Cчитыватели RFID (РФИД) и модуль для RFID меток

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.

Как работает RFID система

Аббревиатура RFID расшифровывается, как радиочастотная идентификация. Система-идентификатор состоит из считывающего устройства (считыватель или ридер) и метки радиочастотной идентификации.

Принцип работы устройства:

  • на микрочип метки записывается информация;
  • антенна метки принимает сигнал от антенны сканера;
  • используя энергию своего внутреннего источника либо же энергию поля сканера, метка отсылает радиосигнал обратно;
  • сканер считывает послание метки и интерпретирует его.

В памяти меток содержится идентификационный код, а также чип, на который записываются данные и антенны для их передачи и получения новых. Когда метка попадает в зону регистрации, эта информация принимается считывателем.

Процесс начинается, если расстояние в среднем не более 0,05 – 8 метров. Существуют и RFID чипы дальней идентификации, которые ловят сигнал на расстоянии от 5 до 300 метров. В основном они используются в промышленных целях.

На базовом уровне все метки работают по одинаковой системе. Принцип функциональности тэгов, в сборе информации и быстром отклике, очень похож на работу штрихкодов или NFC-чипов, которые имеют более широкое применение для маркировки продукции. После того как в память микрочипа будет записан уникальный номер и необходимая информация, он готов к применению. Для считывания этой информации применяют специальное устройство — считыватель или ридер.

Cчитыватели  RFID (РФИД) и модуль для RFID меток

Как происходит действие:

  1. Метка с записанной информацией фиксируется в необходимом месте.
  2. Антенна микрочипа улавливает поле электромагнитной частоты, которую излучает антенна ридера.
  3. Микрочип, если он активный, пользуясь внутренней энергией встроенной батареи, отсылает радиоволны, с зашифрованной информацией ридеру. Если микрочип пассивный, он использует энергию считывателя, накапливает ее и после этого отсылает ответный посыл с информацией.
  4. Считыватель принимает радиоволны, посланные микрочипом, затем трансформирует данные в содержательную понятную информацию.

Для чего нужна эта технология, где ее используют, в чем ее преимущества, следует разобрать отдельно.

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.

Где используется технология?

Cчитыватели  RFID (РФИД) и модуль для RFID меток

Удобство, дешевизна, простота и способность работать годами — благодаря такому набору качеств RFID-метки захватили множество сфер бизнеса и бытовой жизни. Применение подобной метке можно найти буквально везде — даже для сортировки своих носков после стирки, чтобы больше никогда не терять им пару.

Кстати о носках — миниатюрный размер RFID-чипа идеально подходит для текстильной промышленности. В данном случае чаще всего мы встречаемся с тегом-наклейкой. Благодаря индивидуальному коду каждого чипа RFID-система облегчает множество действий:

  • учёт товара
  • сбор статистики для отчёта
  • инвентаризация запасов
  • маркировка шуб и прочих изделий из меха контрольным идентификационным знаком согласно условиям постановления Правительства РФ в целях борьбы с контрабандой, браконьерством и подделкой
  • защита от краж и контрафакта

Индивидуальный код метки сканируется ручным считывателем прямо на кассе, подключённой к общей базе данных магазина, что позволяет контролировать и отслеживать товарооборот в режиме online. А сама метка-наклейка легко удаляется с ткани потребителем или продавцом после продажи, не вызывая никаких вопросов.

Система учёта и регистрации транспортных средств при помощи RFID-чипов позволяет автоматически назначать автомобилям различные статусы, гибко меняя разрешение на въезд или выезд, учитывать и отслеживать перемещение автотранспорта и оперировать данной информацией в автоматическом режиме, в том числе online.

  • журнал перемещений транспорта
  • вес груза
  • техническое состояние автомобиля
  • наличие свободных пассажирских мест

RFID брелок

Небольшой размер пассивных чипов позволяет встраивать их в кредитные карты или брелоки. Классическим примером использования пассивной RFID-метки является ключ-брелок, широко распространённый как ключ доступа к дверям подъезда или воротам ограды. Простота изготовления, прочность и долговечность подобных ключей в сочетании с индивидуальным кодом каждого чипа делают их привлекательной альтернативой традиционным ключам.

В системе автоматического учёта и регистрации транспортных средств чаще всего на шлагбаум устанавливаются считыватели RFID-меток, расположенных на автомобилях. В большинстве случаев, например, в случае установки шлагбаума на въезде придомовой территории или закрытого коттеджного посёлка, от такого шлагбаума требуется только распознавание метки, наклеенной на лобовое стекло автомобиля, в режиме «свой-чужой».

Cчитыватели  RFID (РФИД) и модуль для RFID меток

Спектр применения микротэгов с каждым днем активно расширяется. Особенно услуги Hi-tech разработок имеют огромный спрос в сферах, где требуется строгий контроль за перемещением объектов, надежность и скорость получения информации, безошибочность данных в сложных условиях эксплуатации. Автоматизированная система обеспечивает в полной мере все эти требования.

На производстве. РФИД-метки помогают исключить человеческий фактор, проводить более качественный и точный учет сырья, отгрузку и перемещение грузов. Производится автоматический контроль всех технологических процессов. Применение технологии обеспечивает высокий уровень стабильности, надежности на всех этапах, проверяет соответствие качества получаемой продукции.

На складе. Система в онлайн-режиме отслеживает точное перемещение груза, значительно ускоряя процесс погрузки и приема товара. Это самая надежная и безопасная система для защиты продукции от воровства, хищений и проведения других незаконных манипуляций.

Защита продукции от подделок. Промаркированная оригинальная продукция специальными радиотэгами, в любой момент выдаст необходимые сведения, помогая потребителю отличить оригинал от подделки. Радиометку невозможно уничтожить или подделать, поэтому это самая большая гарантия способная подтвердить оригинальность товара.

Оплатить проезд в транспорте. Многие пользователи уже смогли оценить удобство бесконтактной оплаты проезда в общественном транспорте, при помощи смартфона со встроенной NFC-технологией. По этому же принципу используются и бесконтактные RFID карты.

  1. Перезапись, стирание и добавление информации. RFID-технология позволяет перезаписывать, стирать или дополнять данные на универсальной метке много раз. Информацию, один раз записанную на штрихкоде, никогда не получится изменить.
  2. Нет необходимости метке попадать в фокус считывателя. Для получения данных с тэга, ридеру не требуется прямая его видимость. Полноценное взаимодействие чипа с ридером происходит даже через упаковку, обертку или тару. Для считывания сведений, микрочипу достаточно ненадолго попасть в область взаимодействия, при этом он может перемещаться на большой скорости. Для считывания информации со штрихкода или NFC-чипа им всегда нужно быть в допустимом радиусе прямой видимости.
  3. Объем памяти. RFID-тэг, в зависимости от модели, может сохранять в памяти очень большой объем информации, в сравнении с 2D-кодом.
  4. Высокая механическая устойчивость в жестких условиях. Пассивные радиочастотные микрочипы имеют неограниченный срок эксплуатации. Модели корпусных меток, создавались специально для работы в жестких условиях рабочей среды, они имеют прочный корпус, их трудно повредить. В отличие от этого, штрихкод очень легко испортить, он теряет работоспособность даже от воздействия влаги и загрязнений.
  5. Большой радиус действия. RFID-чип обладает удаленным радиусом действия, позволяя считывать данные на очень большом расстоянии. Штрихкод и НФС-чип этими параметрами не обладают.
  6. Многоцелевое применение. RFID-технология имеет универсальный спектр действия, помимо обычного хранения информации. Штрихкод — это устройство не перезаписываемое, рассчитанное лишь на хранение определенной информации.
  7. Высокий уровень безопасности. Уникальный номер, присвоенный идентификатору, выступает гарантом от подделки изделия. Микротэг имеет способность зашифровывать передаваемые сведения. Владелец может запаролить такие функции, как запись и считывание информации с чипа. В одной модели легко сохраняют как открытую, так и закрытую информацию.
Читайте ещё про NFC:  Что такое метки RFID и как они связаны с Internet Of Things

Распространение RFID технологий в России имеет большой спрос у производителей, в сфере рекламного и торгового бизнеса. Отследить товар от производителя до магазинной полки, удостовериться в том, что это оригинальная продукция, а не подделка. Скоростная обработка данных удивит каждого пользователя, не нужно стоять в очередях для оплаты товара, ждать сдачу на кассе.

Cчитыватели  RFID (РФИД) и модуль для RFID меток

Технология RFID уже активно используется на производстве и в сфере торговли (для учета товара на складах, например). Посредством RFID-меток можно отслеживать и маркировать товар, получать информацию о том, что находится внутри закрытых коробок или контейнеров.

В библиотечных учреждениях radio сигнал помогает быстрой найти книги, идентифицировать пользователей, быстрее проводить инвентаризацию.

Наиболее часто RFID используют для:

  • Фото 2создания транспортных карт (вход в метро, общественный транспорт);
  • удаленного контроля доступа к транспортному парку;
  • выполнения команд и запуска приложений на смартфоне;
  • для идентификации людей, защиты автомобиля от угона;
  • идентификации операторов установок и агрегатов.

Заинтересованы в развитии РФИД и в транспортной сфере. Например, RFID-метками уже оснащают спецтранспорт, чтобы его можно было легко идентифицировать и пропускать на светофоре.

В сельском хозяйстве при помощи встроенного микрочипа с большим диапазоном происходит опознавание животных, для отслеживания того, что происходит с деревьями и растениями.

Не только обсуждается, но и уже тестируется применение меток, вживленных в руку человека либо в виде RFID-браслетов. Пока такие инструменты используют в основном для открывания и закрывания автоматических дверей. В будущем на метку возможно будут делать запись карты пациента с важными данными (о группке крови, наличии аллергии и пр.).

RFID технологии, улавливающие радиосигнал, применяются и в качестве электронного паспорта, например, в Малайзии. Для защиты от подделки, в е-паспортах встраивается металлическое анти-скимминговое устройство. Сканирование возможно только в том случае, когда паспорт открывается. В закрытом виде считать информацию невозможно.

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.

Cчитыватели  RFID (РФИД) и модуль для RFID меток

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.

RFID-метка в Браслет-Сервис

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.

Как устроены RFID-метки?

Метка состоит из антенны, которая может получать и передавать сигнал с чипа (устройства для обработки сигнала и хранения информации). Используя питание от своей внутреннего источника или от мощности, собранной из электромагнитного поля сканера, RFID-метка посылает радиосигнал обратно.

Считыватель распознает метку, считывая с нее код, расшифровывая его и отправляя информацию. Если в зоне действия метки оказывается cканер, например смартфон, то она активируется и передает сигнал со скоростью до 424 кбит/сек.

Объем информации, хранящейся в чипе RFID, может быть разным. До 1024 байтов информации до 8 КБ для отслеживания истории деталей с течением времени. Наиболее известны протоколы РФИД ISO 14443 (A), ISO 15693, SO 18000. Они отличаются радиусом действия и характеристиками.

Восстановление тактового сигнала

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.

Читайте ещё про NFC:  Android Pay без NFC: какие возможности, можно ли расплачиваться через Google Pay

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.

Фото 3

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.

Какие бывают метки

Различаются разные виды меток, в частности универсальные или строго для металлических объектов, в виде наклеек, бирок, брелков, браслетов или этикеток. Есть различия в устройствах в зависимости от используемой памяти (одноразовая запись, с возможностью многократного чтения, с правом записи другой информации).

Существуют активные и пассивные метки. Первые способны работать на значительно большем расстоянии, поскольку у них есть свой источник питания.

У пассивных меток источника энергии нет. Чтобы четко представлять, какой тип вам нужен, стоит проконсультироваться у продавца в магазине.

Характеристику метки можно найти в описании к товару.

Активные метки могут передавать сигнал даже через воду или металл, а также их можно оснастить встроенными сенсорами для оценки температуры, влажности, уровня освещенности и других параметров окружающей среды.

Существует также такой вариант устройств, как полупассивные метки. Они работают по тому же принципу, что и пассивные, но оснащены батареей для питания чипа.

Различаются метки и по цене. Например, стоимость большинства пассивных устройств редко когда превышает 20 центов США, но активные метки могут стоить гораздо дороже – 20-40 центов США. Стоимость зависит не только от вида устройства, но и от его свойств, объема памяти и надежности упаковки.

Отдельным разделом стоит рассмотреть классификацию технологии. Все RFID-тэги подразделяются в соответствии со своими характеристиками:

  • По источнику питания: активные, пассивные и полупассивные.
  • По рабочей частоте: LF-низкочастотные, HF-высокочастотные и UHF-ультравысокочастотные.
  • По типу памяти: только считывание, однократно или многократно записываемая.
  • По материалу изготовления: самоклеящийся стикер, метка с интеграцией (этикетка, бирка), корпусной микрочип (универсальный, для обычной или металлической поверхности).

Пассивные метки. Обладают самым миниатюрным размером, относительно простой модификацией. Основное требование – соблюдение небольшого расстояния между чипом и считывателем. Эту категорию часто используют для карт идентификации. Например, карта метрополитена или пластиковая банковская карта.

Активные метки. Обладают более большими размерами и широким радиусом действия, за счет встроенной батареи питания. В зависимости от цели использования и ценовой категории, идентификаторы оснащены более сложной начинкой и корпусом.

  1. Форма диска или круглая. Самая распространенная форма выпуска. Основным преимуществом этого модельного ряда является материал, из которого изготавливается корпус. Это может быть АВС-пластик, полистирол или эпоксидная смола. Диаметр изделия варьируется от 10-15 мм до 10 см. В зависимости от материала чип-идентификатор выдерживает широкий спектр рабочих температур от −40 °C до 90 °C. Стоимость изделия начинается от 53 рублей.
  2. Форма колбы или тубы. Эта модель чаще всего изготавливается из стекла или пластика. Размер изделия от 12 мм до 32 мм. Внутри трубки надежно располагается электронная микросхема с развязывающим конденсатором, действие которого помогают сгладить небольшие колебания сети. Стеклянная или пластиковая трубка имеет отличную механическую прочность, так что компоненты заключенные внутри невозможно повредить. Стоимость такого изделия начинается от 163 рублей.
  3. Корпус из пластика прямоугольной формы. Модель с корпусом из высокопрочного пластика, специально разрабатывалась для использования в тех сферах, где предъявляются повышенные требования к механической износостойкости изделий. Прямоугольная модель идентификатора имеет немного большие габариты, чем вышеописанные аналоги, что позволяет разместить внутри более длинную катушку, обеспечивая микрочипу больший радиус действия. Стоимость изделия начинается от 153 рублей.
  4. Идентификатор в форме часов.Первый раз уникальное устройство было протестировано в начале 90-х годов, использовалось в узком направлении для пропуска туристов на горнолыжные трассы. Сегодня модель имеет более широкий спектр применения, в первую очередь его работу оценили в системе контроля доступа, а также в платежно-пропускных терминалах. Цена на изделие начинается от 81 рубля.
  5. Форма пластиковой карты. Конструкция и работа бесконтактных пластиковых карт давно известна всем, даже непросвещенным пользователям интернет-ресурсов, это кредитные, дебетовые и телефонные карты. Изделие изготавливается из PVC пластика, при помощи технологии ламинирования, имеет хорошую механическую прочность. Отличительной характеристикой модели выступает большая дальность действия и недорогая стоимость в пределах 12 рублей.
  6. Самоклеящаяся этикетка. Идентификатор изготавливается из тончайших пластиковых листов или плотной бумаги, между которыми располагается катушка и микрочип. Модель обладает достаточной гибкостью, чаще всего используется в качестве самоклеящегося стикера на багаж (пакеты, коробки) для перевозок. Самоклеящиеся этикетки выпускаются в виде рулона бумаги, стоимость одного стикера начинается от 25 рублей.

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).

РФИД-метки: конструкции идентификаторов

Вне зависимости от того, активные или пассивные RFID-метки используются, их внешний вид зависит лишь от области применения:

  • Метки в виде брелоков. Обычно их используют для доступа в производственные помещения или офисные здания, значительно реже — для частной недвижимости.
  • Теги круглой формы. Размер устройства — от 3—5 мм до 8—10 см. Благодаря корпусу из эпоксидной смолы, полистирола или АBС-пластика имеют минимальный диапазон рабочих температур -40 — 90°C.
  • Прямоугольные пластиковые транспондеры. В этих моделях применяется достаточно прочный корпус, который может защитить «начинку» от механических повреждений, в том числе и от падения с высоты.
  • Колбы. Изготавливаются из стекла и пластика. В основном применяются для идентификации людей, домашних и диких животных. Также могут устанавливаться в объекты, изготовленные из металла.
  • Бесконтактные пластиковые карты. Сюда относятся всем известные кредитные и дебетовые карты, а также бесконтактные многоразовые проездные. Корпус тегов в этом случае изготавливается из нескольких слоев ПВХ-пленки.
  • Самоклеящиеся этикетки. Толщина таких транспондеров начинается от 0,1 мм. Корпус изготавливается из плотной бумаги или тонкого пластика. На поверхности такой этикетки может находится штрихкод или другая важная информация. На фото один из вариантов реализации таких RFID-меток.

Также транспондеры изготавливаются в виде браслетов и используются для контроля допуска на закрытые территории.

Бесконтактные карты RFID используется в качестве пропусков, транспортных карт или дисконтных устройств.

Читайте ещё про NFC:  Cool1 nfc || Cool1 nfc

На них можно записать нужную информацию и применять для идентификации сотрудников, которые проходят на работу через проходную или для накопления скидок в программах лояльности.

Вся информация хранится на карте в полной безопасности.

Стоимость РФИД карт – невелика. На многие из них можно записывать данные многократно, а не одноразово. Рабочая частота РФИД-карт — 125 kHz. Для начала процесса считывания достаточно находиться на расстоянии 5–70 см. Хранить на таких картах информацию можно неограниченный период времени. Карты имеют различные стандарты (например, закрытые MIFARE / MIFARE , и открытый CIPURSE).

Если вы не знаете, как использовать RFID оборудование, то можно обратить внимание на RFID-ключ для управления дверями, домофоном, лифтом, шлагбаумом, а также доступом к VIP-апартаментам.

Сигнал может передаваться на расстояние в 15 сантиметров.

Ключ удобно носить в кармане или кошельке и быстро открывать двери или ворота.

Система контроля доступа будет отслеживать перемещения владельца ключа, фиксировать дату его посещения, время. Такое устройство всегда можно перепрограммировать в соответствии с новыми требованиями безопасности.

Система контроля может быть интегрирована в другие системы, создавая полноценный комплекс для охраны входа в здание или квартиру (с подключением камер, спутниковой связи).

Фото 4

Благодаря такой продуманной системе происходит идентификация людей и защита от незаконного проникновения и терактов. РФИД-замок можно установить даже самостоятельно. Для этого потребуется электромагнитный замок с контролером, который будет считывать метку.

В автономные системы контроля доступа может быть подключен электрический или другие виды замка. Они независимы от компьютера и работают с интерфейсом RS485, Ethernet, WiFi, GPRS.

RFID-метки – современная технология, которая помогает дистанционно обмениваться информацией, а также записывать на микрочип нужную информацию. В основном устройство используют для обеспечения прохода в метро, маркирования товаров и книг в библиотеке, а также как дополнительную функцию для смартфонов.

За последнее годы РФИД начали использовать еще более активно. В будущем технология будет использоваться во многих сферах жизни, в особенности для контроля доступа и бесконтактной оплаты. В таких отраслях как фармакология они уже способны повысить уровень защиты от фальсифицированных медикаментов путем имплантации устройства в каждую упаковку с лекарствами.

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.

Манчестерское кодирование

Фото 5

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.

Фото 6

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.

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.

Cчитыватели  RFID (РФИД) и модуль для RFID меток

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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector