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Introduzione alla tecnologia RFID Progettazione e applicazione del sistema di gestione delle stazioni radio RFID
L'identificazione a radiofrequenza (identificazione a radiofrequenza, RFID) è un tipo di tecnologia di identificazione automatica che utilizza la radiofrequenza wireless per la comunicazione dati bidirezionale senza contatto e utilizza la radiofrequenza per leggere i supporti di registrazione (tag elettronici o schede a radiofrequenza). Scrivere, per raggiungere lo scopo dell'identificazione e dello scambio di dati, è considerata una delle tecnologie informatiche più promettenti del 21 ° secolo. [2]
La tecnologia di identificazione a radiofrequenza utilizza la tecnologia di memorizzazione e scambio rapido di informazioni senza contatto a onde radio, combina la comunicazione wireless con la tecnologia di accesso ai dati e quindi si collega al sistema di database per ottenere una comunicazione bidirezionale senza contatto, raggiungendo così lo scopo di identificazione e utilizzato per lo scambio di dati. Collega in serie un sistema estremamente complesso. Nel sistema di identificazione, la lettura e la scrittura e la comunicazione di tag elettronici sono realizzate tramite onde elettromagnetiche. In base alla distanza di comunicazione, può essere diviso in campo vicino e campo lontano. Per questo motivo anche la modalità di scambio dati tra il dispositivo di lettura / scrittura e il tag elettronico si divide in modulazione del carico e modulazione del backscatter. [2]
Processo di sviluppo
1940-1950: grazie allo sviluppo e al progresso della tecnologia radar, è stata derivata la tecnologia RFID e la base teorica dell'RFID è nata nel 1948. [3]
1950-1960: le persone hanno iniziato a esplorare la tecnologia RFID, ma non hanno lasciato la ricerca di laboratorio. [3]
1960-1970: le teorie correlate continuarono a svilupparsi e il sistema iniziò ad essere utilizzato nella pratica. [3]
1970-1980: la tecnologia RFID è stata continuamente aggiornata, la ricerca sui prodotti è gradualmente approfondita e i test RFID hanno iniziato ad accelerare ulteriormente. E realizzato l'applicazione dei relativi sistemi. [3]
1980-1990: la tecnologia RFID ei prodotti correlati sono stati sviluppati e applicati nel mercato e sono apparse applicazioni in vari campi. [3]
1990-2000: le persone hanno iniziato a prestare attenzione alla standardizzazione dell'RFID e i sistemi RFID possono essere visti in molti settori della vita. [3]
Dopo il 2000: le persone generalmente riconoscono l'importanza delle questioni di standardizzazione e i tipi di prodotti RFID sono stati ulteriormente arricchiti e sviluppati. Indipendentemente dal fatto che i tag elettronici attivi, passivi o semi-attivi abbiano iniziato a svilupparsi, i relativi costi di produzione sono ulteriormente diminuiti e i campi di applicazione sono gradualmente aumentati. [3]
Oggi, la teoria tecnica dell'RFID è stata ulteriormente arricchita e sviluppata. Le persone hanno sviluppato tag elettronici a chip singolo, lettura di tag multielettronici, leggibili e scrivibili in modalità wireless e la tecnologia RFID che si adatta agli oggetti in movimento ad alta velocità ha continuato a svilupparsi e sono stati sviluppati anche prodotti correlati. Nelle nostre vite e ha cominciato ad essere ampiamente utilizzato. [3]
principio di funzionamento
Il principio di funzionamento di base della tecnologia RFID non è complicato: dopo che il tag è entrato nel lettore, riceve il segnale a radiofrequenza inviato dal lettore e utilizza l'energia ottenuta dalla corrente indotta per inviare le informazioni sul prodotto memorizzate nel chip (Passive Tag, tag passivo o tag passivo)), oppure il tag invia attivamente un segnale di una certa frequenza (tag attivo, tag attivo o tag attivo), il lettore legge e decodifica le informazioni, quindi le invia al sistema informativo centrale per elaborazione dei dati rilevanti. [4]
Un sistema RFID completo è composto da un lettore e un tag elettronico, che è un cosiddetto transponder e un sistema software applicativo. Il suo principio di funzionamento è che il lettore emette energia di onde radio di una frequenza specifica al circuito di azionamento invia i dati interni. A questo punto, il Reader riceve e interpreta i dati in sequenza e li invia al programma applicativo per l'elaborazione corrispondente. [4]
Sulla base dei metodi di comunicazione e di rilevamento dell'energia tra il lettore di schede RFID e il tag elettronico, può essere suddiviso approssimativamente in due tipi: accoppiamento induttivo e accoppiamento a retrodiffusione. In generale, l'RFID a bassa frequenza adotta principalmente il primo metodo, mentre la frequenza più alta adotta principalmente il secondo metodo. [4]
Il lettore può essere un dispositivo di lettura o lettura / scrittura a seconda della struttura e della tecnologia utilizzata ed è il centro di controllo ed elaborazione delle informazioni del sistema RFID. Il lettore è solitamente costituito da un modulo di accoppiamento, un modulo ricetrasmettitore, un modulo di controllo e un'unità di interfaccia. Il lettore e il tag generalmente utilizzano la comunicazione half-duplex per lo scambio di informazioni e il lettore fornisce energia e temporizzazione al tag passivo attraverso l'accoppiamento. Nelle applicazioni pratiche, le funzioni di gestione come la raccolta, l'elaborazione e la trasmissione remota delle informazioni di identificazione degli oggetti possono essere ulteriormente realizzate tramite Ethernet o WLAN. [4]
componente
Il sistema RFID completo è composto da tre parti: lettore, tag e sistema di gestione dei dati. [5]
1. Informazioni sul lettore
Il lettore è un dispositivo che legge le informazioni nel tag o scrive le informazioni che il tag deve memorizzare nel tag. A seconda della struttura e della tecnologia utilizzata, il lettore può essere un dispositivo di lettura / scrittura, ovvero il centro di controllo ed elaborazione delle informazioni del sistema RFID. Quando il sistema RFID è in funzione, il lettore invia energia a radiofrequenza in un'area per formare un campo elettromagnetico e la dimensione dell'area dipende dalla potenza di trasmissione. Il tag nell'area di copertura del lettore viene attivato per inviare i dati in esso memorizzati, o modificare i dati in esso memorizzati secondo le istruzioni del lettore, e può comunicare con la rete del computer attraverso l'interfaccia. La composizione di base del lettore di solito comprende: antenna ricetrasmittente, generatore di frequenza, anello ad aggancio di fase, circuito di modulazione, microprocessore, memoria, circuito di demodulazione e composizione dell'interfaccia periferica. [5]
(1) Antenna ricetrasmettitore: invia il segnale in radiofrequenza al tag e riceve il segnale di risposta e le informazioni sui tag restituite dal tag. [5]
(2) Generatore di frequenza: genera la frequenza operativa del sistema. [5]
(3) Anello ad aggancio di fase: genera il segnale portante richiesto. [5]
(4) Circuito di modulazione: caricare il segnale inviato al tag alla portante e inviarlo dal circuito a radiofrequenza. [5]
(5) Microprocessore: genera il segnale da inviare al tag, decodifica il segnale restituito dal tag e invia i dati decodificati al programma applicativo. Se si tratta di un sistema crittografato, è necessaria un'operazione di decrittografia. [5]
(6) Memoria: memorizza programmi e dati utente. [5]
(7) Circuito di demodulazione: demodula il segnale restituito dal tag e lo invia al microprocessore per l'elaborazione. [5]
(8) Interfaccia periferica: comunica con il computer. [5]
2. Informazioni sui tag elettronici
Il tag elettronico è composto da antenna ricetrasmittente, circuito AC / DC, circuito di demodulazione, circuito di controllo logico, circuito di memoria e modulazione. [5]
(1) Antenna ricetrasmittente: riceve il segnale dal lettore e invia i dati richiesti al lettore. [5]
(2) Circuito CA / CC: utilizza l'energia del campo elettromagnetico emessa dal lettore, emessa dal circuito del regolatore di tensione per fornire un'alimentazione stabile per altri circuiti. [5]
(3) Circuito di demodulazione: rimuovere la portante dal segnale ricevuto e demodulare il segnale originale. [5]
(4) Circuito di controllo logico: decodifica il segnale dal lettore e rimanda il segnale in base alle esigenze del lettore. [5]
(5) Memoria: come posizione per il funzionamento del sistema e l'archiviazione dei dati di identificazione. [5]
(6) Circuito di modulazione: i dati inviati dal circuito di controllo logico vengono caricati sull'antenna e inviati al lettore dopo il circuito di modulazione. [5]
classificazione
La tecnologia di identificazione a radiofrequenza può essere suddivisa in tre categorie in base alla modalità di alimentazione dei suoi tag, vale a dire RFID passivo, RFID attivo e RFID semiattivo. [6]
1. RFID passivo.
Tra i tre tipi di prodotti RFID, l'RFID passivo è il più antico e maturo e la sua applicazione è anche la più ampia. Nella RFID passiva, il tag elettronico completa lo scambio di informazioni ricevendo il segnale a microonde trasmesso dal lettore di identificazione a radiofrequenza e ottenendo energia attraverso la bobina di induzione elettromagnetica per alimentarsi per un breve periodo. Poiché il sistema di alimentazione è omesso, il volume dei prodotti RFID passivi può raggiungere l'ordine di centimetri o anche più piccolo e la loro struttura è semplice, il costo è basso, il tasso di guasto è basso e la durata è lunga. Tuttavia, come prezzo, l'effettiva distanza di riconoscimento dell'RFID passivo è generalmente breve e viene generalmente utilizzata per il riconoscimento del contatto a distanza ravvicinata. RFID passivo funziona principalmente nelle bande di frequenza più basse di 125 KHz, 13.56 MHz, ecc. Le sue applicazioni tipiche includono: carte bus, carte d'identità di seconda generazione, carte pasto mensa, ecc. [6]
2. RFID attivo.
L'RFID attivo non esiste da molto tempo, ma ha già svolto un ruolo indispensabile in vari campi, soprattutto nel sistema di riscossione elettronica non stop delle autostrade. L'RFID attivo è alimentato da una fonte di alimentazione esterna e invia attivamente segnali al lettore di identificazione a radiofrequenza. Il suo volume è relativamente grande. Ma ha anche una distanza di trasmissione più lunga e una velocità di trasmissione più elevata. Un tipico tag RFID attivo può stabilire un contatto con un lettore di identificazione a radiofrequenza a una distanza di 100 metri, con una velocità di lettura di 1,700 letture / sec. L'RFID attivo funziona principalmente in bande di frequenza più elevate come 900 MHz, 2.45 GHz, 5.8 GHz e ha la funzione di identificare simultaneamente più tag. La lunga distanza e l'elevata efficienza dell'RFID attivo lo rendono indispensabile in alcune applicazioni di identificazione a radiofrequenza che richiedono alte prestazioni e un ampio raggio. [6]
3. RFID semiattivo.
La stessa RFID passiva non fornisce alimentazione, ma la distanza di identificazione effettiva è troppo breve. L'RFID attivo ha una distanza di riconoscimento sufficientemente lunga, ma richiede un'alimentazione esterna ed è relativamente grande. L'RFID semiattivo è il prodotto del compromesso per questa contraddizione. L'RFID semiattivo è anche chiamato tecnologia di attivazione di attivazione a bassa frequenza. In circostanze normali, i prodotti RFID semiattivi sono in uno stato dormiente e forniscono alimentazione solo alla parte del tag che contiene i dati, quindi il consumo di energia è ridotto e può essere mantenuto a lungo. Quando il tag entra nel raggio di riconoscimento del lettore RFID, il lettore attiva prima il tag con un segnale a bassa frequenza di 125 KHz in un piccolo intervallo per farlo entrare nello stato di lavoro, quindi trasmette le informazioni ad esso attraverso il microonde a 2.4 GHz. In altre parole, utilizzare prima i segnali a bassa frequenza per un posizionamento preciso, quindi utilizzare i segnali ad alta frequenza per trasmettere rapidamente i dati. Il suo scenario applicativo generale è: in una vasta gamma coperta da un segnale ad alta frequenza, più lettori a bassa frequenza sono collocati in posizioni diverse per attivare prodotti RFID semi-attivi. Questo non solo completa il posizionamento, ma realizza anche la raccolta e la trasmissione delle informazioni. [6]
Caratteristiche
In generale, la tecnologia di identificazione a radiofrequenza ha le seguenti caratteristiche: [6]
1. Applicabilità: la tecnologia RFID si basa sulle onde elettromagnetiche e non richiede il contatto fisico tra le due parti. Ciò gli consente di stabilire una connessione indipendentemente da polvere, nebbia, plastica, carta, legno e vari ostacoli e completare direttamente la comunicazione. [6]
2. Alta efficienza: la velocità di lettura e scrittura del sistema RFID è estremamente veloce e un tipico processo di trasmissione RFID è solitamente inferiore a 100 millisecondi. I lettori RFID ad alta frequenza possono persino identificare e leggere il contenuto di più tag contemporaneamente, migliorando notevolmente l'efficienza della trasmissione delle informazioni. [6]
3. Unicità: ogni tag RFID è unico. Attraverso la corrispondenza one-to-one tra il tag RFID e il prodotto è possibile tracciare chiaramente la successiva circolazione di ogni prodotto. [6]
4. Semplicità: il tag RFID ha una struttura semplice, un alto tasso di riconoscimento e una semplice attrezzatura di lettura. Soprattutto con la graduale popolarità della tecnologia NFC sugli smartphone, il telefono cellulare di ogni utente diventerà il lettore RFID più semplice. [6]
Pro e contro
Vantaggio
La tecnologia di identificazione a radiofrequenza può essere ampiamente utilizzata in molti settori e settori e deve avere il suo "eccellente".
In termini di manifestazioni esterne, il vettore della tecnologia di identificazione a radiofrequenza ha generalmente le caratteristiche di resistenza all'acqua, antimagnetica e alle alte temperature per garantire che la tecnologia di identificazione a radiofrequenza sia stabile nell'applicazione. Per quanto riguarda il suo utilizzo, l'identificazione a radiofrequenza presenta vantaggi nell'aggiornamento in tempo reale dei dati, nella memorizzazione delle informazioni, nella durata, nell'efficienza del lavoro e nella sicurezza. L'identificazione a radiofrequenza può aggiornare i dati esistenti in modo più conveniente con la premessa di ridurre le risorse umane, materiali e finanziarie, rendendo il lavoro più conveniente; la tecnologia di identificazione a radiofrequenza memorizza le informazioni basate su computer, ecc., fino a diversi megabyte e può memorizzare una grande quantità di informazioni, Per garantire il regolare svolgimento del lavoro; la tecnologia di identificazione a radiofrequenza ha una lunga durata, purché il personale presti attenzione alla protezione quando la utilizza, può essere riutilizzata; La tecnologia di identificazione a radiofrequenza ha modificato in passato l'inconveniente dell'elaborazione delle informazioni e ha raggiunto più obiettivi allo stesso tempo. L'identificazione migliora notevolmente l'efficienza del lavoro; e l'identificazione a radiofrequenza è inoltre dotata di protezione con password, che non è facile da falsificare e ha un'elevata sicurezza. La tecnologia simile alla tecnologia di identificazione a radiofrequenza è la tradizionale tecnologia dei codici a barre. La tecnologia tradizionale dei codici a barre è inferiore alla tecnologia di identificazione a radiofrequenza in termini di aggiornamento dei dati, archiviazione delle informazioni, durata, efficienza lavorativa e sicurezza e non può adattarsi bene al nostro paese. Le attuali esigenze di sviluppo sociale sono anche difficili da soddisfare le esigenze delle industrie e dei settori correlati. [7]
Svantaggio
(1) Maturità tecnologica insufficiente. La tecnologia RFID è apparsa per un breve periodo e non è molto matura nella tecnologia. A causa delle caratteristiche retroriflettenti delle etichette elettroniche RFID UHF, è difficile applicarle a materie prime come metalli e liquidi. [8]
(2) Costo elevato. Rispetto alle normali etichette con codice a barre, il prezzo delle etichette elettroniche RFID è più alto, che è decine di volte quello delle normali etichette con codice a barre. Se utilizzato in grandi quantità, il costo sarà troppo alto, il che riduce notevolmente l'entusiasmo del mercato per l'utilizzo della tecnologia RFID. [8]
(3) La sicurezza non è abbastanza forte. Il problema di sicurezza affrontato dalla tecnologia RFID si manifesta principalmente nella lettura illegale e nella manomissione dannosa delle informazioni sui tag elettronici RFID. [8]
(4) Gli standard tecnici non sono uniformi. [8]
campo di applicazione
1. logistica
L'immagazzinamento logistico è una delle aree di applicazione più potenziali dell'RFID. Giganti internazionali della logistica come UPS, DHL, Fedex, ecc. Stanno sperimentando attivamente la tecnologia RFID per migliorare le loro capacità logistiche su larga scala in futuro. I processi applicabili includono: tracciabilità del carico nel processo logistico, raccolta automatica di informazioni, applicazioni per la gestione del magazzino, applicazioni portuali, pacchi postali, consegna espressa, ecc. [9]
2. Trasporti
Ci sono stati molti casi di successo nella gestione dei taxi, nella gestione degli hub degli autobus e nell'identificazione delle locomotive ferroviarie. [9]
3. identificazione
La tecnologia RFID è ampiamente utilizzata nei documenti di identificazione personale a causa della sua lettura veloce e difficile da falsificare. Come lo sviluppo del progetto del passaporto elettronico, la carta d'identità di seconda generazione del mio paese, la carta dello studente e altri vari documenti elettronici. [9]
4. Anticontraffazione
L'RFID ha le caratteristiche che è difficile da falsificare, ma come applicarlo all'anticontraffazione richiede ancora una promozione attiva da parte del governo e delle imprese. I campi applicabili includono l'anticontraffazione di oggetti di valore (tabacco, alcol, medicinali) e l'anticontraffazione di biglietti. [9]
5. Gestione patrimoniale
Può essere applicato alla gestione di tutti i tipi di beni, inclusi oggetti di valore, oggetti con grandi quantità e alta somiglianza o merci pericolose. Man mano che il prezzo dei tag diminuisce, RFID può gestire quasi tutti gli articoli. [9]
6. cibo
Può essere applicato alla gestione di frutta, verdura, alimenti freschi e alimenti. L'applicazione in questo campo richiede innovazione nel design dell'etichetta e nella modalità di applicazione. [9]
7. Statistiche informative
Con l'uso della tecnologia di identificazione a radiofrequenza, la statistica delle informazioni è diventata un'attività semplice e veloce. Il software di interrogazione della piattaforma di gestione delle informazioni di archivio invia il segnale di inventario statistico e il lettore legge rapidamente le informazioni sui dati e le relative informazioni di archiviazione degli archivi e restituisce in modo intelligente le informazioni acquisite e le informazioni nel database di informazioni centrale per la correzione di bozze. Ad esempio, per i file che non possono essere abbinati, il gestore utilizzerà il lettore per eseguire la verifica in loco, regolare le informazioni di sistema e le informazioni in loco, quindi completare le statistiche delle informazioni. [10]
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