مبانی فناوری RFID

00. 03. 22
بازدید: 40

مبانی فناوری RFID

فناوری های بسیاری برای تشخیص هویت از طریق فرکانس رادیویی وجود دارد. این مقاله تفاوت بین شناسه‌های فعال (Active Tags)، شناسه‌های غیرفعال (Passive Tags) و تفاوت بین سیستم‌های فركانس پایین (LF)، بالا(HF)  و بسیار بالا(UHF)  را مورد بررسی قرار می‌دهد. تکنولوژی تشخیص هویت از طریق فرکانس رادیویی موج بعدی در تکامل رشد دیجیتالی شدن است.

اساس این تکنولوژی اتصال اجسام به اینترنت، ردیابی آن‌ها و به اشتراک گذاشتن داده‌های مربوط به آن‌ها می‌باشد. مفهوم این تکنولوژی ساده بوده و با قرار دادن یک گیرنده)یک ریزتراشه همراه با یک آنتن( بر روی جسم و استفاده از یک قرائتگر )یک دستگاه با یک یا چند آنتن( می‌توان اطلاعات تراشه را با استفاده از امواج رادیویی به قرائتگر منتقل کرد. سپس قرائتگر اطلاعات را به کامپیوتر و یا شبكه جهانی منتقل کرده به طوری که داده ها، ارزش استفاده برای کاربردهای خاص را پیدا کنند. از آن‌جایی كه انواع مختلفی از سیستم‌های RFID وجود دارند، نصب و استفاده از آن‌ها برای تولید داده‌هایی که می‌توانند سبب کاهش هزینه‌ها و یا افزایش بهره‌وری شوند بسیار جذاب است. انتخاب نوع مناسب از سیستم RFID برای یک کاربرد خاص بسیار مهم می‌باشد. هم‌چنین بسیار مهم است که جهت اطمینان از درستی نصب و پیکربندی سیستم از یک تکنسین یا نصاب کارآزموده کمک گرفته شود. هدف این مقاله معرفی اساس تكنولوژی RFID  می‌باشد. در این بین اطلاعات تكنیكی زیادی در اختیارتان قرار می‌گیرد که درک همه ی آن‌ها برای شما لازم نمی‌باشد ولی با شناخت صحیح از این تکنولوژی و درک تفاوت‌های عمده میان انواع مختلف سیستم‌ها، درانتخاب صحیح سیستم منطبق بر نیازهایتان موفق‌تر خواهید بود. اكثر قریب به اتفاق شناسه‌های RFID و یا ترانسپوندرها )دستگاه گیرنده که به محض دریافت سیگنال به طور خودکار آن را جواب می‌دهد.( از یک ریزتراشه سیلیکونی برای ذخیره یک شماره سریال منحصر به فرد و سایر اطلاعات استفاده می‌نمایند. شناسه‌های RFID در دو گروه عمده سیستم‌های غیرفعال (Passive) و فعال (Active) قرار می‌گیرند شناسه‌های غیر فعال فرستنده(Transmitter)  ندارند و با استفاده از انرژی ارسال شده از آنتن‌های قرائتگر(Reader)  اطلاعات و شماره سریال منحصر به فرد خود را از طریق انعكاس موج ارسال می نمایند. شناسه‌های فعال دارای فرستنده، منبع تغذیه و معمولاً اما نه همیشه دارای یک باتری نیز می‌باشند)شناسه‌های فعال می‌توانند انرژی را از خورشید و یا منابع دیگر نیز جذب کنند.( آن‌ها با پخش سیگنال اطلاعات ذخیره شده در میکروچیپ را ارسال می‌کنند. نوع دیگری از شناسه‌ها نیز وجود دارند كه نیمه غیرفعال (Semi-Passive) نامیده می‌شوند كه از باتری استفاده کرده و برای کاربردهای خاص مناسب می‌باشند.

 

سیستم های فعال :RFID

شناسه‌های فعال در اموال با حجم‌های بالا مانند كانتینرهای بار و ماشین‌های ریلی كه نیاز به ردیابی در فواصل طولانی دارند)مثلاً در محوطه توزیع( استفاده می شوند. آن‌ها معمولاً در فركانس‌های 455MHz ,2.45GHz یا 5.8GHz  كار کرده و فاصله خوانش آن‌ها بین 20  تا 100 متر می‌باشد.

به‌طور کلی دو نوع تگ فعال وجود دارد:

1- شناسه مبتنی بر ترانسپوندرها Transponders

2- شناسه مبتنی بر بیکن  Beacons

ترانسپوندرهای فعال هنگامی که سیگنال از یک قرائتگر دریافت می‌کنند فعال شده و پاسخ می‌دهند. از این شناسه‌ها درایستگاه‌های اخذ عوارض، ایستگاه‌های کنترل و سیستم‌های دیگر استفاده می‌شود. هنگامی که یک ماشین با یک ترانسپوندر فعال نزدیک محل اخذ عوارض می‌گردد سیگنالی از قرائتگر نصب شده در ایستگاه ارسال شده، که ترانسپوندر نصب شده بر روی شیشه ماشین آن را دریافت کرده و فعال می شود. سپس ترانسپوندر ID منحصر به فرد خود را به قرائتگر می‌فرستد.

ترانسپوندرها تنها سیگنال خود را زمانی که در محدوده یک قرائتگر باشند، پخش می‌كنند که این امر به حفظ عمر باتری آن‌ها کمک می‌کند.

بیکن‌ها: در سیستم‌های RTLS که در آن محل دقیق اموال باید ردیابی گردد، استفاده می شوند. در سیستم RTLS بیکن‌ها یک سیگنال با شناسه منحصر به فرد در فواصل زمانی از پیش تنظیم شده از خود ارسال می‌نمایند. این سیگنال می‌تواند هر سه ثانیه یک‌بار یا روزی یک‌بار بسته به اهمیت اطلاع از محل اموال در یک لحظه خاص در زمان منتشر گردد. این سیگنال حداقل توسط 3 قرائتگر در محیطی که اموال قرار است ردیابی شوند، خوانده می‌شود. از این سیستم معمولاً در محیط‌های باز استفاده می‌کنند اما خودروسازان از این سیستم در مراکز تولیدی بزرگ خودرو برای ردیابی قطعات خودرو استفاده می‌کنند. فاصله خوانش برچسب‌های فعال تا قرائتگر 100 متر بوده و چون سیگنال از برچسب به قرائتگر ارسال می‌شود، بسیار مورد اطمینان است. اگر چه کارکرد آن‌ها برخی اوقات تحت تأثیر باران دچار اختلال می‌شود. قیمت این شناسه‌ها بسته به میزان حافظه، عمر باتری، سنسور های موجود روی شناسه مانند سنسور حرارت، استحکام)هر چه تگ ضخیم‌تر و دارای پوشش پلاستیکی با دوام‌تر باشد گران‌تر خواهد بود( و غیره از 10 دلار تا 50  دلار متغیر می باشد.

 

سیستم‌های غیرفعال :RFID

شناسه‌های غیرفعال منبع تغذیه و فرستنده ندارند. قیمت آن‌ها نیز از شناسه‌های فعال بسیار پایین‌تر است ( 20تا(Cent 40 و نیازی به نگه‌داری نیز ندارند به همین دلیل تولیدكنندگان و خرده‌فروشان از این شناسه‌ها در زنجیره تأمین خود استفاده می‌كنند. عموماً فاصله خوانش این شناسه‌ها بسیار کم‌تر از شناسه‌های فعال (از چند اینچ تا 10 متر) می‌باشد.

 

نمونه‌هایی از شناسه‌های غیرفعال

یك ترانسپوندر غیرفعال متشکل از یک ریزتراشه متصل به یک آنتن بوده و به شكل‌های مختلفی به بازار عرضه می‌گردد. شناسه می‌تواند به شکل یک كارت پلاستیكی، كلید باشد و یا در دیوارهای یك پوشش پلاستیكی جاسازی گردد و دارای بسته‌بندی خاص برای مقاومت در برابر گرما، سرما و یا مواد تمیزکننده شیمیایی خشن باشد. شکل شناسه بستگی به کاربرد آن دارد اما نوع بسته‌بندی آن به میزان قابل توجهی به قیمت آن می‌افزاید. شناسه‌های غیرفعال در فركانس‌های متنوعی فعالیت می‌کنند. تگ‌های فرکانس پایین (LF) در فرکانس125KHz ،124KHz و135KHz ، تگ‌های فرکانس بالا (HF) در فرکانس 13.56MHz و تگ‌های فرکانس بسیار بالا (UHF) در فرکانس بین  860MHz تا 960MHz وجود دارند. بعضی سیستم‌ها نیز از فرکانس GHz 2.45 و دیگر مناطق طیف رادیویی استفاده می‌کنند.

امواج رادیویی، رفتار متفاوت در هر یک از این فرکانس‌ها از خود نشان می‌دهند که نشان دهنده این نکته می‌باشد که فركانس‌های مختلف برای كاربردهای مختلف استفاده می‌شوند. می‌خواهیم کمی در مورد تفاوت فرکانس‌ها توضیح بدهیم. امواج با فركانس پایین توانایی عبور از دیوار را دارند اما از فلز نمی‌توانند عبور کنند. استفاده از شناسه‌های فرکانس پایین برای مواردی که در آن، برچسب باید از طریق مواد یا آب در فواصل نزدیک خوانده شود، مناسب می باشد.

با افزایش فرکانس، امواج رادیویی رفتاری شبیه به رفتار نور پیدا کرده و نمی‌توانند در مواد نفوذ کنند و از بسیاری مواد منعكس می‌شوند. امواج در باند UHF  توسط آب جذب می‌گردند. یکی از چالش‌های پیش روی شرکت‌هایی که از سیستم‌های UHF استفاده می‌نمایند، توانایی خواندن تگ‌های RFID  در مرکز یک پالت یا تگ‌هایی که بر روی موادی که از آب و یا فلز ساخته شده‌اند می‌باشد.

سؤال این است كه چرا شرکت‌ها مشتاق به استفاده از سیستم‌های غیرفعال ،UHF در زنجیره تأمین خود به‌جای استفاده از سیستم‌های با فرکانس پایین (LF) و یا بالا (HF) می باشند؟ یکی از دلایل این است که برخی از فروشندگان در بازار UHF تگ‌های ساده و کم هزینه را ارایه می‌کنند. عامل دیگر فاصله خوانش می‌باشد. مثلاً شناسه‌هایی که برای سیستم RFID در انبار به کار می‌روند، باید در فاصله 3/ 3 متری خوانده شوند تا این سیستم کاربرد داشته باشد؛ زیرا راه دیگری برای خواندن شناسه نصب شده بر روی یک پالت به هنگام عبور از درب بارانداز در فاصله کم‌تر از 3/ 3 متر وجود ندارد. در فواصل نزدیک‌تر، قرائتگر عملاً مانع فیزیكی در مسیر ورود و خروج در انبار به وجود می‌آورد. تگ‌های فرکانس پایین معمولاً از فاصله 30 سانتی‌متری (12 اینچ) قابل خواندن می‌باشند و تگ‌های با فرکانس بالا (HF) در فواصل تا 1 متری و شناسه‌های UHF در فواصل تا 3/ 3 متری یا بیشتر خوانده می‌شوند. فاصله خوانش به عوامل متعددی بستگی دارد ولی شاید یكی از مهم‌ترین شیوه‌های ارسال و دریافت امواج باشد. تگ‌های فركانس پایین (LF) و فركانس بالا(HF)  عموماً از القای مغناطیسی استفاده می‌كنند. یك كویل یا حلقه سیمی در تگ و یكی در قرائتگر محاذی هم قرار می‌گیرند و موج الكترومغناطیس)بیشتر القای میدان مغناطیسی( را با هم تبادل می‌كنند.

تگ توان مصرفی لازم را از میدان مغناطیسی استخراج می‌كند و از آن توان برای روشن كردن مدارات خود استفاده می‌كند و سپس برای پاسخ دادن به قرائتگر با تغییر بار روی آنتن حلقه سیمی خود مشخصات آن را تغییر می‌دهد. قرائتگر این تغییرات را به صورت تغییرات كوچك در میدان مغناطیسی خود احساس كرده و آن‌ها را به صورت صفر یا 1 كه تشخیص داده است، تغییر می‌دهد كه قابل درك توسط سایر بخش‌ها می‌باشد. اصولاً چون تبادل اطلاعات بین Tag و قرائتگر از طریق یك میدان مغناطیسی نزدیك انجام می‌شود، فاصله خوانش در این‌گونه تگ‌ها محدود است. اما در تگ‌های غیرفعال در باند UHF به‌جای القای مغناطیسی در فاصله خیلی نزدیك، از كوپل انتشاری استفاده می‌شود. یك قرائتگر موج الكترومغناطیسی از خود ساطع می‌كند كه ذاتاً با به‌وجود آوردن یك میدان مغناطیسی متفاوت است. تگ، موج حاصل را جذب كرده و آن را تبدیل به برق برای روشن كردن مدارات خود می‌نماید.

مدارات برای پاسخ دادن به قرائتگر باز هم امپدانس بار آنتن را تغییر می‌دهند. در نتیجه موجی كه به تگ می‌رسد در بعضی مواقع كاملاً جذب و بعضی موارد كاملاً منعكس می شود كه باز هم توسط قرائتگر به صورت “صفر” و “یک” تعبیر می‌گردد. این همان مفهموم انعكاس برگشتی است كه تگ غیرفعال را از وجود فرستنده ی سنتی بی نیاز می‌كند. البته به جای حالتی كه سیگنال انعكاس برگشتی به صورت جذب و انعكاس كامل باشد، می‌تواند

مشتمل بر تغییر فاز نسبت به سیگنال ارسالی باشد و در این حالت قرائتگر تغییرات فاز را به دیتای صفر و یك تبدیل می‌كند.

 

تركیب RFID فعال و RFID غیرفعال:

هدف استفاده از RFID در زنجیره تأمین ایجاد نظارت و قابلیت شناسایی بالا برای کنترل دقیق و بی درنگ موقعیت محصولات و اشیا می‌باشد. اما زمانی كه محصولات انتقال پیدا می‌کنند این قابلیت از بین می‌رود؛ بنابراین می‌توان با ترکیب شناسه‌های غیرفعال و فعال با یكدیگر تعیین کرد که كالاها در كدام كانتینر قرار دارند و چه زمانی از انبار توزیع خارج شده‌اند و همچنین به كمك GPS می‌توان موقعیت كالاها را درحال حرکت در مسیر جاده نیز تعیین كرد. )این نوع سیستم برای به اجرا درآوردن هزینه بالایی دارد و زمانی می‌توان از آن استفاده کرد كه كمپانی به دنبال كاهش سرقت در زنجیره تأمین می‌باشد.(

بنابراین در آینده یك مدیر زنجیره تأمین می‌تواند به‌طور پویا محموله‌ها را مدیریت كند. برای مثال زمانی كه پتانسیلِ كم بودن كالا در فروشگاهی وجود دارد با تغییر مسیر كامیون‌ها به آن مکان می‌توان از ضررهای اقتصادی ممكن به سرعت پیشگیری كرد.

واضح است كه RFID به‌طور جدی كارایی زنجیره تأمین را بهبود می بخشد اما این تكنولوژی كاربردهای دیگری نیز دارد از تأمین امنیت ساختمان‌ها، تضمین ایمنی کارگران، بهبود استفاده از اموال و كاهش خطاها در خطوط تولید و افزایش سرعت و بهره‌وری در تمام موارد فوق.

 

برگرفته از: مجله RFID Journal