Principio de aplicación de las etiquetas electrónicas
Identificación por radiofrecuencia (Radio Frequency Identification)
RFID es la abreviatura de identificación por radiofrecuencia, es decir, tecnología de identificación por radiofrecuencia, comúnmente conocida como etiquetas electrónicas.
¿Qué es la tecnología RFID?
La identificación por radiofrecuencia RFID es una tecnología de identificación automática sin contacto que identifica automáticamente los objetos objetivo y obtiene datos relevantes a través de señales de radiofrecuencia. Puede funcionar en diversos entornos hostiles sin intervención manual. La tecnología RFID puede identificar objetos en movimiento a alta velocidad y múltiples etiquetas al mismo tiempo, lo que hace que la operación sea rápida y conveniente.
Ferguson, científico jefe de Accenture Labs, cree que RFID es una tecnología innovadora: "En primer lugar, puede identificar un objeto único y muy específico, en lugar de identificar solo un tipo de objeto como un código de barras; En segundo lugar, utiliza radiofrecuencia para leer datos a través de materiales externos, mientras que los códigos de barras deben depender de láseres para leer la información; en tercer lugar, se pueden leer varios objetos al mismo tiempo, mientras que los códigos de barras solo se pueden leer uno por uno. La cantidad de información almacenada también es muy grande”.
¿Cuáles son los componentes básicos de RFID?
El sistema RFID más básico consta de tres partes:
Etiqueta: Consta de componentes de acoplamiento y chips. Cada etiqueta tiene un código electrónico único y se adjunta al objeto para identificarlo. el objeto de destino;
Lector: un dispositivo utilizado para leer (a veces escribir) información de la etiqueta, que puede diseñarse como un dispositivo portátil o fijo;
Antena: está en la etiqueta Transmitir señales de radiofrecuencia entre el lector y el lector.
Un sistema completo requiere además: sistema de transmisión y procesamiento de datos.
¿Cuál es el principio básico de funcionamiento de la tecnología RFID?
El principio de funcionamiento básico de la tecnología RFID no es complicado: después de que la etiqueta entra en el campo magnético, recibe la señal de radiofrecuencia del lector y utiliza la energía obtenida por la corriente inducida para enviar el producto. información almacenada en el chip (etiqueta pasiva, etiqueta pasiva), o emitir activamente señales de una determinada frecuencia (etiqueta activa, etiqueta activa o etiqueta activa) el lector lee y decodifica la información y la envía al sistema central de información para su obtención; proceso de datos.
¿Qué es el middleware RFID?
RFID es una de las diez tecnologías estratégicas principales recomendadas por las empresas en 2005. El middleware puede considerarse el centro de las operaciones RFID porque puede acelerar la aparición de aplicaciones clave.
La industria RFID tiene un enorme potencial y sus aplicaciones abarcan la fabricación, la logística, la atención médica, el transporte, el comercio minorista, la defensa nacional, etc. Según el informe del Grupo Gartner, RFID fue una de las diez tecnologías estratégicas más recomendadas por las empresas en 2005. Sin embargo, la clave de su éxito no reside sólo en el precio de la etiqueta, el diseño de la antena, la estandarización de la banda de frecuencia y la certificación del equipo, sino también en la aplicación de Heizai. El middleware puede denominarse el centro de las operaciones RFID porque puede acelerar la aparición de aplicaciones críticas.
¿Qué hace que los minoristas aboguen tanto por la RFID?
Según los analistas minoristas de Sanford C. Bernstein, Walmart podría ahorrar 8.350 millones de dólares al año mediante la adopción de RFID, gran parte de lo cual se debe al ahorro en costos laborales al no tener que verificar manualmente los códigos de barras de los artículos comprados. Mientras que otros analistas creen que la cifra de 8 mil millones de dólares es demasiado optimista, no hay duda de que la RFID puede ayudar a resolver dos de los mayores problemas de la industria minorista: artículos agotados y pérdidas (producto perdido debido a robos e interrupciones en la cadena de suministro). Ahora, las pérdidas de Wal-Mart ascienden a casi 2.000 millones de dólares al año. Si una empresa legítima pudiera alcanzar este número, ocuparía el puesto 694 entre las 1.000 empresas más grandes de Estados Unidos. Las organizaciones de investigación estiman que esta tecnología RFID puede ayudar a reducir el robo y los niveles de inventario en un 25%.
¿Cuáles son las aplicaciones típicas de la tecnología RFID?
Gestión de logística y suministros
Fabricación y montaje
Manipulación de equipaje de aerolíneas
Manipulación de paquetes de correo/exprés
Seguimiento de archivos/gestión de bibliotecas
Identificación de animales
Sincronización de movimientos
Control de acceso/billetes electrónicos
Cobro automático de peajes en carreteras
La composición estructural y el principio de funcionamiento de las etiquetas RFID pasivas
Las etiquetas RFID pasivas en sí mismas no tienen batería y dependen de la energía electromagnética emitida por el lector de tarjetas para funcionar. Por su estructura simple, economía y practicidad, es ampliamente utilizado.
Las etiquetas RFID pasivas se componen de RFID IC, condensador resonante C y antena l. La antena y el condensador forman un bucle resonante y están sintonizados a la frecuencia portadora del lector de tarjetas para obtener el mejor rendimiento.
La mayoría de fabricantes siguen las especificaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones. Hay seis frecuencias RFID: 135 KHz, 13,56 MHz, 43,3-92 MHz, 860-930 MHz (UHF), 2,45 GHz y 5,8 GHz. La RFID pasiva utiliza principalmente las dos primeras frecuencias.
Estructura de etiquetas RFID
Las antenas de etiquetas RFID tienen dos formas de antena: (1) antena de inducción bobinada; (2) antena helicoidal grabada en relieve o impresa en la base del medio en el chip. . La forma de la antena está determinada por la frecuencia portadora, la forma del embalaje de la etiqueta, el rendimiento y el coste de montaje. Por ejemplo, cuando la frecuencia es inferior a 400 KHz, se requieren inductores de nivel mH, y este tipo de antena solo se puede fabricar con inductores bobinados cuando la frecuencia es de 4 ~ 30 MHz, solo se necesitan unas pocas vueltas de inductores bobinados, o; Se utiliza una antena grabada sobre un sustrato dieléctrico.
Después de seleccionar la antena, el siguiente paso es cómo conectar el IC de silicio a la antena. Hay dos métodos básicos de unión de circuitos integrados: (1) chip integrado (COB); (2) chip desnudo conectado directamente a la antena. El primero se utiliza normalmente para antenas bobinadas, mientras que el segundo se utiliza para antenas grabadas; CIB empaqueta el capacitor resonante y el IC RFID en el mismo paquete, y la antena se conecta a los dos terminales externos del COB mediante un soldador o un proceso de soldadura. Dado que la mayoría de los COB se utilizan para tarjetas ISO que cumplen con el grosor estándar ISO (0,76), el grosor típico del COB es de aproximadamente 0,4 mm. Las dos formas de embalaje de COB comunes son IOA2 (MOA2) utilizada por IST y World utilizada por HEI estadounidense. compañía.
La unión directa de chips desnudos reduce los pasos intermedios y se usa ampliamente en aplicaciones de bajo costo y a gran escala. También existen dos métodos de unión directa: (1) unión por cable; (2) tecnología de chip invertido. Cuando se utiliza la tecnología flip-chip, se requiere una bola de soldadura dorada especial con una altura de aproximadamente 25 en la almohadilla del chip, y luego la bola de soldadura se gira sobre la traza impresa de la antena. El proceso de soldadura del cable es simple. El chip desnudo se suelda directamente a la antena con cables y el área de soldadura se sella con resina epoxi negra. Para la producción de bajo volumen, este proceso es de bajo costo; para la producción a gran escala, se prefiere la tecnología de chip invertido.
Principio de funcionamiento básico
El rendimiento de las etiquetas RFID inalámbricas se ve muy afectado por el tamaño de la etiqueta, la forma de modulación, el valor Q del circuito, el consumo de energía del dispositivo y la profundidad de modulación. Aquí hay una breve introducción a cómo funciona.
Hay una memoria de 154 bits en el IC RFID para almacenar datos de etiquetas. También hay un transistor de puerta de modulación (CMOS) con muy baja resistencia dentro del IC, que opera a una frecuencia determinada. Cuando el lector emite ondas electromagnéticas para que el voltaje inducido de la antena de la etiqueta alcance VPP, el dispositivo funciona y envía datos en formato Manchester.
La transmisión de datos se logra sintonizando y desafinando un circuito resonante externo. El proceso específico es el siguiente: cuando los datos tienen un nivel lógico alto, el transistor de puerta se apaga, el circuito de sintonización se sintoniza a la frecuencia de corte del lector de tarjetas, que es el estado de sintonización, y el voltaje inducido alcanza el máximo. valor. De esta manera, la sintonización y la desafinación producen una señal de amplitud modulada en la bobina de la etiqueta y el lector detecta la envolvente de la forma de onda de voltaje para que la señal de datos de la etiqueta pueda reconstruirse.
La frecuencia de conmutación del tubo de control de la puerta es de 70 KHz y se necesitan aproximadamente 2,2 ms para completar todos los datos de 154 bits. Una vez enviados todos los datos, el dispositivo entra en modo de suspensión durante 100 ms. Cuando una etiqueta entra en modo de suspensión, el lector puede leer datos de otras etiquetas sin ningún conflicto de datos. Por supuesto, esta funcionalidad se ve afectada por los siguientes factores: la distancia entre la etiqueta y el lector, su orientación, el movimiento de las etiquetas y la distribución espacial de las etiquetas.
Ejemplo de diseño
MCRF 355/360 es un dispositivo de 13,56 MHz producido por Microchip. El 355 está disponible para COB y enlace directo; el 360 tiene 1 capacitor con 100pf internamente y solo requiere un inductor externo. El dispositivo envía datos con una modulación cercana al 100% y la profundidad de modulación determina el cambio en el voltaje de la bobina de la etiqueta de "alto" a "bajo", lo que distingue el estado sintonizado del estado desafinado.
Los valores para los componentes externos suelen optimizarse entre un tercio y la mitad. Por ejemplo, si la bobina inductora entre la antena A y la antena B tiene 3 vueltas, entonces la bobina inductora entre la antena B y el VSS tiene 1 vuelta.
Cuando MCRF 355 se convierte en COB, se construyen dos condensadores de 68Pf en serie. El condensador C1 está conectado entre la antena a y la antena b, y C2 está conectado entre la antena by VSS.
Para lograr el rendimiento diseñado, las etiquetas deben ajustar con precisión la frecuencia portadora del lector. Sin embargo, siempre habrá desviaciones en los componentes utilizados, lo que provocará cambios en la distancia de lectura. El error del inductor se puede controlar entre 1 y 2 %, por lo que la distancia de lectura se debe principalmente al error de capacitancia. El error del condensador externo debe estar dentro del 5% y el valor q debe ser mayor que 100. El condensador interno del MCRF360R está hecho de óxido de silicio y el error en el mismo chip de silicio es inferior al 5%, mientras que el error entre diferentes lotes es de aproximadamente el 10%.
Los datos de la memoria del MCRF355/360 pueden ser programados por el fabricante antes de salir de fábrica, o pueden programarse in situ mediante un programador de contactos.
Guía de frecuencias de funcionamiento de RFID y aplicaciones típicas (1)
Los productos RFID en diferentes bandas de frecuencia tienen diferentes características. Este artículo detalla las características y principales aplicaciones de los sensores pasivos en productos con diferentes frecuencias de operación.
Las frecuencias de trabajo actuales de los productos RFID se definen como diferentes productos que cumplen con diferentes estándares dentro del rango de frecuencia de baja frecuencia, alta frecuencia y muy alta frecuencia. Los productos RFID en diferentes bandas de frecuencia tendrán diferentes características. Entre ellos se encuentran sensores pasivos y activos. A continuación se presentan en detalle las características y principales aplicaciones de los sensores pasivos a diferentes frecuencias de funcionamiento.
En primer lugar, la baja frecuencia (de 125 KHz a 134 KHz)
De hecho, la tecnología RFID fue inicialmente muy utilizada y popularizada en baja frecuencia. Esta frecuencia funciona principalmente por acoplamiento inductivo, es decir, existe un acoplamiento transformador entre la bobina lectora y la bobina inductora. La tensión inducida en la antena inductiva por el campo alterno del lector se rectifica y puede utilizarse como tensión de alimentación. La región del campo magnético está bien definida, pero la intensidad del campo cae demasiado rápido.
Características:
1. El rango de frecuencia de funcionamiento general de los inductores que funcionan a baja frecuencia es de 120 KHz a 134 kHz. La frecuencia de funcionamiento de Ti es de 134,2 KHz. 2500 metros.
2. Además de la influencia de los materiales metálicos, generalmente las bajas frecuencias pueden atravesar cualquier material sin reducir su distancia de lectura.
3. Los lectores que trabajan en bajas frecuencias no tienen restricciones de licencia especiales en el mundo.
4. Los productos de baja frecuencia tienen diferentes formas de envasado. Un buen formato de embalaje es demasiado caro, pero tiene una vida útil de más de 10 años.
5. Aunque el área del campo magnético a esta frecuencia disminuye rápidamente, puede producir un área de lectura y escritura relativamente uniforme.
6. En comparación con los productos RFID en otras bandas de frecuencia, la velocidad de transmisión de datos de esta banda de frecuencia es relativamente lenta.
7. El precio del sensor es relativamente caro en comparación con otras bandas de frecuencia.
Aplicaciones principales:
1. Sistema de gestión de cría de animales.
2. Aplicación de sistemas antirrobo y apertura de puertas sin llave para automóviles.
3. Aplicación del sistema de carrera de maratón
4. Sistema de gestión de vehículos y tarifa de estacionamiento automático
5. >6. Aplicación del sistema de cerradura de puertas del hotel
7. Sistema de gestión de seguridad y control de acceso
Cumplir con los estándares internacionales:
a) ISO 11784 RFID en animales cría Estructura de codificación de aplicaciones
b)ISO 11785 Aplicación de RFID en cría de animales-Teoría técnica
c)ISO 14223-1 Aplicación de RFID en cría de animales-Interfaz aérea
d) ISO 14223-2 Aplicación de RFID en la cría de animales - definición de protocolo
E) ISO 18000-2 define los protocolos de comunicación de capa física, anticolisión y de baja frecuencia.
F) DIN 30745 es principalmente una norma europea definida para aplicaciones de gestión de residuos.
2. Alta frecuencia (la frecuencia de funcionamiento es de 13,56 MHz)
El inductor a esta frecuencia ya no requiere bobinado y la antena se puede producir mediante grabado y bioimpresión. Los inductores generalmente funcionan mediante modulación de carga. Es decir, el voltaje en la antena del lector se cambia cambiando la resistencia de carga en el inductor, y el inductor remoto se usa para lograr la modulación de amplitud del voltaje de la antena. Si las personas controlan el encendido y apagado del voltaje de carga a través de datos, entonces los datos se pueden transmitir desde el sensor al lector.
Características:
1. La frecuencia de funcionamiento es de 13,56 MHz y la longitud de onda de esta frecuencia es de aproximadamente 22 m.
2. Además de los materiales metálicos, las longitudes de onda de esta frecuencia pueden atravesar la mayoría de los materiales, pero tienden a reducir la distancia de lectura. El sensor debe mantenerse a cierta distancia del metal.
3. Esta banda de frecuencia es reconocida mundialmente y no tiene restricciones especiales.
4. Los sensores suelen tener forma de etiquetas electrónicas.
5. Aunque el área del campo magnético a esta frecuencia disminuye rápidamente, puede producir un área de lectura y escritura relativamente uniforme.
6. El sistema tiene características anticolisión y puede leer múltiples etiquetas electrónicas al mismo tiempo.
7. Puedes escribir cierta información de datos en etiquetas.
8. La velocidad de transmisión de datos es más rápida que la de baja frecuencia y el precio no es muy caro.
Aplicaciones principales:
1. Aplicación del sistema de gestión de bibliotecas
2. Gestión y uso de cilindros de gas
3. Gestión y aplicación de sistemas de línea y logística
4. Sistema de prepago de tres metros
5. Gestión y aplicación de cerraduras de puertas de hoteles
6. Sistema de personal
7. Sistema de gestión de activos fijos
8. Gestión y aplicación del sistema de logística farmacéutica
9. > Cumple con los estándares internacionales:
A) Tarjeta IC de acoplamiento de proximidad ISO/IEC 14443, la distancia máxima de lectura es de 10 cm.
B) Tarjeta IC ISO/IEC 15693 ligeramente acoplada, distancia máxima de lectura 1m.
C) ISO/IEC 18000-3 Este estándar define la capa física, el algoritmo anticolisión y el protocolo de comunicación del sistema de 13,56MHz.
D) Definición de banda ISM de 13,56 MHz Clase 1 13,56 MHz cumple con la definición de interfaz EPC.
En tercer lugar, VHF (frecuencia de funcionamiento entre 860MHz y 960MHz)
Los sistemas VHF transmiten energía a través de campos eléctricos. La energía del campo eléctrico no cae rápidamente, pero el área de lectura no está bien definida. La distancia de lectura de esta banda de frecuencia es relativamente larga y la frecuencia pasiva puede alcanzar unos 10 m. Esto se logra principalmente mediante acoplamiento capacitivo.
Características:
1. En esta banda de frecuencia, las definiciones en todo el mundo son diferentes: la frecuencia definida en Europa y partes de Asia es 868 MHz, y la frecuencia definida en América del Norte. es 902- Entre 905 MHz y la banda de frecuencia recomendada en Japón está entre 950-956. La longitud de onda de esta banda de frecuencia es de unos 30 cm.
2. En la actualidad, la potencia de salida de esta banda de frecuencia está definida de manera uniforme (Estados Unidos la define como 4W y Europa la define como 500mW). Quizás el límite europeo suba a 2W EIRP.
3.Las ondas de radio VHF no pueden atravesar muchas sustancias, especialmente partículas en suspensión como agua, polvo y niebla. En comparación con las etiquetas electrónicas de alta frecuencia, las etiquetas electrónicas en esta banda de frecuencia no necesitan separarse del metal.
4. La antena de una etiqueta electrónica suele ser larga y con forma de etiqueta. La antena tiene diseños de polarización lineal y polarización circular para satisfacer las necesidades de diferentes aplicaciones.
5. Esta banda de frecuencia tiene una buena distancia de lectura, pero es difícil definir el área de lectura.
6. Tiene una alta velocidad de transmisión de datos y puede leer una gran cantidad de etiquetas electrónicas en poco tiempo.
Principales aplicaciones:
Gestión y aplicación en la cadena de suministro
2. Gestión y aplicación de la automatización de líneas de producción
3. Gestión y aplicación
4. Gestión y aplicación de contenedores
5. Gestión y aplicación de paquetería ferroviaria
6.
Cumplir con los estándares internacionales:
A) ISO/IEC 18000-6 define la capa física y el protocolo de comunicación de VHF; la interfaz aérea define dos partes: Tipo A y Tipo B admitidos. Legible y grabable; operaciones.
B) EPCglobal define la estructura de codificación de artículos electrónicos, interfaz aérea VHF y protocolos de comunicación. Por ejemplo: Categoría 0, Categoría 1, UHF Gen2.
c) La organización Ubiquitous ID Japan define la estructura de codificación UID y el protocolo de gestión de comunicación.
En el futuro, los productos VHF serán ampliamente utilizados.
Por ejemplo, Walmart, Tesco, el Departamento de Defensa de Estados Unidos y los supermercados Metro han aplicado la tecnología RFID en sus cadenas de suministro.
Cuatro. Tecnología RFID activa (2,45 GHz, 5,8 G)
La RFID activa tiene las características de baja potencia de transmisión, larga distancia de comunicación, gran cantidad de transmisión de datos, alta confiabilidad y buena compatibilidad. En comparación con la RFID pasiva, tiene ventajas técnicas obvias. Se utiliza ampliamente en campos de aplicación como el cobro de peajes en autopistas y la gestión de carga portuaria.
Sistema de identificación por radiofrecuencia
Sistema de identificación automática compuesto por etiquetas por radiofrecuencia, lectores y redes informáticas. Normalmente, un lector emite energía sobre un área, creando un campo electromagnético. Cuando la etiqueta RF pasa por esta zona, detecta la señal del lector y envía los datos almacenados. El lector recibe la señal de la etiqueta de radiofrecuencia, decodifica y verifica la exactitud de los datos para lograr el propósito de identificación.