همه چیز در مورد RFID

برای استفاده از یک سیستم RFID در ابتدا باید با مفهموم آن آشنا بشویم. در این مقاله سعی می گردد همه چیز در مورد RFID را به طور مختصر برای شما بیاین کنیم تا به خوبی با مفهموم RFID ، انواع سیستم های RFID ، انواع تگ ها و چگونگی کار کرد یک سیستم RFID ، فرکانس های مورد استفاده در سیستم های RFID و غیره آشنا گردید. امیدواریم این مقاله مورد استفاده شما بازدید کننده گرامی قرار گیرد.

سیستم RFID چیست؟

شناسایی با فرکانس رادیویی یا RFID ، اصطلاح عمومی برای فن آوری هایی است که از امواج رادیویی استفاده می کنند تا به طور خودکار افراد یا اشیا را شناسایی کنند.

 روش های متعددی برای شناسایی وجود دارد اما رایج ترین و ساده ترین حالت آنها این است که یک شماره سریال یا اطلاعات دیگر را بر روی یک میکروچپی که به یک آنتن وصل می شود ذخیره کنیم (تراشه و آنتن با هم فرستنده RFID یا تگ RFID نامیده می شوند).

آنتن این تراشه را قادر می سازد تا اطلاعات شناسایی را به یک خواننده منتقل کند. خواننده امواج رادیویی را که از تگ RFID بازتاب داده شده را به اطلاعات دیجیتالی تبدیل می کند که می تواند به رایانه منتقل شود که از این اطلاعات می توان استفاده کرد.

برای درک بهتر از مفهوم RFID بهتر است که با مفهوم شناسایی خودکار به طور کلی اشنا شویم :

شناسایی خودکار چیست؟

شناسه خودکار یک بحث گسترده در فناوری است که به ماشین ها یا دستگاها جهت شناسایی اشیا ، افراد و غیره کمک می کند.

شناسایی خودکار اغلب همراه است با ضبط خودکار داده ها و اطلاعات به این معنا شرکت ها می خواهند آیتم های مختلفی را شناسایی کنند ، اطلاعات آنها را جمع آوری کنند و به نوعی اطلاعات را بدون نیاز به نیروی انسانی در کامپیوتر وارد کنند.

 هدف بیشتر سیستم های خودکار شناسایی ، افزایش کارایی ، کاهش خطاهای ورود داده ها و کم کردن نیروی انسانی است. برای انجام کارها با ارزش افزوده بیشتر مانند ارائه خدمات به مشتریان فناوری هایی موجود هستند که در شناسایی خودکار به ما کمک می کند مانند : کد های بارکد ، کارت های هوشمند ، تشخیص صدا، برخی از فناوری های بیومتریک (برای مثال اسکن شبکیه)، شناسایی کاراکترهای نوری و شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) است.

چگونه یک سیستم RFID کار می کند؟

یک سیستم RFID از دو قسمت لیبل یا تگ و یک خواننده تشکیل شده اند. لیبل ها یا تگ های RFID به صورت فرستنده و گیرنده عمل می کند.

 خود لیبل ها و تگ های RFID نیز شامل دو بخش می باشند : یک تراشه که اطلاعات را پردازش و ذخیره می کند و یک آنتن که برای دریافت و ارسال سیگنال است و به طور کلی تگ ها شامل یک شماره سریال خاصی برای یک شیء خاص هستند .

برای خواندن اطلاعات کد گذاری شده در یک تگ ، یک فرستنده و گیرنده رادیویی دو طرفه به نام کارت خوان یا خواننده یا ریدر یک سیگنال را به تگ یا لیبل با استفاده از یک آنتن منتشر می کند. لیبل با اطلاعاتی که در بانک حافظه آن نوشته شده است پاسخ می دهد. ریدر سپس نتایج خواندن را به یک برنامه کامپیوتری RFID انتقال می دهد.

دو نوع برچسب RFID وجود دارد : پسیو (فاقد باطری) و اکتید ( دارای باطری ) ، تگ RFID پسیو از انرژی امواج رادیوی ریدر یا کارت خوان RFID برای انتقال اطلاعات ذخیره شده خود به ریدر استفاده می کند. تگ RFID یک تگ با باتری کوچک است که انتقال اطلاعات را با گرفتن انرژی از باطری انجام می دهد.

به عنوان مثال در یک خرده فروشی، برچسب های RFID را به لباس متصل می کنند. هنگامی که انباردار از PDA دستی RFID جهت خواندن یک قفسه شلوار جین استفاده می کند، متصدی می تواند با توجه به اینکه هر جفت از شلوارهای جین شماره سریال متفاوتی دارد، بین دو جفت جین مشابه را بر اساس اطلاعات ذخیره شده در تگ RFID تفاوت قائل شود .

آیا استفاده از RFID بهتر از بارکد است؟

RFID لزوما بهتر از بارکد نیست و دو تکنولوژی متفاوت با کاربری های مختلف هستند که در بعضی اوقات این کاربری ها یکسان هستند. تفاوت بزرگ بین دو تکنولوژی این است که برای خواندن کد های بارکد از تکنولوژی خط چشم (خط قرمز بارکد خوان هنگام خواندن بارکد روی کالا line-of-sight ) استفاده می شود. به این معنی است که یک اسکنر (بارکدخوان) باید “بارکد”را ببیند تا آن را بخواند و به این معنی است که مردم معمولا باید نوار کد را به سمت اسکنر هدایت کنند تا آن را بخواند .

استفاده از شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) در مقابل با بارکد نیازی به خط دید ندارد. تگ های RFID را می توان تا زمانی که در محدوده کارت خوان قرار داشته باشند خواند. همچنین بارکدها داری نواقصی نیز هستند مثلا اگر یک بارکد پاره ، خیس ،کثیف یا تیکه ای از بارکد جدا شود هیچ راهی برای اسکن کردن آن وجود ندارد.

 بارکد ها فقط شامل استانداردهای سازنده آن ها هستند و امکان سفارشی سازی برای هر محصول را ندارند. به عنوان مثال بارکد روی یک بطری شیر با هر بطری شیر دیگر یکی هست و بر خلاف لیبل های RFID امکان درج مشخصات دیگر مثلا تاریخ انقضا هر بطری شیر را ندارند.

آیا سیستم RFID جایگزین بارکد می شود ؟

احتمالا نه. کد های بارکد هنوز هم برای انجام وظایف خاص ارزان و کارآمد هستند. احتمال دارد که RFID و بارکد برای سال های زیادی در زمینه شناسایی با یکدیگر همکاری کنند

آیا فناوری RFID  یک فناوری جدید محسوب می شود ؟

RFID یک فناوری است که از حدود  اوایل دهه 1970تا به امروز وجود داشته است اما هزینه بسیار گران و همچنین بسیار محدود بودن آن در ابتدا تولید، باعث شده است که فقط برای بسیاری از محدود برنامه های کاربردی و تجاری عملی شود. اما اگر تگ های RFID در تعداد بسیار بالا تولید شوند و هزینه تولید آنها به طور چشمگیری کاهش یابد می توانند بسیاری از مشکلات مربوط به بارکد را حل کنند. امواج رادیویی به جز مواد فلزی از بسیاری از مواد عبور می کنند، بنابراین می توان آنها را در بسته بندی مواد یا در درون بسته های  پلاستیکی محافظ برای دوام و استفاده بیشتر استفاده نمود. برچسب ها دارای میکروچیپ ها هستند که می توانند شماره سریال منحصر به فرد را برای هر محصولی که در سراسر جهان تولید می شود، ذخیره کند.

تفاوت بین فرکانس کم، زیاد و فوق العاده بالا (low, high and ultra-high) :

همانطور که در رادیو های قدیمی خود از  فرکانس های مختلف برای شنیدن کانال های مختلف رادیویی استفاده می کنید ، کارت های  RFID و کارت خوان ها باید به همان ترتیب از کانال های فرکانسی مشخصی برای برقراری ارتباط استفاده کنند. سیستم های RFID از فرکانس های مختلف زیادی استفاده می کند اما به طور کلی شایع ترین فرکانس های عبارت هستند از :

فرکانس کم (حدود 125 کیلو هرتز)LF ، فرکانس بالا (13.56 مگاهرتز)HF و فرکانس فوق العاده بالا و یا (850-900 مگاهرتز )UHF . مایکروویو ( 2.45 گیگاهرتز)

امواج رادیویی در فرکانس های مختلف متفاوت عمل می کنند، بنابراین شما باید فرکانس مناسب را برای تگ یا لیبل مناسب انتخاب کنید

چگونگی تشخیص  فرکانس مناسب جهت کاربری های مختلف

فرکانس های مختلف دارای ویژگی های مختلفی هستند که متناسب با آن ویژگی ها در برنامه های مختلفی استفاده می شوند. به عنوان مثال لیبل ها با فرکانس (LF-HF) از لیبل هایی با فرکانس فوق العادع بالا (UHF) ارزانتر هستند همچنین از قدرت و برد کمتری استفاده می کنند و قادر به نفوذ به مواد غیر فلزی هستند

اما فرکانس UHF به طور معمول محدوده و برد بهتر و بیشتری را ارائه می دهد و می تواند سریعتر داده ها را انتقال دهد. از قدرت و فرکانس بیشتری استفاده می کنند و به احتمال زیاد از بعضی مواد عبور می کنند. لیبل های UHF  نیاز به یک مسیر مستقیم بین لیبل با تگ با آنتن برد بلند UHF دارند.

همچنین در اخر به شما پیشنهاد می کنیم که  برای انتخاب فرکانس مناسب جهت کاربرد مورد نیاز خود با یک کارشناس در حوزه RFID مشورت کنید

حتما بخوانید: چاپ روی کارت RFID

فرکانس های مورد استفاده سیستم RFID در کشور های مختلف

اکثر کشورهای جهان  فرکانس های 125 khz یا 134khz از طیف رادیویی برای سیستم های فرکانس پایین LF اختصاص داده اند که در ایران از فرکانس 125khz برای سیستم های فرکانس پایین استفاده می شود و همچنین از  فرکانس 13.56 مگاهرتز در سراسر جهان برای سیستم های فرکانس بالا HF استفاده می شود. اما فرکانس  UHFتنها از اواسط دهه 1990  جهت استفاده در RFID مورد استفاده قرار گرفت و کشور های مختلف استفاده از یک طیف فرکانسی واحد جهت UHF برای RFID موافقت نکرده اند. اروپا از 868 مگاهرتز برای UHF استفاده می کند و آمریکا از 915 مگاهرتز استفاده می کند.و تا همین اواخر، ژاپن اجازه استفاده از طیف UHF برای RFID را نمی داد، اما در حال حاضر به دنبال استفاده از فرکانس 960Mhz برای RFID است.

کشورهای مختلف همچنین قدرت آنتن ها و ریدر ها را برای محدود کردن تداخل با دیگر دستگاه ها و همچنین به علت بحث سلامت و ضرر و زیان آن روی انسان در رنج های مختلفی تنظیم می کند. بعضی گروه ها، مانند Global Commerce Initiative، در تلاش هستند تا کشورها  را تشویق کنند که از فرکانس ها و خروجی های یکسانی استفاده کنند سازندگان تگ و آنتن های RFID نیز سعی دارند سیستم هایی را طراحی کنند که بتوانند با بیش از یک فرکانس کار کنند تا مشکل وجود فرکانس های مختلف در کشور های مخلف را حل کنند.

استفاده از سیستم RFID در فلز و مایعات

امواج رادیویی به درون فلز نفوذ نمی کنند و در فرکانس های فوق العاده بالا مانند UHF جذب می شوند. این باعث می شود که در محصولات فلزی و  محصولاتی که دارای محتوای آب زیاد هستند مشکل ساز باشد، اما با طراحی و مهندسی  خوب تگ ها و سیستم های  RFID تا حدودی می توان بر این مشکل غلبه کرد مانند استفاده از تگ های مخصوص روی فلز روی سطح محصولات فلزی

تفاوت بین تگ های غیرفعال(پسیو) ، فعال (اکتیو) و نیمه فعال :

تگ های فعال یا اکتیو:

 تگ های فعال یا اکتیو دارای یک باتری هستند که برای تامین جریان الکترونیکی میکروچیپ IC و برای ارسال یک سیگنال به یک خواننده مورد استفاده قرار می گیرد.

تگ های  غیرفعال(پسیو) :

تگ های غیر فعال (پسیو) باتری ندارند در عوض، آنها از خواننده به وسیله  امواج الکترومغناطیسی که ارسال می کند قدرت می گیرند

تگ های نیمه فعال  :

تگ های نیمه فعال از یک باتری برای تامین جریان الکترونیکی میکروچیپ IC استفاده می کنند، اما برای برقراری ارتباط از امواج الکترومغناطیسی خواننده یا کارت خوان یا آنتن استفاده می کنند

تگ های فعال و نیمه فعال به علت قیمت بالا و برد نسبتا زیاد تر نسبت به تگ های غیر فعال، برای ردیابی کالاهای با ارزش بالا که باید در محدوده های طولانی در یک مسیر ردیابی شوند مفید است نظیر ماشین آلات راه آهن . به همین دلیل امروز استفاده از تگ های فعال نسبت به تگ های غیره فعال  بسیار کمتر است

همپوشانی سیگنال یا collision در RFID چیست؟

یکی از مشکلاتی که RFID با آن مواجه می شود این است که سیگنال از یک خواننده می تواند با سیگنال دیگری از یک خواننده که در نزدیکی آن واقع شده است تحت هم پوشانی قرار گیرد و خوانایی و برد خواندن تگ را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. که به آن تصادف (collision)گفته می شود.

یکی از راه های اجتناب از مشکل استفاده از تکنیکی به نام time division multiple access یا TDMA است. به عبارت ساده به خوانندگان دستور داده می شوند که در زمان های مختلف بخوانند، و نه هر دو در یک زمان واحد اقدام به خواندن همزمان کنند و این تضمین می کند که آنها با یکدیگر تداخل نداشته باشند. اما این  به این معناست که هر تگ RFID در یک منطقه که دو خواننده با هم هم پوشانی دارند، دوبار خوانده می شود. بنابراین سیستم باید طوری تنظیم شود که اگر یک خواننده یک برچسب را بخواند و خواننده دیگر آن را دوباره خواند مشکلی در محاسبات پیش نیاورد

همپوشانی تگ یا collision چیست؟

یکی از مشکلات خوانندگان تگ های RFID مشکل خواندن بسیاری از تراشه ها و تگ ها به طور هم زمان در یک لحظه است. برخورد (collision) تگ زمانی اتفاق می افتد که بیش از یک تراشه یک سیگنال را در یک زمان دریافت کند و باعث اشتباه خواننده شود.

تولید کنندگان سیستم های RFID امروزه روش های مختلفی برای خواندن چند تگ به طور هم زمان دارند و از آنجا که امروزه می توان تگ ها را در زمانی بسیار کوتاهی در حد میلی ثانیه خواند ، به نظر می رسد خوانندگان توانایی خواندن هم زمان تگ ها را بدون مشکل داشته باشند که البته مقدار خواندن همزمان تگ ها در دستگاه های مختلف متفاوت است .

محدوده یا حداکثر برد خواندن تگ های  RFID :

محدوده خواندن تگ های غیر فعال (برچسب بدون باتری) بستگی به عوامل بسیاری مانند : فرکانس تگ ، قدرت خواننده ، تداخل با اشیاء فلزی و غیره دارد اما به طور کلی تگ های با فرکانس پایین LF و فرکانس بالا HF  را می توان تا برد حداکثری 3 تا 7 سانتی متر و تگ های فرکانس UHF را از 3 تا 7 متر (با توجه به استاندارد ایران ) خواند. و تگ های  اکتیو (دارای باطری ) را می توان حداکثر از 10 تا 20 متر خواند.