Как работает rfid метка

Запись RFID меток – Arduino и MFRC522

• приложения контроля доступа;
• приложения контроля и учета рабочего времени;
• идентификация транспортных средств;
• автоматизация производства;
• автоматизация складской обработки.

Технология RFID (радиочастотная идентификация) основана на использовании электромагнитного радиочастотного излучения. RFID применяют для учета объектов.

RFID-метка что это — миниатюрное устройство. Rfid активные метки состоят из микрочипа, который хранит в себе информацию и антенны, с помощью которой метка может передавать или получать данные. Такая RFID-метка имеет свой источник питания, но большинство меток в питании не нуждаются (пассивные).

В памяти подобной системы хранится уникальный номер и различная информация. Если метка попадает в место регистрации, данная информация принимается к RFID-считывателем.

Для передачи пассивные метки используют энергию считывателя. Накопив энергию, метка начинает передачу данных. Дистанция регистрации для пассивных меток составляет 0,05 — 10 метров, в зависимости от RFID-считывателя и устройства метки. Следует также учитывать что существуют различные типы rfid меток.

Высокочастотные RFID-метки, работающие на частотах 13,56 МГц;Ультравысокочастотные метки, работающие в частотах 860-960 МГц. Этот диапазон используется в Европе.

1. ReadOnly-устройства, на которые можно записывать информацию единожды, а дальнейшее изменение, либо удаление информации невозможно;
2. WORM-устройства — RFID-радиометки, которые позволят однократно записывать и считывать все данные. Изначально в памяти не хранится информации, все данные вносятся пользователем, однако после записи перезаписать или же удалить информацию невозможно;
3. R/W-приборы, которые позволяют считывать или записывать информацию. Это более прогрессивная группа приборов, так как данные метки позволяют перезаписывать и удалять даже различную ненужную информацию. Rfid метки запись происходит с их же помощью.

Технология RFID метки и области применения — используется в производстве, торговле, в системах управления и контроля за доступом, в системах защиты от подделок документов и прочих областях.

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».

В зависимости от характеристик используемой памяти чипы радиочастотной идентификации можно разделить на три группы:

• Read Only – на микросхему чипа информация записывается ещё при производстве. Изменить или переписать такую информацию невозможно, но подобный приём лучше всего защищает индивидуальный код метки от подделки.
• Write Once Read Many – чип содержит в себе память, запись в которую возможна только один раз. После записи такой чип превращается в Read Only. Такой вариант подходит тем клиентам, которым требуется от чипов какая-то дополнительная информация, помимо индивидуального кода. Эту информацию они могут записать сами при получении чипов с производства.
• Read and Write – память таких чипов может быть записана и перезаписана многократно. Благодаря гибкости применения такие чипы могут использоваться в самых различных сферах, особенно в активных метках, где помимо идентификатора требуется запись и хранение информации с дополнительных сенсоров.

Запись информации на внутреннюю память RFID-меток может производиться при помощи самого простого оборудования. Одним из самых распространённых примеров является аппаратно-программный комплекс Arduino. Программная оболочка Arduino бесплатна и проста в настройке, написании и компиляции программ, а Интернет изобилует гайдами по работе с этой системой автоматизации.

В качестве аппаратной части Arduino для работы с RFID-метками удобен в использовании модуль MFRC522. В комплекте с данным модулем поставляется метка-карта и метка-брелок для начала работы, впоследствии дополнительные метки можно докупить отдельно. Для начала работы достаточно установить на Arduino библиотеку RFID library для этой микросхемы, после чего просто подключить проводами папа-мама микросхему к основному блоку.

Сегодня внедрение rfid в жизнь людей набирает обороты. Данную технологию используют в различных сферах бизнеса и экономики. Чаще всего применение rfid можно встретить:

• в торговле различными товарами;
• логистике;
• в маркировке транспортных средств;
• в библиотеках и при инкассации.

Применяется радиочастотная идентификация rfid и для контроля подлинности лекарств, продуктов питания, косметики и многого другого. Сегодня это востребованная технология, позволяющая автоматизировать многие производственные процессы на самых разных предприятиях.

Применение RFID комплексным образом значительно влияет на внутрипроизводственные процессы. Благодаря ее внедрению улучшаются результаты работы всего предприятия, увеличивается прибыль.

Некоторые ученые используют RFID метки, которые были разработаны для маркировки животных, для того чтобы вживлять, имплантировать людям. Они вводят под кожу желающим микрочипы. Их невозможно извлечь, не нарушив стеклянной защитной оболочки. Если попытаться сделать это, то тяжелых последствий человеку не избежать.

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.

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.

Для работы можно использовать стандартную библиотеку входящую в Arduino, однако есть другая библиотека, написанная под модуль — MFRC522. Обе библиотеки очень удобны, но в MFRC522 больше специальных функций, которые позволяют сократить код программы.

Принципы работы системы RFID меток

Как понятно из названия, RFID метка работает при помощи радиосигналов. Система состоит из двух частей – считывающее устройство при помощи радиоволн принимает или записывает информацию, которая хранится на собственно метке, которую ещё называют тегом или чипом. Благодаря простоте устройства его параметры очень гибки – в зависимости от устройства метки и считывателя может меняться дальность передачи информации, точность её приёма, размер передаваемых данных и возможность их перезаписи.

Сама РФИД метка чаще всего состоит из двух частей – небольшая микросхема для работы с информацией и кодирования-декодирования её в радиочастотный сигнал, и антенна, которая этот сигнал принимает и передаёт. Именно антенну, похожую на лабиринт змеящуюся серебристую полоску на пластинке метки, и видит человек при первом взгляде на RFID-тег.

Основа работы технологии: взаимодействие RFID-метки (RFID-тега) и RFID-считывателя (RFID-ридера). RFID-метка – миниатюрный чип, который хранит уникальный номер тега и информацию и обладает возможностью для передачи данных RFID-ридеру. Как только RFID-метка попадает в зону действия RFID-ридера, ридер фиксирует факт передачи данных, считывает информацию с метки и передает ее в учетную систему, которая анализирует данные по заранее заданным алгоритмам.

При этом между RFID-меткой и RFID-ридером может быть расстояние до 300 метров (системы, работающие на расстоянии от 5 до 300 метров относят к системам дальней идентификации, от 20 см до 5 м – идентификации средней дальности, до 20 см – системы ближней идентификации).

Считыватель и метка имеют катушки индуктивности, образующие колебательный контур. Когда считыватель создает переменное магнитное поле своей катушкой, магнитный поток проходя через катушку метки возбуждает в ней ток. Точно так же как работает к примеру беспроводная зарядка. Метка от возбужденного в катушке тока получает питание, и используя транзистор может на некоторое время (питаясь в это время от накопленного в конденсаторе заряда) замыкать катушку накоротко, тем самым меняя значение амплитуды тока в катушке считывателя. Считыватель фиксирует эти изменения, тем самым принимая сигнал от метки.

(Иллюстрация из книги RFID Handbook by Klaus Finkenzeller 2 редакция)

Само собой это означает что весь обмен данными между меткой и считывателем происходит публично, и при решении задач определения подлинности нужно это учитывать.

Активные метки более разнообразны по устройству, некоторые вообще по сути являются радиомаяками, по несколько раз в секунду просто посылая в эфир свой номер (parsec). RFID метка помимо микроконтроллера, обеспечивающего передачу уникального номера может быть оснащена различными датчиками. Например датчиком давления. Такой датчик можно разместить в шину автомобиля и непрерывно контролировать давление воздуха в шине.

С каждым днем RFID меткам находят все больше применений. Начиная от использования в качестве ключей для домофона заканчивая противокражными метками в магазинах самообслуживания. Именно увеличение спроса, снижение стоимости из-за массового производства позволяет находить все новые и новые применения.

Метка передает считывателю в ответе на запрос свой уникальный номер. Более сложные метки имеют немного памяти на борту и могут хранить какую либо информацию, например количество оставшихся поездок, что избавляет от необходимости создания центрального сервера и поддержки его на связи всегда. Метка также может иметь на борту криптопроцессор и обеспечивать проверку подлинности или обмен секретными данными. Изучается вопрос добавления RFID меток к банкноты как дополнительная мера защиты.

В будущем возможно все продукты будут снабжены RFID метками на стадии производства, а холодильник RFID считывателем. Тогда взяв вечером спросонья из холодильника пакет молока он молвит человеческим голосом “Сдурел? Выкинь, оно во мне уже пол года лежит, испортилось давно”.

Технология rfid что это такое, как работает? Метка, карта, брелок, посылает уникальный код путем модулирования несущей частоты. У технологии rfid принцип работы не очень сложный, его легко понять. Карта взаимодействует со считывателем. В его конструкции есть двухсторонний радиопередатчик.

Приемопередатчик необходим для того чтобы передать закодированный радиосигнал для взаимодействия с меткой. Радиосигнал пробуждает или активирует ее. Приемоответчик метки преобразует радиосигнал в полезную мощность и отвечает считывателю. Пи проходе в метро, на работу люди часть используют технологию rfid даже не подозревая об этом.

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.

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.

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.

Принципы работы системы RFID меток

• RFID-Считыватель;
• RFID-Метка;
• Программное обеспечение.

Считыватель занимается генерированием и распространением электромагнитных волн в окружающее пространство. Данный сигнал принимается RFID-меткой, которая создает обратный сигнал, улавливающийся антенной считывающего устройства, затем полученная информация расшифровывается и обрабатывается электронным блоком.

Ключ RFID и система контроля доступа сегодня широко используется повсеместно. Она может быть установлена на входе в подъезд. С ее помощью можно легко контролировать порядок на любом объекте. Системы доступа просты в управлении, при необходимости их можно расширять. Некоторые из них защищены от копирования ключей. Популярностью пользуются бесконтактные карты.

Современный ключ rfid сигнал может передавать на расстояние в 15 сантиметров. Но обычно им прикасаются к считывателю. Ключи делятся на несколько видов. Есть мастер-ключ, который может управлять режимами работы контроллера. С его помощью программируют данное устройство. Простой ключ позволяет получить доступ в помещение, используя его можно пройти куда-либо через турникет. Исполнительное устройство моментально открывается при его поднесении к считывателю.

Автономные системы контроля доступа отличаются по функциональности. В некоторые их виды допускается подключение электрического замка, магнитного или механического. Допускается использование турникетов, есть кнопка выход. Существуют и более сложные системы. СКУД работает автономно. Она может быть независима от компьютера, программируется мастер картой.

Сетевая СКУД имеет контроллер. Он работает с интерфейсом RS485, Ethernet, WiFi, GPRS. Контроллеров может быть использовано сразу несколько. Они часто объединяются в одну сеть и управляются специальным ПО. Такая система позволяет вести мониторинг событий в реальном времени. С ее помощью можно быстро менять права доступа в помещения. Она может производить учет рабочего времени.

Есть СКУД построенные на основе терминалов. Они представляют собой микрокомпьютер. Он объединяет контроллер и считыватель. Интеллектуальные более сложные IP системы позволяют не только контролировать доступ. Они могут работать совместно с видеонаблюдением, охранной и пожарной сигнализацией.

Технология rfid смартфон делает телефон еще более универсальным устройством. Бесконтактная форма идентификации очень удобная. В телефон можно установить Apple Pay или другую подобную платежную систему. В магазине можно купить отдельный rfid модуль, предназначенный для системы доступа, автоматической идентификации. Его могут использовать робототехники, он может применяться для отслеживания вещей.

Сегодня rfid технологии уже достаточно широко распространены. В будущем они будут пользоваться еще большей популярностью. Если RFID-метку встроить в пакет кефира, она может содержать данные о его стоимости, сроке годности. Данную информацию сможет прочитать смартфон. На выходе из магазина можно установить считыватель меток, и он будет суммировать цену всех продуктов, которые нужно купить в магазине.

Деньги автоматически спишутся со счета покупателя. Если продукты с меткой RFID положить в умный холодильник, он будет отслеживать их наличие и следить за сроком годности. Кода товар выбросят его перемещение также можно будет отследить. Рынок сбыта США находится на пороге широкого применения RFID-технологии, системы расчетов, построенной на ее основе, и многого другого. С уверенностью можно сказать, что RFID в будущем будет только развиваться.

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).

RFID-метки: классификация

Источник питания

Основная используемая классификация RFID-меток основана на источнике питания – согласно ей, теги делятся на пассивные, активные и полупассивные.

Пассивные RFID-метки не имеют собственного источника питания и используют для работы энергию поля считывателя. В зависимости от архитектуры RFID-метки и типа ридера, пассивные теги работают только на небольшом расстоянии — до 8 метров, но при этом отличаются компактностью и доступной ценой.

Именно пассивные низкочастотные RFID-метки наиболее часто встречаются нам на товарах в магазинах – над повышением компактности тегов и снижением их стоимости работают представители ведущих мировых торговых сетей.

Активные RFID-метки оснащены собственным источником питания, поэтому могут получить дополнительные функции, работают на большем расстоянии и менее требовательны к считывателю. К их недостаткам, по сравнению с пассивными метками, можно отнести большой размер и ограниченное время работы источника питания (правда, на сегодняшний день речь идет о сроке жизни батареи до 10 лет), однако они незаменимы там, где необходим большой радиус работы (до 300 метров).

Активные RFID-метки по праву считаются более надежными, они 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. Таким образом, RFID-метки могут помочь отслеживать, к примеру, соблюдение условий хранения определенных категорий товаров.

Полупассивные RFID-метки работают по тому же принципу, что и пассивные, но оснащены батареей для питания чипа. Можно сказать, что такое решение является компромиссным в плане стоимости, размера и характеристик RFID-меток.

Исполнение

По исполнению RFID-метки могут представлять собой пластиковые карты, брелоки, корпусные метки, а также самоклеящиеся этикетки из бумаги или термопластика. Существует также формат «невидимой» этикетки, которая фактически вшивается в упаковку товара непосредственно на этапе производства.

Тип памяти

По типу памяти RFID-метки делятся на предназначенные только для идентификации (RO, Read Only), разработанные для считывания блока информации (WORM, Write Once Read Many) и перезаписываемые (RW, Read and Write).

RO RFID-метки используются исключительно для идентификации – данные уникального идентификатора записываются при изготовлении тега, поэтому скопировать их и подделать метку практически невозможно.

WORM RFID-метки позволяют однократно записать какие-либо данные, которые впоследствии можно будет многократно считывать и использовать. Это позволяет пользователю при получении дополнить метку своей информацией, которая затем будет использоваться при считывании.

RW RFID-метки содержат блок памяти, который позволяет многократно записывать и считывать информацию. Идентификатор RFID-метки при этом остается неизменным.

Рабочая частота

Классификация RFID-меток по рабочей частоте выглядит следующим образом:

• Метки диапазона LF (125—134 кГц)

Характеризуются доступными ценами и определенными физическими характеристиками, которые позволяют использовать такие RFID-метки для чипирования животных. Обычно это – пассивные системы, которые работают только на маленьких расстояниях.

• Метки диапазона HF (13,56 МГц)

RFID-метки такой частоты используются в основном для идентификации личности, в платежных системах, для решения простых бизнес-задач (например, для идентификации продукции на складе). Большинство RFID-систем, работающих на частоте 13,56 МГц, работает в соответствии со стандартом ISO 14443 (A/B) – именно на этом стандарте работает, к примеру, система оплаты проезда в общественном транспорте Парижа.

К недостаткам RFID-систем описанного диапазона можно отнести отсутствие достойного уровня безопасности, а также возможные проблемы со считыванием на большом расстоянии, в условиях высокой влажности, через металлические проводники.

• Метки диапазона UHF (860—960 МГц)

Разработанные специально для работы с товарами на складах и в логистических системах, RFID-метки этого диапазона изначально не имели собственного уникального идентификатора. Предполагалось, что в качестве него будет использоваться EPC-номер товара, однако это не позволило бы контролировать подлинность метки, поэтому развитие систем на базе UHF-диапазона позволило усовершенствовать систему.

При этом к особенностям RFID-меток указанного диапазона относится высокая дальность и скорость работы и наличие антиколлизионных механизмов. Сегодня стоимость RFID-меток диапазона UHF является минимальной, однако цена прочего оборудования для работки в обозначенном диапазоне достаточно велика.

К отдельной категории UHF RFID-меток можно отнести теги ближнего поля. Используя магнитное поле антенны, технически они не относятся к радиометкам и могут считываться при высокой влажности и в присутствии металла. Массовое применение меток ближнего поля ожидается, например, в работе с фармацевтическими товарами, нуждающимися в контроле подлинности и строгом учете.

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.

Разновидности RFID меток

Электронные метки бывают активными и пассивными. Активные идентификаторы снабжены собственным источником питания, дальность считывания таких устройств не зависит от энергии ридера. Пассивные метки не имеют своего источника питания, потому питаются от энергии электромагнитного сигнала, который распространяет считыватель. Дальность идентификации данных меток напрямую зависит от энергии, которую излучает ридер.

Каждый из этих видов устройств характеризуется своими преимуществами и недостатками. Пассивные метки хороши своим большим сроком эксплуатации, а также дешевизной в сравнении со своим активным аналогом. К тому же, пассивные идентифицирующие устройства не нуждаются в замене элементов питания. Недостатком устройства является необходимость в использовании более мощных считывателей.

Активные идентифицирующие устройства характеризуются высокой дальностью считывания информации в отличие от пассивных меток, а также возможностью распознавать и считывать данные при движении электронной метки на высокой скорости относительно считывающего устройства. Недостатком активных меток является высокая цена и громоздкость.

Типы RFID-идентификаторов в зависимости от рабочей частоты:

• (ВЧ) Высокочастотные RFID-метки, работающие на частоте 13,56 МГц;
• (УВЧ) Ультравысокочастотные RFID-метки, работающие в диапазоне частот 860-960 МГц. Данный диапазон используется в России, в Европе RFID-метки работают в диапазоне 863-868 МГц.

Способы записи информации на идентификатор (метку):

• ReadOnly-устройства – идентификаторы, на которые можно записать информацию лишь единожды, дальнейшее изменение или удаление информации невозможно;
• WORM-устройства – RFID-метки, которые позволяют однократно записывать и многократно считывать данные. Изначально в памяти устройства не хранится никакой информации, все необходимые данные вносит пользователь, но после записи перезаписать или удалить информацию невозможно;
• R/W-устройства – идентификаторы, которые позволяют многократно считывать и записывать информацию. Это наиболее прогрессивная группа устройств, так как подобные метки позволяют перезаписывать и удалять ненужную информацию.

Технология RFID широко используется в производстве, розничной торговле, системах управления и контроля доступом, системах защиты от подделки документов и других областях. Она позволяет экономить время и сводит к минимуму использование ручного труда.

Манчестерское кодирование

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.

Особенности

Несмотря на достаточно высокую стоимость использования RFID-систем, их внедрение целесообразно везде, где важен высокий уровень безопасности и быстрая идентификация объектов. При этом особое внимание следует уделить выбору конкретного решения, который будет зависеть от множества факторов:

• Расстояние между RFID-метками и ридерами

• Наличие экранирующих поверхностей (например, металлических)

• Необходимость одновременного считывания данных с нескольких меток (защиты от коллизий)

• Необходимость защищенного исполнения меток, скрытого размещения меток

• Высокие требования к безопасности меток

• Хранение и перезапись данных

• Простота интеграции с используемой инфраструктурой

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.

Где применяется

Сфера применения постоянно расширяется. Данная технология часто востребована в отраслях, в которых требуется контроль за перемещением объектов и интеллектуальные решения автоматизации, а также нужна способность работать в самых жестких условиях, безошибочность и надежность.

• На производствах с RFID проводится учет сырья и контролируются тех. операции, обеспечивают принципы JIT и FIFO. RFID-решения обеспечивают высокий уровень надежности и стабильность качества.
• На складе RFID отслеживается перемещение товара в реальном времени, ускоряется процесс отгрузки, повышается надежность операций и снижается человеческий фактор. RFID-решения обеспечивает отличную защиту от воровства продукции.
• В индустрии потреб. товаров и розничных продаж RFID-системы отслеживают товары на пути поставки, от производителя и до прилавка. Товар поставляется на полку, не залеживаясь на складе и отправляется в магазин, где на него есть высокий спрос.
• Rfid метки имеют интересные способы применения — например в библиотеке RFID поможет найти в хранилище и выдать книги, предотвратить хищения. Также исчезают очереди на выдачу. Сокращается время выбора и поиска нужного издания.
• RFID-метки применяют также в маркировке шуб и прочих меховых изделий. Каждое такое изделие маркируется Контрольным (или особым идентификационным) знаком со встроенной в него меткой. При этом стоимость rfid метки — сущие копейки.

Множество областей бизнеса можно улучшить благодаря новой RFID-технологии. Потенциал RFID огромен.

Активные и пассивные rfid метки

Активные идентифицирующие устройства можно охарактеризовать высокой дальностью считывания в отличие от пассивных, а также возможностью лучше распознавать и считывать все нужные данные при движении такой метки на высокой скорости. Недостатком активных меток считается цена и громоздкость.

Было измерено энергопотребление всего прототипа, чтобы понять, возможно ли пассивное питание. Потребляемый ток при 3,3 В колебался около 780 мкА, это достаточно мало, чтобы замкнуть контур и перевести прототип на пассивное питание.

А затем… ничего не произошло с дешевым считывателем.

Все работало как ожидалось, питание поступало, данные отправлялись, и вдруг, внезапно, «БИП!». Код был корректно распознан и высветился на экране компьютера, к которому подключен ридер. Успех! Теперь можно открывать дверь самодельной RFID-меткой.

Как выбрать RFID-считыватель?

Выбор начинается с постановки целей применения и понимания функции, которую выполняет RFID-считыватель. И только после этого можно купить rfid метки.

• Настольный считыватель. Данный вид применяется при маркировке книг/документов в библиотеках, персонализации при маркировке шуб и меховых изделий(используется rfid метка на одежде), для контроля подлинности покупаемой продукции. RFID-считыватель устанавливается на стол и подключается к компьютеру через USB.
• Мобильный RFID-считыватель. Данные устройства нашли активное применение на складах, в библиотеках и в архивах. Они применяются в работе даже вне помещения, где отсутствует питание. Мобильный считыватель часто используется для группового поиска и инвентаризации, идентификации в полевых условиях (ремонтные работы, контроль продукции).
• Портальный считыватель. Его основная цель — антикражная функция в библиотеках, на складах и прочих объектах. Портальные считыватели используют для лучшей идентификации транспорта, для учета перемещения людей или объектов (выставки, заводы). Также использует функцию rfid перезаписываемые.
• Потолочный RFID. Дублирует функцию классического портального RFID-считывателя, но в отличие от него устанавливается на месте с широким проходом, за подвесным потолком, на объектах представляющих культурную ценность.
• Также можно использовать android (есть встроенный адаптер).

RFID брелок

Для маркировки ключей была разработана RFID-метка в пластмассовом корпусе-брелоке на основе системы TwinTag-Mini.

RFID-метка TwinTag была сконструирована для постоянного использования в решениях, которые требуют регистрации объектов в 3 плоскостях (3D формат).

Такой брелок может быть использован как идентификатор и верификатор-электронной подписи кассира в отделении банка и обслуживаемой на торговой точке.

Объекты маркировки:

• Ключи.
• Сумки.
• Идентификатор кассира.
• Идентификатор дежурного инкассатора.

РФИД карты

Популярными сегодня становятся rfid карты, они бывают пассивные и активные. Они применяются в системах контроля доступа, учета рабочего времени. Выпускаются и широко применяются дисконтные и платежные карты. Активные виды могут быть считаны с расстояния в 200 метров, потому что они имеют встроенную батарею.

Пассивные карты работают на различной частоте. Они бывают разного размера. В них встраивается rfid чип, в него записывается и в нем хранится информация. В них есть антенна, передающая сигнал считывателю. Выпускаются и Rfid браслеты, брелоки. Производят бесконтактные карты из пластика, в процессе изготовления чип запекается между его слоями. Они недорого стоят и доступны всем, особенно сделанные с применением бумаги, картона.

Карты имеют различные rfid стандарты, например, закрытые MIFARE / MIFARE , и открытый CIPURSE. Чтобы они долго и надежно работали необходимо следить за тем чтобы они не сгибались, нельзя их очищать при помощи моющих средств. Нужно избегать контакта карты с органическими растворителями.

Их нельзя нагревать выше 80 градусов. Карта может перестать работать из-за механического повреждения. Желательно не носить ее в кармане вместе с ключами, монетами и другими твердыми предметами, потому что это приведет к ее повреждению. Сегодня какой-либо вид карты rfid есть практически у каждого.

Сейчас в магазинах часто продаётся одежда с чипами. Эти чипы основаны на маркерах (RFID), т. е. для возможности идентификации на расстоянии. Такие чипы намеренно помещают на одежду так, чтобы покупатель не замечал их и продолжил носить одежду с чипом в своей повседневной жизни.

FID-транспондеры для маркирования изготовляют на основе кремниевого чипа. Такой чип увеличит срок эксплуатации радиометки и предоставит функциональные преимущества. Вещевая RFID-метка — ярлык с программируемым чипом, содержащим сведения об изделии.

Размер антенн уменьшен, что позволит производить их с небольшими габаритами. Чип удобно эксплуатировать в одежде: шубах, детской одежде, нижнем белье и прочих товарах. Также используются rfid наклейки и rfid этикетки на одежде и прочей продукции.

Благодаря Gen 3 rfid чип в одежде имеет увеличенный объем памяти и оснащен функцией дополнительного шифрования/генерации серийных номеров. Это делает метки rfid tags надежными устройствами в деле учета товара и при его защите. Кроме этого есть возможность сделать rfid метку своими руками(благо это не очень сложно) и хранить ее в повседневной одежде.

RFID чип позволит неоднократно дополнять или перезаписывать данные в его памяти. РФИД метки легко читаются через упаковку, что обеспечивает возможность их размещения. Дальность считывания RFID tag составляет несколько десятков метров.