki środowiskowe. Czy zawieszka jest odporna na wysoką temperaturę, wodę i chemikalia? Zawsze oceniaj swoje środowisko i kupuj tylko tag, który będzie działał optymalnie w panujących warunkach.
• Łatwość dostosowywania. Należy zawsze sprawdzić, czy tag jest tylko do odczytu (RO) czy do odczytu/zapisu (RW). Dzięki RW możesz regularnie modyfikować dane. Dodatkowo powinieneś sprawdzić kształt i rozmiar swojej idealnej zawieszki. 
• Metoda przyłączenia. Jakiej techniki mocowania chcesz użyć ze swoim tagiem RFID? Czy to kleje, nity czy żywica epoksydowa? Sprawdź, czy tag, którego używasz, można przymocować za pomocą idealnej metody bez uszczerbku dla jego funkcjonalności. 
• Czytniki/przesłuchujące RFID 

Czytnik RFID

Czytnik RFID to najważniejsza część systemu RFID. Jeśli ta część jest uszkodzona, cały system RFID nie będzie działał. 

Te przesłuchujące są dostępne w dwóch różnych typach:

• Stałe czytniki RFID. Jak sama nazwa wskazuje, stałe czytniki pozostają w jednym miejscu. Zazwyczaj jest montowany na ścianie lub innej powierzchni. O ile czytniki mogą mieć zintegrowaną antenę, większość z nich posiada port zewnętrzny, do którego można podłączyć do 32 anten.  
• Mobilne czytniki RFID. Te urządzenia są przenośne i można je przenosić w różne miejsca. Idealnie sprawdzają się w sklepach, w których trzeba skanować tagi RFID ukrytych przedmiotów. 

Jak wybrać czytnik RFID

Wybierając czytnik, należy wziąć pod uwagę liczbę anten, które może pomieścić, łączność (LAN, Bluetooth, port pomocniczy, Wi-Fi lub USB) i inne dostępne narzędzia (HDMI, USB, kamera lub GPS). 

Dodatkowo powinieneś sprawdzić przystępność cenową. Przesłuchujący kosztują od 400 do 3000 dolarów, w zależności od funkcji. Na przykład czytniki USB są stosunkowo niedrogie i mogą kosztować około 400 USD.

Anteny RFID

Anteny RFID są odpowiedzialne za konwersję sygnałów wysyłanych przez interrogatora na fale zbierane później przez znaczniki RFID. 

Aby zrozumieć funkcjonalność anten, należy sprawdzić następujące definicje:

• Wzmocnienie anteny. Skuteczność tagów RFID w generowaniu wystarczającej ilości fal do wykrycia przez tagi nazywana jest wzmocnieniem anteny. Im wyższy zysk anteny, tym mocniejsza antena. 
• Polaryzacja anteny. Odnosi się to do zdolności anteny RFID do wysyłania fal radiowych w pionie lub w poziomie. Antena może być liniowa w poziomie, liniowo w pionie lub spolaryzowana kołowo. Spolaryzowana kołowo wysyła fale, które nieustannie obracają się między płaszczyzną poziomą i pionową.

Aby uzyskać najlepsze zasięgi odczytu, należy upewnić się, że polaryzacja anteny jest zgodna z polaryzacją znacznika RFID. 

Jak wybrać antenę 

Wybierając antenę, należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

• Zakres częstotliwości. Może to być 860 MHz – 960 MHz, 902 MHz -928 MHz lub 865 MHz -868 MHz.
• Biegunowość. Twoja antena może być liniowa lub okrągła. Zalecamy liniowy, który może być dopasowany do polaryzacji tagu RFID. 
• Przeczytaj zakres. Możesz wybrać zakresy odczytu dalekiego pola lub bliskiego pola, w zależności od potrzeb.
• Cena. Cena anteny waha się od 50 do 300 USD. Zapewnia uzyskanie wszystkich potrzebnych funkcji przed rozważeniem ceny. 

Dodatkowo powinieneś upewnić się, że twoja antena ma idealny rozmiar i ma proste uzasadnienie montażu. 

Kable RFID 

Kable antenowe RFID łączą czytnik RFID z anteną RFID. Jeśli kabel jest uszkodzony, czytnik nie włączy się. W związku z tym dysfunkcyjny kabel doprowadzi do niedziałającego systemu RFID.

Wybierając najlepsze kable RFID, należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

• Typy złączy. Należy zawsze upewnić się, że złącze jest kompatybilne z czytnikiem RFID. Na przykład czytnik RFID z żeńskim złączem RP-TNC wymaga kabla z męską końcówką złącza RP-TNC. 
• Długość. Zawsze upewnij się, że twój kabel jest wystarczająco długi, aby zapewnić optymalną funkcjonalność czytnika, niezależnie od lokalizacji. Jednak dłuższe kable mogą powodować nadmierną utratę mocy. Rozwiązaniem jest zapewnienie, że czytnik RFID i antena znajdują się stosunkowo bliżej, dzięki czemu można użyć krótszego kabla. 
• Grubość i ocena izolacji. Im grubszy kabel, tym wyższa izolacja. Powinieneś upewnić się, że kabel jest dobrze izolowany, aby uniknąć utraty zasilania. Im jest dłuższy, tym powinien być grubszy. 

Rodzaje transmisji RFID

Technologia RFID wykorzystuje fale elektromagnetyczne (EW) do przesyłania danych. W EW istnieją trzy główne zakresy częstotliwości. Zawierają:

• Niska częstotliwość 
• Wysoka częstotliwość
• Ultra-wysoka częstotliwość

Transmisje o niskiej częstotliwości

Jest to transmisja o najniższej częstotliwości w fali elektromagnetycznej. Oferuje stosunkowo wąski zasięg odczytu i niską prędkość transmisji. Oto jego podstawowe unikalne cechy:

• Działa w zakresie częstotliwości 30-300 kHz. Jednak większość tagów ma stały zakres 134 kHz lub 125 kHz.
• Mają zasięg odczytu około 10 cm. Znacznik znajdujący się dalej niż 10 cm od czytnika nie odbierze fal radiowych czytnika. 
• Kosztuje od 0.75 do 5 USD za tag i jest szeroko stosowany do śledzenia zwierząt, breloczków samochodowych i kontroli dostępu. Są również idealne do stosowania na aktywach metalowych i środowisku płynnym.

Chociaż znaczniki o niskiej częstotliwości są stosunkowo niedrogie, oferują ograniczoną pamięć i niską szybkość transmisji danych. W związku z tym nie są idealne, jeśli zależy Ci na dużej szybkości transmisji danych. 

Transmisje wysokiej częstotliwości 

Ta kategoria transmisji jest idealna, gdy zadanie wymaga stosunkowo dużej odległości odczytu. Tagi wykorzystujące wysoką częstotliwość mogą wykrywać fale radiowe z czytnika oddalonego o 30 cm. 

Ich podstawowy zakres częstotliwości to 13.56 MHzi kosztują od 0.2 do 10 USD za tag. Częstotliwość ta spełnia wszystkie światowe standardy, dzięki czemu idealnie nadaje się do identyfikacji osób, zarządzania biblioteką i kontroli dostępu.

Dodatkowo transmisję wysokiej częstotliwości zastosowano w technologii Near Field Communication (NFC). 

Ultra-wysoka częstotliwość 

Pomimo dostępności super-wysokich i ekstremalnie wysokich częstotliwości, ultra-wysoka częstotliwość jest najwyższą częstotliwością stosowaną w RFID. Najlepiej pracuje w zakresie częstotliwości 300-3000 MHz, przy częstotliwościach pierwotnych 860-960 MHz i 433 MHz 

Tę częstotliwość można podzielić dalej na:

• Aktywny RFID. Tagi te będą wykorzystywać zakres 433 MHz. W rzadkich przypadkach aktywny RFID stosuje niezwykle wysoki zakres częstotliwości do 2.45 GHz. Ma zasięg odczytu do 100 metrów i kosztuje od 25 do 50 USD. Jego zasięg odczytu jest idealny do śledzenia pojazdów i zastosowania w przemyśle wydobywczym i budowlanym. Jednak nie działa dobrze w środowiskach metalowych i ciekłych. 
• Pasywny RFID. Technologia wykorzystuje 860 do 960 MHz i ma zasięg odczytu do 25 metrów. Kosztuje 0.09-20 USD za etykietę i może być używany w sektorach produkcji, farmaceutyków, elektroniki, pomiaru czasu wyścigów i łańcucha dostaw. Charakteryzują się dużą szybkością transmisji danych. 

Standardy RFID 

Zrozumienie standardów RFID pomoże Ci wybrać najlepszy produkt dla Twojej firmy. Zapewni również przydatny wgląd w przepisy branżowe. 

Czym są standardy RFID? 

Wytyczne RFID to standardy, które umożliwiają jednemu producentowi dostosowanie produktów do produktów innego producenta. Na przykład tag wyprodukowany przez producenta A powinien dobrze współpracować z czytnikiem wyprodukowanym przez producenta B. 

Wytyczne RFID regulują również sposób komunikacji między czytnikiem a tagiem.

Znaczenie standardów RFID 

Posiadanie standardowych przepisów w branży RFID ułatwia korzystanie z produktów RFID. Oto niektóre z kluczowych korzyści wynikających ze standaryzacji RFID:

• Rozwój produktów komplementarnych. Wszystkie produkty RFID są wykonane przy użyciu tych samych standardów, dzięki czemu są komplementarne. 
• Zwiększona konkurencja. Standardy RFID pomagają poszerzyć rynek i zwiększyć konkurencję. Dzięki temu ceny produktów standaryzowanych będą uczciwe. 
• Zwiększa zaufanie użytkowników. Korzystając ze znormalizowanego produktu, będziesz mieć pewność, że jakość i funkcjonalność są na najwyższym poziomie. 

Kto ustala przepisy RFID? 

Dwie międzynarodowe organizacje regulują branżę RFID. Zawierają:

• Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO)
• Kod produktu elektronicznego Global Incorporated (EPCglobal)

W 1996 roku ISO nawiązało współpracę z Międzynarodową Komisją Elektrotechniczną (IEC) w celu uregulowania wykorzystania technologii RFID. Później ISO/IEC utworzyło Wspólny Komitet Techniczny (JTC). 

Komitet został upoważniony do zajęcia się różnymi kwestiami RFID, w tym interfejsem lotniczym i powiązanymi protokołami, treścią i formatowaniem danych oraz testami zgodności. 

Oprócz tych międzynarodowych organów regulacyjnych istnieją regionalne i krajowe komitety normalizacyjne RFID. Najważniejsze z nich to:

• ETSI

ETSI oznacza Europejski Instytut Norm Telekomunikacyjnych. Organ ma mandat do wyznaczania standardów dla kanałów komunikacji radiowej w Europie. 

• FCC 

FCC oznacza Federalną Komisję Łączności. Organ odpowiada za regulację wykorzystania fal radiowych do komunikacji w Stanach Zjednoczonych. 

Ponieważ Europa i Stany Zjednoczone były pionierami w regulowaniu technologii RFID, większość krajów przyjęła swoje standardy. Tylko kilka państw, takich jak Armenia, wypracowało swój niezależny standard. 

Zastosowania RFID 

Technologia RFID ma wiele zastosowań. Jest to przede wszystkim zasadniczy element systemów obronnych wielu rządów na całym świecie. Inne kluczowe zastosowania to:

• Zarządzanie zapasami. Nie ma znaczenia, czy zarządzasz supermarketem, zakładem produkcyjnym, czy firmą detaliczną; Technologia RFID uprości zarządzanie zapasami! 
• Śledzenie zasobów. Technologia RFID umożliwia śledzenie Twojej lokalizacji. W ten sposób będziesz wiedzieć, kiedy wyprowadzą się z dozwolonych obszarów, co ograniczy kradzież.
• Śledzenie personelu. Menedżerowie ds. zasobów ludzkich używają RFID do śledzenia swoich pracowników. Mogą bez problemu uzyskać dane o frekwencji, wydajności i wielu innych elementach. 
• Kontrola dostępu. Jeśli chcesz ograniczyć liczbę osób, które mają dostęp do danego pomieszczenia, możesz skorzystać z technologii RFID. Wszyscy upoważnieni pracownicy będą mieli tag, który ułatwi im dostęp do miejsca. 
• Identyfikacja. Technologia RFID jest wykorzystywana w bibliotekach, urzędach i wielu innych instytucjach w celu ułatwienia identyfikacji.
• Śledzenie zwierząt. Znaczniki o niskiej częstotliwości są zgodne z globalnymi standardami do stosowania w śledzeniu zwierząt gospodarskich. Dobrze przyczepiają się do tkanek zwierząt, dzięki czemu są najlepszymi znacznikami śledzącymi.
• Przeciwdziałanie podrabianiu. W sektorze farmaceutycznym producenci wykorzystują technologię RFID do uwierzytelniania swoich produktów. 

Inne zastosowania technologii RFID obejmują zarządzanie łańcuchem dostaw, synchronizację wyścigów, trolling, śledzenie obecności na wydarzeniach, śledzenie pojazdów i lokalizację w czasie rzeczywistym. 

Możesz rozważyć inny sprzęt RFID, w tym portale RFID, drukarki RFID, mapery mocy RF i adaptery GPIO. 

Niezbędne rzeczy, które należy wiedzieć przed zakupem systemu RFID

Inwestycja w odpowiedni system RFID może być kosztowna. Możesz wydać nawet 3500 $! W związku z tym należy przeprowadzić szeroko zakrojone badanie potrzeb, aby upewnić się, że system przyniesie korzyści Twojej firmie.

• Rozważ zwrot z inwestycji. Czy instalacja systemu RFID jest koniecznością dla Twojej firmy? Czy zwiększy sprzedaż i zwiększy skuteczność? Przed rozpoczęciem procesu instalacji należy wykonać wniosek i studium opłacalności. Kup go tylko wtedy, gdy jesteś przekonany, że masz wystarczająco duży zakres, aby można było nim zarządzać za pomocą tej technologii. W ten sposób masz zagwarantowany zwrot z inwestycji.
• Koszt operacji. Powinieneś ocenić zarówno wydatki stałe, jak i cykliczne. Koszty stałe mogą obejmować zakup czytnika RFID, tagów RFID i drukarek RFID. Z drugiej strony, powtarzające się wydatki mogą obejmować zakup taśm do drukarek, wkładki RFID i odnowienie oprogramowania. Po zapoznaniu się ze wszystkimi kosztami raport powinien wykazać, że inwestycja jest opłacalna. 
• Sprawdź swoje środowisko. Twoje środowisko może mieć wpływ na systemy RFID. Zanim przystąpisz do instalacji RFID, upewnij się, że jest ona zgodna z Twoim środowiskiem. W ten sposób unikniesz kupowania komponentów RFID, które nie będą działały optymalnie. Na przykład niektóre tagi RFID nie będą działać dobrze na powierzchniach metalowych. W związku z tym powinieneś tego unikać, jeśli chcesz śledzić zasób metaliczny. 
• Rozważ zapotrzebowanie na personel. Pamiętaj, że skuteczność Twojego systemu RFID będzie zależeć od tego, jak dobrze przebiega wymiana danych między tagiem a czytnikiem. W związku z tym powinieneś zaangażować profesjonalistę, aby przetestował najlepsze protokoły lokalizacji i instalacji urządzenia. Dodatkowo powinieneś zasięgnąć porady eksperta na temat najlepszych technik, aby zapewnić optymalne działanie technologii. 

Inwestycja w system RFID może zmienić zasady gry. Jednak to, czy będziesz czerpać korzyści, będzie zależeć od tego, jak dobrze wykonasz projekt. 

Biorąc pod uwagę, że technologia RFID jest dla wielu osób stosunkowo nowa, przygotowaliśmy ten obszerny przewodnik dla początkujących, który poprowadzi Cię na każdym etapie wdrażania systemu RFID.