Метка радиочастотной идентификации

Принципиальная схема

Следует отметить, что окончательный проект включает в себя все исправления ошибок и некоторые дополнения, которые были сделаны на стадии создания прототипа. Ниже будет подробная информация о внесенных изменениях. Чтобы уберечь читателя от возгласа «многабукв, ниасилил!», сразу приведу окончательный вариант.

Вся схема в PDF.Схема в формате gschem.

Система тотального контроля товарооборота в России

Основная статья Государственная информационная система маркировки товаров

Регистр данных

Метка EM4100 хранит 64 бита данных, значит, конструкция должна содержать 64-битный сдвиговый регистр, составленный из восьми 8-битных регистров 74HC165. Регистр перезагружается после каждых 64 сдвигов, чтобы сбросить данные и начать сначала. Данные на входах регистра следующие:

• Паттерн синхронизации: девять единиц
• Идентификатор производителя/версии: 2 блока по 5 бит, из которых 4 бита — данные, а пятый — четность
• Уникальный идентификатор: 8 блоков по 5 бит, из которых 4 бита — данные, а пятый — четность
• Контрольная сумма: 4 бита четности, подсчитанные по столбцам
• Стоп-бит: «0»

Смотрите описание протокола, там красивая табличка. Данные передаются старшим битом вперед. Всего есть 40 бит (8 32), которые пользователь устанавливает переключателями. Многие RFID-считыватели будут игнорировать поле «ID производителя/версии» и выдавать только 32-битный уникальный идентификатор (в десятичной системе, аррррр!).

Четность по строкам считается среди 4-битных групп (полубайт). Бит четности вычисляется при помощи 4-входового XOR (исключающее ИЛИ) следующим образом:RPx = D0⊕D1⊕D2⊕D3 = (D0⊕D1)⊕(D2⊕D3), что реализуется на трех элементах 74HC86. Четность по столбцам вычисляется аналогично, но по 10 битам, используя элемент 74HC280 для первых девяти бит и 74HC86 — для десятого.

Значительная часть меток имеют неизменяемые идентификаторы. Данная конструкция может выдавать все возможные идентификаторы, требуется только задать номер с помощью переключателей, а расчет четности остается прежним. Несмотря на то, что схема вычисления четности содержит много микросхем, она почти не потребляет энергии, так как находится в статическом состоянии. Таким образом, гибкость может быть достигнута только ценой добавления микросхем, без ущерба другим характеристикам.

Национальный стандарт по уникальной идентификации RFID-меток

Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии №56-ст от 26.04.2011 г. утвержден национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р ИСО/МЭК 15963-2011 «Информационные технологии. Радиочастотная идентификация для управления предметами. Уникальная идентификация радиочастотных меток» с датой введения в действие 1 января 2012 г.

Стандарт устанавливает требования к структуре идентификаторов, которые записываются в память радиочастотных меток, обеспечивая при этом их уникальную идентификацию. Данный стандарт может служить основой для разработки нормативных документов для конкретных применений в области радиочастотной идентификации и предназначен для разработчиков и изготовителей интегральных микросхем радиочастотных меток, а также для всех пользователей технологии радиочастотной идентификации. Стандарт подготовлен Ассоциацией автоматической идентификации «Юнискан/ГС1 Рус».

RFID-метка SIMATIC RF620T, соответствующая стандартам ISO 18000-6C EPC CLASS 1 GEN. По центру нанесён штрих-код, справа — DMC

По функциональности RFID-метки, как метод сбора информации, очень близки к штрих-кодам, наиболее широко применяемым сегодня для маркировки товаров. Несмотря, на удешевление стоимости RFID-метки, в обозримом будущем полное вытеснение штрих-кодов радиочастотной идентификацией вряд ли состоится по экономическим причинам (система не будет окупаться).

В тоже время и сама технология штрих-кодов продолжает развиваться. Новые разработки (например, двумерный штрих-код Data Matrix) решают ряд проблем, ранее решавшихся лишь применением RFID. Технологии могут дополнять[16] друг друга. Компоненты с неизменными потребительскими свойствами могут маркироваться постоянной маркировкой на основе оптических технологий распознавания, несущей информацию об их дате выпуска и потребительских свойствах, а на RFID-метку можно записать информацию, подверженную изменению, такую, как данные о конкретном получателе заказа на возвращаемой многоразовой упаковке.

• Возможность перезаписи. Данные RFID-метки могут перезаписываться и дополняться много раз, тогда как данные на штрих-коде не могут быть изменены — они записываются сразу при печати.
• Отсутствие необходимости в прямой видимости. RFID-считывателю не требуется прямая видимость метки, чтобы считать её данные. Взаимная ориентация метки и считывателя часто не играет роли. Метки могут читаться через упаковку, что делает возможным их скрытое размещение. Для чтения данных метке достаточно хотя бы ненадолго попасть в зону регистрации, перемещаясь в том числе и на довольно большой скорости. Напротив, устройству считывания штрих-кода всегда необходима прямая видимость штрих-кода для его чтения.
• Большее расстояние чтения. RFID-метка может считываться на значительно большем расстоянии, чем штрих-код. В зависимости от модели метки и считывателя, радиус считывания может составлять до нескольких сотен метров. В то же время подобные расстояния требуются не всегда.
• Больший объём хранения данных. RFID-метка может хранить значительно больше информации, чем штрих-код. На микросхеме площадью в 1 см² может храниться до 10000 байт информации, в то время как штриховые коды могут вместить 100 байт (знаков) информации, для воспроизведения которых понадобится площадь размером с лист формата А4.
• Поддержка чтения нескольких меток. Промышленные считыватели могут одновременно считывать множество (более тысячи) RFID-меток в секунду, используя так называемую антиколлизионную функцию. Устройство считывания штрих-кода может единовременно сканировать только один штрих-код.
• Считывание данных метки при любом её расположении. В целях обеспечения автоматического считывания штрихового кода, комитеты по стандартам (в том числе EAN International) разработали правила размещения штрих-меток на товарной и транспортной упаковке. К радиочастотным меткам эти требования не относятся. Единственное условие — нахождение метки в зоне действия считывателя.
• Устойчивость к воздействию окружающей среды. Существуют RFID-метки, обладающие повышенной прочностью и сопротивляемостью жёстким условиям рабочей среды, а штрих-код легко повреждается (например, влагой или загрязнением). В тех сферах применения, где один и тот же объект может использоваться неограниченное количество раз (например, при идентификации контейнеров или возвратной тары), радиочастотная метка оказывается более приемлемым средством идентификации, так её не требуется размещать на внешней стороне упаковки. Пассивные RFID-метки имеют практически неограниченный срок эксплуатации.
• Интеллектуальное поведение. RFID-метка может использоваться для выполнения других задач, помимо функции носителя данных. Штрих-код же не программируем и является лишь средством хранения данных.
• Высокая степень безопасности. Уникальное неизменяемое число-идентификатор, присваиваемое метке при производстве, гарантирует высокую степень защиты меток от подделки. Также данные на метке могут быть зашифрованы. Радиочастотная метка обладает возможностью закрыть паролем операции записи и считывания данных, а также зашифровать их передачу. В одной метке можно одновременно хранить открытые и закрытые данные.

• Стоимость системы выше стоимости системы учёта, основанной на штрих-кодах.
• Сложность самостоятельного изготовления. Штрих-код можно напечатать на любом принтере.
• Подверженность помехам в виде электромагнитных полей.
• Недоверие пользователей, возможности использования её для сбора информации о людях.
• Установленная техническая база для считывания штрих-кодов существенно превосходит по объёму решения на основе RFID.
• Недостаточная открытость выработанных стандартов.

Основная статья: Стандарты RFID

Международные стандарты RFID, как составной части технологии автоматической идентификации, разрабатываются и принимаются международной организацией ISO совместно с IEC. Подготовка проектов (разработка) стандартов производится в тесном взаимодействии с инициативными заинтересованными организациями и компаниями.

Резонансный контур

Сердцем схемы питания является резонансный контур из конденсатора и катушки. Напряжение выпрямляется мостом на диодах Шоттки и поступает на накопительный конденсатор. Резонанс в контуре в сочетании с высокой добротностью будет обеспечивать достаточно высокое напряжение. Входное напряжение ограничено цепочкой светодиод стабилитрон. Светодиод загорается, когда накопитель заряжен, а затем сжигает излишки энергии, защищая схему от перенапряжения.

Накопительный конденсатор вмещает достаточно энергии, чтобы питать метку некоторое время. Стабилитрон ограничивает максимальное напряжение на уровне примерно 12 В, а стоящий после него LDO-стабилизатор требует всего 0,4 вольта сверх рабочего напряжения 3,3 В. При емкости конденсатора 2 мкФ и расчетной нагрузке 800 мкА время работы составит (12В – 3,7В) * 2мкФ/800мкА ≈ 20 мс.

Схема разработана так, что можно подключить дополнительный источник питания (3 или 4 батарейки AAA), а также включать/выключать LDO-стабилизатор. Батарея необязательна, но я не могу гарантировать, что все RFID-считыватели будут давать достаточную мощность.

Любопытный читатель может спросить меня, почему блок питания обеспечивает 3,3 В, в то время как семейство 74HC может работать и при 2 вольтах. Причина тому — схема ФАПЧ (см. ниже, «Восстановление тактового сигнала»). ГУН микросхемы 74HC4046 может работать лишь при напряжении питания выше 3 В. Если ФАПЧ не используется, напряжение питания можно уменьшить до 2 вольт. Все микросхемы семейства HC достаточно быстры, чтобы даже при 2 В справляться с тактовой частотой 125 кГц.

Питание от резонансного контура должно быть настроено таким образом, чтобы считыватель не сбивался слишком часто, и в то же время извлекалось достаточно энергии для работы метки. Это оказалось сложнее, чем я думал. Как говорилось ранее, добротность играет значительную роль. На самом деле, нужна небольшая катушка, достаточно крупная для получения энергии, но достаточно маленькая, чтобы не нагружать передатчик слишком сильно и обеспечивать легкую модуляцию.

Обратите внимание, что резонансная LC-цепь работает не точно на резонансной частоте, рассчитанной для выбранных компонентов. Причина в том, что схема метки создает (слегка емкостную) нагрузку для контура. Таким образом, катушка должна быть немного меньше, чем рассчитано. Это имеет то преимущество, что вы можете сделать катушку в соответствии с теорией, а затем удалять витки до достижения правильной частоты.

Оказалось, что дешевый считыватель был очень чувствителен к высокой нагрузке, и чем ниже была нагрузка, тем лучше он работал. Изначальная катушка, 3,3 мГн была уменьшена вдвое несколько раз, пока некий стабильный компромисс не был найден при индуктивности около 680 мкГн. Вторым изменением было снижение емкости накопительного конденсатора с 10 до 2 мкФ. Считыватель по-прежнему сбоит то и дело, но по крайней мере, работает чаще, чем раньше.

Во всяком случае, контроллер на двери, кажется, был рад всему, что я посылал, и не подводил меня ни разу (даже если я забывал свой настоящий ключ во время тестирования).

Безымянный RFID-ридер прекрасно работает, когда метка имеет внешнее питание. При использовании внешнего источника, по-видимому, лучше включить ФАПЧ. Я думаю, они слишком сэкономили на развязывающих конденсаторах 😉

После обсуждения с Марком (парень, который использует этот фиговый ридер) он сказал мне, что видел проблемы с этим считывателем, даже используя нормальные метки. Мы решили устроить ему небольшой сеанс отладки. В цепях питания ридера присутствовали 200 мВ пульсации (на частоте 125 кГц) и некоторые неприятные импульсы здесь и там.

Замечание для всех: не покупайте такие говносчитыватели. Или купите хороший, или соберите его самостоятельно.

Если вы думаете, что история на этом заканчивается, то вы ошибаетесь. Еще есть куда совершенствовать модулятор, и значительные изменения позволили ему работать гораздо лучше. Даже дешевый безымянный считыватель можно заставить работать хорошо.

Российский рынок RFID

2015: Прогноз

Объём рынка в компании `Ситроникс`, одном из крупнейших его игроков в России, оценивают в 250 млн. долл. с прогнозом роста до 500 млн. долл. к 2015 г. Впрочем, прогноз этот оправдается лишь в том случае, если будут реализованы соответствующие планы правительства, — нынешние правила контроля за использованием радиочастот отнюдь не способствуют бестревожному развитию RFID-сегмента.

В то же время в глобальном масштабе бесконтактные радиочастотные технологии проникают во всё более обширные сферы экономики — не только в логистику и розничную торговлю, как это было изначально, но и в медицину, безопасность, общественный транспорт и т. п. Мировой рынок RFID-меток, если принять в расчёт различные оценки, уже превысил 5 млрд. долл. и растёт внушительными темпами — примерно от 15 до 25% за последние три-пять лет (опять-таки, по данным разных аналитических агентств).

Точные аналитика и прогностика этого рыночного сегмента осложняются тем, что он сам по себе достаточно обширен. Конкретных реализаций RFID-технологии существует немало, как и областей её применения; более того, проникновение её в новые рыночные ниши во многом определяется государственной политикой тех или иных стран.

По крайней мере, в России средства радиочастотной идентификации попали в недавно опубликованный Минэкономразвития `Перечень технологических платформ, предлагаемых для утверждения Правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям` как одно из приоритетных направлений технологического развития страны.

публикации статей, создание интернет-порталов, участие и организация выставок и семинаров. Несмотря на повышение осведомленности потребителя о технологии, уровень ее внедрения оказался ниже, чем ожидали производители и интеграторы. В результате, если проанализировать активность продвижения технологии после 2006 года, то следующий пик наблюдался лишь в 2012 году, когда компании-потребители стали постепенно выходить из кризиса и искали новые пути повышения конкурентоспособности на рынке.

Оценить объем российского рынка RFID технологии достаточно сложно, поскольку: во-первых – нежелание компаний-производителей и интеграторов делиться информацией во избежание дополнительной конкуренции и, во-вторых – сложность в идентификации импортного оборудования, в связи с широким классификатором кодов ТН ВЭД, которые могут использоваться при ввозе комплектующих и готовых изделий для RFID-систем. Однако, по словам экспертов объем рынка в 2012 году превысил показатели 2010 года на 45%.

В настоящее время (август 2014 года – прим. TAdviser) на рынке наблюдается спад. Часть планируемых к реализации проектов, пока заморожена до лучших времен.

В настоящее время на отечественном рынке существует несколько основных видов компаний, предлагающих RFID оборудование: дистрибьюторы (не занимаются напрямую внедрением оборудования), интеграторы (занимаются построением комплексных решений), производители (отчасти занимаются внедрением разрабатываемого оборудования).

Сегодня в России представлено большое количество зарубежного оборудования. До сих отсутствует серийное производство отечественных UHF чипов для меток (собственный дизайн и разработка). При производстве меток российские компании зачастую используют чипы американской компании NXP. В 2015 году одна из крупнейших российских компаний, занимающихся производством продуктов RFID-технологии, планирует запустить на производстве полный цикл от разработки дизайна UHF RFID-чипа до внедрения комплексной системы на объекте заказчика. Пока на российском рынке производятся лишь чипы частотного диапазона HF.

При рассмотрении импорта, стоит отметить, что наиболее популярно на российском рынке оборудование американских компаний. Европейское оборудование зачастую дороже, вследствие чего покупатели не всегда останавливают на нем свой выбор. Азиатское оборудование делится на два типа: более качественное и дорогое – Гонконг и Южная Корея и более дешевое и зачастую используемое для простых решений – Китай. Российское оборудование пока не столь популярно, как зарубежные аналоги.

Большинство компаний, осуществляющих свою деятельность по продвижению RFID технологии находятся в Москве и Санкт-Петербурге. Для расширения географии внедрения дистрибьюторы постоянно проводят региональное обучение, освещая основные преимущества использования RFID-технологии. Результатом послужил рост числа компаний-интеграторов в городах: Казань, Екатеринбург, Краснодар, Самара, Новосибирск, Нижний Новгород.

Анализ существующей ситуации на рынке RFID свидетельствует о том, что наиболее популярными областями внедрения являются логистика, производство и контроль доступа. Также стоит отметить фармацевтику и ювелирную промышленность. До последнего времени еще одним успешно развивающимся направлением являлись библиотеки, внедрение RFID-технологии в которых поддерживалось государством.

• легкая промышленность. Правительство планирует маркировать всю продукцию легкой индустрии на территории Таможенного союза. Пилотный проект по идентификации меховых изделий планируется запустить в 2015 г.

Несмотря на активную деятельность компаний производителей и интеграторов RFID-технологии стоит отметить, что на рынке существует большое количество проблем, препятствующих ее продвижению:

• высокая стоимость оборудования;
• низкий уровень государственной поддержки (обеспечение компаний рыночными нишами по сбыту);
• низкий уровень технологической базы, используемой на предприятиях потребителя;
• нехватка российских стандартов;
• низкая осведомленность потребителей.

В 2015 году на российском рынке возобновили активную маркетинговую деятельность по продвижению технологии: стали появляться новые статьи в журналах, повысился интерес к технологии на выставках.

Однако для крупномасштабного продвижения технологии этого мало. Если рассмотреть пример наших западных коллег, а именно Франции и Германии, являющихся одними из европейских стран лидеров по внедрению RFID, стоит отметить, что повышение интереса к RFID технологии со стороны потребителя было связано прежде всего с государственной поддержкой, направленной на предоставление рыночных ниш для внедрения технологии, а также с совместной работой всех игроков на рынке с целью продвижения технологии, а не конкретно своего продукта.

Западные коллеги положительно настроены на работу с российскими компаниями, причем не только по продаже ими своей продукции, но и по совместной разработке новых решений. Однако все они отмечают отсталость отечественного рынка приблизительно на 7-10 лет и подчеркивают начальную стадию его развития. Этот факт напоминает о необходимости свериться с зарубежным опытом, изучить подходы к разработке инновационных решений, к продвижению. Это позволит быстрее расширить области применения технологии радиочастотной идентификации в России.

По данным исследовательской компании IDTechEx объем международного рынка решений на базе технологий радиочастотной идентификации, RFID, оценивается по итогам 2017 года в размере 11,2 миллиарда $. К 2022 году прогнозируется, что он достигнет 14,9 миллиарда $.

Исследование, озаглавленное Chipless RFID Market (2011 – 2016) – Global Forecasts by Applications (2013 год), рассматривает перспективы рынка RFID-технологий в розничной торговле, авиации, здравоохранении, на общественном транспорте и иных сегментах, в которых применяются технологии смарт-карт.

Аналитики cпрогнозировали будущие доходы от продажи технологий RFID на всех основных территориях, включая США, Европу, Азиатско-Тихоокеанский регион и остальные страны мира.

Как заявляется в отчете, потребность в технологиях RFID существенно возросла по всему миру благодаря их доступной стоимости, совместимости с существующими инфраструктурами, способности работать в любых условиях, точности в работе с данными и простоте.

Глобальный рынок технологий RFID, по данным Markets {amp}amp; Markets, уже в конце 2011 года приносил доход в $1,087 млрд. К 2016 году ожидается, что объемы этого рынка достигнут $3,925 млрд., при этом ежегодный прирост составит 29,3%.

Львиная доля доходов придется на рынок считывателей RFID, который в конце 2011 г. уже приносит не менее $417 млн. В ближайшие два года доход от этого рынка составит примерно $1,205 млрд. с ежегодным приростом в 23,6%.

Самым быстрорастущим сегментом станут бесчиповые RFID-технологии, объем рынка которых будет расти примерно на 83,5% в год. К 2016 году суммарный доход от них должен составить $375 млн. по всему миру, прогнозируют аналитики.

Наибольшая рыночная доля – 44% – придется на Северную Америку. Точно такую же долю рынка разделят между собой Европа и Азиатско-Тихоокеанский регион. В последнем, впрочем, ожидается наиболее стремительный прирост рынка – примерно на 37% в год.

Свой прогноз по поводу рынка RFID на этой неделе опубликовала и другая аналитическая компания – TechNavio. По мнению аналитиков, среднегодовой рост рынка RFID-технологий в период до 2018 г. составит 22,4%.

Основной сферой использования RFID, однако, станет не сегмент смарт-карт, а розничная торговля и логистика, полагает компания.

Лидирующие позиции на рынке RFID займут компании Alien Technology, Intermec, Impinj and NXP Semiconductor. Другими вендорами, успешно нашедшими свою нишу на рынке RFID-меток, станут Motorola Solutions, RF Code, RFID4U, UPM raflatac и Zebra Technologies.

Сфера использования RFID-меток расширяется. Так, быстро растет рынок использования RFID-меток для отслеживания и контроля за контейнерами с кровью и препаратами, сделанными из крови, по всей логистической цепочке в ходе обмена подобными продуктами между центрами переливания и медицинскими учреждениями.

Дешевые считыватели и мусорный сигнал

Резонансный контур работает на частоте 125 кГц, которая используется для тактирования всей схемы. Сигнал с катушки через разделительный конденсатор подается на триггер Шмитта 74HC14 и преобразуется в сигнал RAWCLK (таким же образом обычно снимается сигнал 50 Гц с силового трансформатора). Гистерезис триггера Шмитта необходим по причине того, что сигнал имеет пологие фронты и может нести в себе много шума.

Опциональная схема ФАПЧ (PLL), выполненная на микросхеме 74HC4046, синхронизирует тактовый генератор с несущей частотой резонансного контура. ФАПЧ нужна только в том случае, если несущая частота прерывается. Такие разрывы могут возникать у RFID-считывателей, которые периодически подстраивают амплитуду электромагнитного поля, так, что сигнал оказывается ниже порога срабатывания триггера Шмитта.

Тем не менее, считыватель остается способен принимать данные и при низких амплитудах поля. ФАПЧ поддерживает тактовый сигнал во время таких периодов. Схема имеет переключатель, позволяющий разрешить или запретить использование ФАПЧ. С отключенной ФАПЧ ниже потребление энергии, но ее включение может быть полезно для работы с некоторыми считывателями.

Проблемы с ФАПЧ могут возникнуть с дешевыми считывателями, которые генерируют несущий сигнал со значительным фазовым шумом (джиттером). Это заставляет ФАПЧ непрерывно работать, подстраивая фазу, что повышает энергопотребление. Другая проблема с ФАПЧ может возникнуть с очень плохими RFID-ридерами, которые восстанавливают принятые данные исключительно по своему внутреннему генератору 125 кГц. Если метка пропустит период, считыватель запутается, и случится Неприятная Штука™.

Когда я начинал проект, я понятия не имел, насколько чувствительным к модулированному сигналу будет RFID-считыватель. Поэтому модуляция была реализована в виде полного замыкания катушки, как было найдено в сети. Вскоре оказалось, что модуляция была слишком глубока, и RFID-считыватель не мог выделить из сигнала стартовые и стоповые биты. Электроника ридера была просто ошеломлена такой модуляцией и выдавала всякий мусор.

Единственный доступный считыватель пришлось вскрыть и припаять несколько проводов к его плате, чтобы посмотреть, какие на самом деле данные он принимает. Оказывается, что RFID-ридер может принять данные с катушки, закороченной источником тока порядка 50-100 мкА. Это несколько далековато от тех 2,5 мА, которые дает полное замыкание катушки.

Модулятор был изначально собран на биполярных транзисторах. Это привело к пологим фронтам сигнала, потому что транзисторы работали в режиме низкого энергопотребления, а значит, весьма медленно. Замена их на МОП-транзисторы сделала модулятор быстрее и сэкономила очередные 27 мкА потребляемого тока. У меня были только транзисторы в корпусах SOT-23 (Маленькие тараканчики для SMD-монтажа. — Прим. перев.

Единственный RFID-считыватель был неизвестного производства и соответствующего качества. Он оправдал самые худшие ожидания. Если вы отправляете на считыватель некорректные данные, вы можете: а) подвесить считыватель, б) получить мусор на вводе в компьютер и в) проклясть все на свете, пытаясь понять, почему что-то не работает как ожидалось.

Делитель частоты

Некоторые тактовые сигналы являются производными

от главного сигнала MCLK. Метки EM4100 обычно выпускают под скорости передачи данных MCLK/16, MCLK/32 и MCLK/64, хотя значение MCLK/64 (2 кбит/с) наиболее распространено. Переключаемый делитель частоты для настройки скорости передачи собран на половинке счетчика 74HC393. Делитель формирует сигнал DCLK. Набор переключателей задает коэффициент деления для тактового сигнала.

Вторая половина счетчика 74HC393 формирует все внутренние тактовые сигналы (CCLK, PCLK и SCLK). Регистр данных сдвигается по сигналу SCLK, который задает скорость передачи данных.

Полная временая диаграмма приведена на схеме устройства (страница 2).

Технология

RFID (англ. Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация) — метод автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID-метках. Любая RFID-система состоит из считывающего устройства (считыватель, ридер или интеррогатор) и транспондера (он же RFID-метка, иногда также применяется термин RFID-тег).

Большинство RFID-меток состоит из двух частей. Первая — интегральная схема (ИС) для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного (RF) сигнала и некоторых других функций. Вторая — антенна для приёма и передачи сигнала.

C введением RFID-меток в повседневную жизнь связан ряд проблем. Например, потребители, не обладающие считывателями, не всегда могут обнаружить метки, прикреплённые к товару на этапе производства и упаковки, и избавиться от них. Хотя при продаже, как правило, такие метки уничтожаются, сам факт их наличия вызывает опасения у правозащитных и религиозных организаций.

По замыслу разработчиков технологии, на объект для его контроля или учета крепится RFID-метка с уникальной информацией и позволяет идентифицировать объект, к которому прикреплена. Данная метка по беспроводной связи передает информацию о «своем» объекте в компьютерную базу данных, что дает возможность в режиме реального времени отслеживать его состояние.

Ограничением для использования RFID также является металлическая упаковка и жидкости, которые не позволяют гарантировать качество считывания данных с метки.

Уже известные приложения RFID (бесконтактные смарт-карты в системах контроля управления доступом и в платёжных системах) получают дополнительную популярность с развитием интернет-услуг.

Основными достоинствами технологии RFID являются:

• Возможность уникальной идентификации объекта;
• Считывание метки без прямой видимости;
• Возможность мгновенного считывания большого количества меток;
• Объем хранимых на метке данных может достигать нескольких мегабайт и обновляться в реальном времени.

Развитие рынка средств радиочастотной идентификации (RFID) сдерживается тремя объективными факторами: стоимостью меток, сложностями со считыванием на разных объектах, а также недостаточной развитостью ИТ-инфраструктуры – таковы выводы аналитиков ID Expert. Целью исследования, проведенного этим информационным ресурсом, стало определение ключевых направлений развития решений RFID в ближайшем будущем. Большинство респондентов в качестве таких направлений называют складскую логистику, транспортную логистику и системы контроля доступа.

Как подчеркивают эксперты, в настоящее время у большинства компаний нет жесткой необходимости перехода со штрих-кодирования на технологию RFID. Ее использование может дать определенные удобства и преимущества, однако далеко не все готовы за эти преимущества платить.

Пионерами внедрения RFID становятся те, для кого критически важны скорость обработки информации, – именно они готовы платить за это цену метки. Уже вполне сформировавшимся направлением RFID являются системы безопасности и контроля доступа, а также учета основных средств. В этой сфере ожидается развитие не менее чем на 10-20% в год. Серьезный импульс этой отрасли может придать организация Универсиады-2013, Олимпиады-2014 и Чемпионата мира по футболу-2018.

RFID-метки, в отличие от штрих-кода, практически нереально подделать. Поэтому в ближайшие годы можно ожидать взрывной рост их применения в области защиты товаров от подделок: маркировка лекарств, алкогольных акцизных марок и документов. Тем не менее, наиболее емкой и потенциально интересной для игроков нишей является розничная торговля. Внедрение RFID в гипермаркетах позволит снизить потери, улучшить учет и, главное, устранить очереди, ускорив обработку покупок.

Необходимо серьезное экономическое обоснование применения технологии в той или иной отрасли – зачастую оно неочевидно, если вообще возможно. Поэтому прежде чем принять решение о внедрении RFID, компаниям приходится быть готовыми к проведению предварительных исследований. Зачастую они показывают нецелесообразность применения технологии для конкретной задачи.

Предприятия, где оперативный учет имущества не автоматизирован, часто сталкиваются с проблемами при учете активов и проведении инвентаризации. Ручной учет поступления, поиска, выдачи, перемещения и списания объектов, а также ручной ввод информации о них в базу данных чреваты ошибками и заставляют ответственных сотрудников жить в напряжении `от инвентаризации до инвентаризации`.

Вопрос автоматизированного учета и инвентаризации имущества (мебели, компьютерного парка, телефонных станций, оргтехники и т. п.), а также техобслуживания и ремонта оборудования одинаково актуален практически для любого предприятия, если количество учитываемых объектов превышает несколько тысяч. При этом с помощью технологии радиочастотной идентификации (RFID) можно в десятки раз ускорить время проведения описи, сверки и поиска нужных объектов, обеспечить достоверность данных и прозрачность учета основных средств.

При всех видимых преимуществах технологии RFID в нашей стране она пока не стала стандартом де-факто. Хотя потенциальные заказчики проявляют большой интерес к данной технологии, многие из них сохраняют осторожность в ее освоении. Как следствие, публичные объявления о завершении проектов на базе RFID довольно редки.

Счетчик по модулю 128

Регистр данных содержит 64 бита, но проблема в том, что перезагрузка данных занимает еще один такт. Если считать только до 64, то сигнал окончания счета перекроет один сигнал сдвига, что означает пропуск бита в следующем 64-разрядном цикле и приведет к неправильному началу цикла передачи данных.

Микросхема 74HC40103 работает как счетчик по модулю 128, ведя обратный отсчет от 127 до 0 на двойной скорости передачи данных, а затем перезагружаясь. Сигнал конца счета (MOD128) немного сдвинут по времени за счет синхронизации с CCLK для того, чтобы избежать перекрывания фронта с фронтом SCLK. Это выполняется при помощи триггера 74HC74, который формирует сигнал параллельной загрузки регистра ~PLOAD.

Экономический эффект от внедрения системы

• Контроль качества на всех этапах производства, снижая процент брака.
• Сокращение затрат на персонал. Контроль за технологическими процессами на всех участках будет осуществляться RFID-системой автоматически, исключив человеческий фактор.
• Эффективное управление всеми узлами логистической цепочки.
• Минимизация издержек на оперативный учет.

От систем штрихового кодирования к RFID в системе розничных поставок

Технология радиочастотной идентификации является, наверное, самым модным трендом в маркировке товаров. RFID в торговле применяется как инструмент анализа перемещения товаров и открывает все новые перспективы,создаваемые мечтой инженеров и технологов. Самые очевидные преимущества-полный контроль над товародвижением,повышение качества обслуживания,минимизация ошибок и защита от краж.

Какие еще возможности откроет внедрение RFID , покажет время. У западных ритейлеров уже наработан опыт использования радиочастотных меток ,запущены первые амбициозные RFID-проекты и в России. Какие возможности открывает использование системы RFID в торговом зале магазина, на складе и распределительном центре?

Задачей ИТ-специалистов компании при выборе RFID является интеграция технологии с управлением системой поставок (SCM), управлением отношениями с клиентами (CRM) и планированием ресурсов предприятия (ERP), то есть со всей системой в целом. Кроме того, ИТ-специалистам необходимо ознакомить менеджеров по продажам с механизмом работы и преимуществами использования RFID-технологий.

Основная проблема внедрения новой технологии состоит в том, что проложить мост между закрытыми системами, существующими и активно используемыми на рынке сегодня, и расширяющейся ролью новых технологий в полностью интегрированных открытых системах, включающих отлично подобранные устройства и ИТ-инфраструктуру, не так уж просто.

С другой стороны, ритейлерам необходимо управлять не только товарооборотом на предприятии, но и ассортиментом используемого торгового оборудования, чтобы оптимизировать и увеличивать доходность предприятия. Менеджерам по закупкам необходимо иметь дело с реальными данными, чтобы не терпеть убытки. Кроме того, для любого предприятия ситуация, когда необходимого товара нет на складе в наличии, просто недопустима и заставляет ритейлера обращаться к другому поставщику.

Идея автоматизации предприятий розничной торговли далеко уже не нова. Штриховое кодирование стало самой популярной технологией автоматизации с момента появления и внедрения на рынок торгового оборудования. Использование штрих-кода на предприятиях совершенно различных отраслей способствовало увеличению производительности и, как следствие, доходности любой организации за счет снижения количества ошибок и времени, затрачиваемому на выполнение задач, связанных с товарооборотом.

На сегодняшний день штрих-коды стали встречаться практически везде. Модифицируясь и развиваясь со временем, данная технология позволяет отслеживать сегодня уже все производственные процессы, каналы распределения, поставки и розничные продажи. Ценность штрихового кодирования определяется еще и популярностью, и количеством пользователей.

Технология RFID обладает большими возможностями по сравнению с системой штрихового кодирования: кодирование большего объема данных, возможность изменения и перезаписи информации, идентификация объектов без прямого контакта и вне зоны видимости, в том числе и движущихся, невозможность подделки. Несмотря на определенные выгоды, которые получает предприятие при использовании технологии RFID, нужно быть готовым и к денежным вложениям, поскольку для полноценной интеграции в торговую систему новой технологии необходимы не только RFID-этикетки, но также специальные считыватели и принтеры, система ERP.

Основная отрасль использования RFID-технологий – это, конечно, логистика и складские комплексы. Совместное использование штрихового кодирования и RFID-технологий может оказать существенное влияние на производителей, дистрибьюторов и ритейлеров. Как только новые технологии будет полностью интегрированы в уже существующие системы автоматизации и завоюют популярность и доверие конечных пользователей, RFID сможет стать надежным дополнением к уже существующим системам и поможет справиться там, где штриховое кодирование является неудобным.

Схема кодирования, используемая в большинстве меток, как упоминалось ранее, манчестерская. Основное преимущество манчестерского кода — в простоте его генерации. Исключающее ИЛИ между тактовым сигналом и потоком данных дает манчестерский код. Элемент 74HC86 складывает сигналы SCLK и SDELAY для кодирования потока данных.

Фактический поток данных из регистра, SOUT, задерживается на один такт для формирования SDELAY. Когда регистр данных перезагружается, то SOUT сразу же изменяется с «0» на «1» (переход от стоп-бита к старт-биту). Тем не менее, параллельная загрузка регистра, как было сказано выше, не привязана к фронту сигнала сдвига, а генерация манчестерского сигнала должна оставаться синхронной с SCLK, чтобы не было ложных переходов. Задержка на один такт делает все биты в потоке данных синхронными с SCLK.

Манчестерский сигнал, по прогнозам, должен иметь выбросы (глитчи) при переходах 0→1 и 1→0. В этих местах сигнал SCLK инвертируется, но SDELAY и SOUT не синхронны на 100%. Выброс вызывается гонкой сигналов SDELAY и SCLK из-за задержки срабатывания триггера 74HC74. Однако, этот выброс настолько узкий (10-30 нс), что модулятор не успевает на него среагировать, не говоря уже о приемнике, в котором сигнал сильно фильтруется. Так что выброс оставили как есть.

Другая разумно легко реализующаяся схема кодирования — это двухфазная. Она идентична дифференциальному манчестерскому кодированию с фазовой задержкой и представляет собой частотно-манипулированный (

) сигнал, наложенный на несущую с помощью амплитудной манипуляции (

). Сложность двухфазного кодирования в том, что уровень выходного сигнала всегда переменный, в то время как частота изменяется в соответствии с передаваемыми данными. Эту трудность можно преодолеть, используя двойную скорость генератора, а затем разделив полученный результат на два.

На первом этапе происходит мультиплексирование сигналов PCLK и SCLK на основе потока передаваемых данных при помощи набора элементов 74HC00 (И-НЕ). На выходе мультиплексора наблюдаются выбросы, по тем же причинам, что описаны выше (гонка SDELAY и SCLK), а также потому, что PCLK и SCLK не синхронны. (Приветствую тех, кто дочитал до этого места и не уснул.

Дальше будет веселее. — Прим. перев.) Счетчик 74HC393 является асинхронным, и это вызывает проблемы. Сигнал с выбросами не может быть безболезненно пропущен через делитель на два, ведь выбросы тоже могут быть интерпретированы счетчиком как импульсы. Мультиплексированный сигнал очищается от выбросов путем квантования сигналом CCLK, который гарантированно держится на высоком уровне значительно дольше, чем длительность выброса. Наконец, деление частоты на два с помощью триггера 74HC74 завершает формирование двухфазного сигнала.

Предусмотрены переключатели для выбора типа кодирования: манчестерское или двухфазное.

Применения

Система штрихкодирования товаров, которая до сих пор широко применяется во всём мире, очень неплохо проявляет себя в розничной торговле и других сферах услуг, нацеленных на взаимодействие с конечным покупателем (особенно в новой, двумерной, её инкарнации). А вот для быстрой обработки значительного количества товаров на складах, для учёта и контроля перемещений объектов в неблагоприятных средах (в условиях загрязнённости и повышенной влажности), для множественной идентификации единиц хранения штрихкоды уже не так хороши.

Бесконтактные радиометки, с другой стороны, обходятся в весьма заметные суммы — несколько (до десяти) центов США за штуку даже при многомиллионных объёмах заказов. Оборудование для их считывания также недёшево; к тому же необходимо всякий раз удостоверяться, что оно соответствует ограничениям, накладываемым официальными органами той или иной страны.

Однако достоинства этой технологии часто перевешивают и скрадывают все присущие ей недостатки. Специально предусмотренный стандартами RFID алгоритм антиколлизий позволяет считывать (и уверенно) многие десятки меток разом, обрабатывая, к примеру, за один проход складским стационарным считывателем целую палетту с товаром.

Основное отличие между российским и западным опытом внедрения RFID (за исключением того, что Россия начала применять технологию позже) является то, что в нашей стране гораздо слабее развита культура оценки рисков и убытков. Потери, вызванные неэффективным управлением бизнесом, на Западе оцениваются, а причины их возникновения выявляются и устраняются.

У нас же к таким потерям до сих пор относятся, как к `каре божией`, которую нельзя ни предвидеть, ни предотвратить, даже если подобные потери возникают с завидным постоянством. Из-за этого экономическую эффективность RFID-проектов, которые в основном предлагают снижение уровня ошибок, весьма сложно оценить. Предприятие не знает, сколько оно теряет, и, следовательно, не может оценить, насколько эффективно RFID может сократить эти издержки.

Тем не менее серьезный интерес к RFID проявляют крупные ритейловые компании, производители и продавцы одежды, обуви, мебели и лекарственных средств. Также значительную долю рынка занимают проекты автоматизации библиотек и архивов. Следующим крупным шагом развития рынка RFID станет полномасштабное применение этой технологии в области розничной торговли. Это может произойти уже через два-три года.

Дополнительным же стимулом испробовать передовую технологию RFID с минимальными для себя возможными издержками с точки зрения потенциальных заказчиков является то, что решение по учету основных средств нацелено на автоматизацию внутренних процессов предприятия. Даже если при вводе в эксплуатацию новой системы и произойдут какие-то сбои или накладки, они вряд ли приведут к остановке всего предприятия и значительным издержкам в отличие от нарушений в нормальном течении процессов, связанных, например, с автоматизацией производства или внешней логистики.

Технология радиочастотной идентификации (RFID) в последнее время пользуется популярностью как со стороны ее производителей, так и потребителей. Решения на основе ее использования постепенно распространяются во все новых направлениях. Для оценки ее перспективности среди потребителей европейскими учеными было проведено исследование среди 55 компаний из различных стран Евросоюза, занимающихся разнообразными видами предпринимательской деятельности.

По результатам данного исследования было выявлено, что 79% из опрошенных компаний уже инвестировали в проекты на базе RFID-технологии, оставшиеся 21% планируют это сделать в ближайшие 1-3 года. На рис. 1 представлено процентное распределение степени внедрения RFID проекта в зависимости от преследуемой потребителем цели.

Как можно заметить, внедрение в настоящее время наиболее активно происходит с целью отслеживания перемещения (системы СКУД), а также для упрощения контроля за активами компании. По сравнению с 2011 годом в 2014 году данные показатели по всем направлениям в среднем возросли в 2 раза. Наиболее востребованными направлениями внедрения RFID технологии в Европе считаются: розничная торговля (17%), логистика (15,1%), производство (15,1%). Области медицины и энергетики составляют 11,3% и 7,5% соответственно[2].

При внедрении технологии 73,6% респондентов ожидают достаточно быстрой окупаемости своих вложений. Наиболее окупаемыми в Европе считаются следующие области внедрения: военная промышленность, розничная торговля (одежда), производство и медицина. Однако производители сетуют, что 25% первичных запросов на RFID решения все же не реализуются по различным причинам, например, дороговизна оборудования, сложность встраивания в существующий технологический процесс, неуверенность потребителя в дальнейшем развитии RFID технологии.

К сожалению, в России данный показатель достигает 75%, что отрицательно сказывается на темпе развития технологии, но свидетельствует о наличии к ней интереса. Так зачастую, обращаясь в компанию по внедрению RFID, потребитель до конца не может определить для себя необходимость данной технологии. Целью статьи является представление наиболее популярных на сегодняшний день направлений внедрения RFID-технологии, а также сфер деятельности компании для ее внедрения.

Внедрение RFID-систем – одно их самых востребованных направлений в автоматизации производственных процессов на предприятиях. Использование RFID-технологий позволяет комплексным образом влиять на внутрипроизводственные процессы, в результате чего достигаются качественные результаты работы предприятия.

Какие возможности даёт использование RFID-системы? (Решаемые задачи)

• Системы контроля производственного цикла на конвейерах (jit/jis). Метка используется как электронный паспорт объекта и операций;
• Логистика товарных запасов, учет используемого сырья. Маркированные метками объекты учитываются при любых перемещениях;
• Персонификация операций на конвейере. В метку можно заносить данные о том, кто работал с маркированным объектом;
• Оптимизация издержек от простоя, мониторинг фактических сроков производства. Система наблюдения за производственной линией в реальном времени;
• Контроль использования контрафактных комплектующих. Защита репутации в ситуациях, вызванных использованием не оригинальных комплектующих;
• Оптимизация складского хозяйства; Объяснить?
• Реализация принципов FIFO (First In, First Out — «первым пришёл — первым ушёл»).

Станция выдачи книг в библиотеке СПБГУ

На текущий момент RFID-технологии применяются в самых разнообразных сферах человеческой деятельности:

1. Промышленность
2. Транспортная и складская логистика
3. Системы контроля и управления доступом
4. Медицина — мониторинг состояния пациентов, наблюдение за перемещением по зданию больницы.
5. Библиотеки — станции автоматической книговыдачи, быстрая инвентаризация.
6. Паспорта
7. Транспортные платежи
8. Дистанционное управление
9. Опознавание животных
10. Сельское хозяйство
11. Человеческие имплантанты

В первую очередь, используется следующий функционал RFID:

• Информация об объекте, его свойствах, качествах и т. п.
• Информация о положении объекта.

RFID часто используется в системах безопасности магазинов розничной торговли для предотвращения краж.

Модулятор

Наконец, закодированный сигнал должен быть направлен обратно в катушку, чтобы его принял RFID-считыватель. На обоих выводах катушки напряжение может быть как положительным, так и отрицательным, поскольку в ней индуцируется переменный ток.

Амплитудная модуляция осуществляется созданием контролируемого замыкания на землю обоих концов обмотки с помощью пары МОП-транзисторов, каждый из которых работает на своем полупериоде сигнала. Выпрямительный мост образует замкнутый путь на землю для каждого из выводов. Несмотря на то, что МОП-транзисторы способны реагировать на вышеупомянутые выбросы сигнала, резонансный контур не может, так как он настроен на частоту, на 2-3 порядка более низкую, чем частота выбросов.

Большинство картинок и диаграмм, которые вы найдете в сети, не показывают эту часть или показывают ее неверно. Замыкание является контролируемым по времени, в соответствии с закодированными данными, и ограниченным по сопротивлению, за счет резисторов. Пассивные RFID-метки, как правило, малы, и оперируют на порядок меньшей мощностью, чем эта.

Метки обычно имеют маленькие катушки, и таким образом, могут достичь только очень небольшой глубины модуляции. Если большую катушку в нашей конструкции замкнуть накоротко, посланный сигнал, скорее всего, будет настолько сильным, что собьет с толку большинство считывателей. Также, короткое замыкание катушки требует использования ФАПЧ для поддержания тактовой частоты на то время, пока катушка замкнута.