UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” DIN SIBIU

FACULTATEA DE FACULTATEA DE INGINERIE

„HERMANN OBERTH”

Specializarea: Informatică Industrială

LUCRARE DE LICENȚĂ

Coordonator științific,Șl.dr.ing. Negrulescu Sorin

Absolvent,

Maracine George Alexandru

Sibiu2015

UNIVERSITATEA „LUCIAN BLAGA” DIN SIBIUFACULTATEA DE DE INGINERIE

„HERMANN OBERTH”

Specializarea: Informatică Industrială

Tehnologia RFID pentru identificarea persoanelor

Coordonator științific,Șl.dr.ing. Negrulescu Sorin

Absolvent,

Maracine George Alexandru

Sibiu2015

DECLARAŢIE PRIVIND ORIGINALITATEA LUCRĂRII

Prin prezenta declar că lucrarea de disertație cu titlul “Tehnologia RFID pentru identificarea persoanelor” este elaborată de mine şi este rezultatul propriei mele activităţi de documentare şi cercetare. Declar de asemenea ca ea nu a mai fost prezentata parțial sau integral la o altă facultate sau instituţie de învăţământ superior din ţară sau străinătate.

De asemenea, declar că toate sursele utilizate, inclusiv cele preluate de pe Internet, sunt indicate

în lucrare:

toate fragmentele de text reproduse exact, chiar dacă sunt traduceri proprii din altă

limbă, sunt scrise între ghilimele şi deţin referinţa precisă a sursei;

reformularea în cuvinte proprii a textelor scrise de către alţi autori deţine referinţa precisă

la sursa ;

codul sursă, imagini etc. preluate din proiecte open-source sau alte surse sunt utilizate cu

respectarea drepturilor de autor şi deţin referinţe precise;

rezumarea ideilor altor autori precizează referinţa precisă la textul original.

Sibiu,

Absolvent Prenume Nume

___________________

Cuprins

INTRODUCERE ............................................................................................................... 1

Motivaţie ................................................................................................................. 1

Obiectivul lucrării ................................................................................................... 2

Metodica lucrării ..................................................................................................... 2

CAPITOLUL 1. RFID – identificarea prin radiofrecvenţă .......................................... 3

1.1. RFID – definţie ............................................................................................................ 3

1.2. Istoric ........................................................................................................................... 5

1.3. Tagul de 1-bit ............................................................................................................... 6

1.4. Sisteme de securitate bazate pe radio-frecvenţă .......................................................... 6

1.5. Componentele sistemului RFID ................................................................................. 10

1.5.1. Eticheta RFID .............................................................................................. 10

1.5.2. Cititorul RFID ............................................................................................. 13

1.5.3. Antena RFID ............................................................................................... 14

1.5.4. Sistemul de calcul ....................................................................................... 16

1.6. Tipuri de sisteme RFID .............................................................................................. 17

1.6.1. Sisteme active şi pasive ............................................................................... 17

1.6.2. Modalitate de transmisie ............................................................................. 17

1.6.3. Informaţia stocată şi procesată în transponder ............................................ 18

1.6.4. Frecvenţa de operare a sistemelor RFID ..................................................... 18

1.6.5. Cuplajul transponder-cititor ........................................................................ 19

1.7. Principii de operare a sistemelor RFID ...................................................................... 20

1.7.1. Sistemele RFID de 1 bit .............................................................................. 20

1.7.2. Sistemele RFID în duplex, semiduplex şi secvenţiale ................................. 21

1.7.2.1. Principiul cuplajului inductiv ....................................................... 23

1.7.2.2. Cuplajul prin reflexie cu împrăştiere a undei electromagnetice ... 23

1.7.2.3. Cuplajul strâns .............................................................................. 24

1.7.2.4. Transpondere cu undă acustică de suparfaţă ................................ 25

1.8. Standardizare în domeniul sistemelor RFID .............................................................. 25

CAPITOLUL 2. Arhitectura sistemului implementat

2.1. Prezentarea sistemului de ansamblu

2.2. Consideraţii teoretice

2.3. Desfăşurarea lucrării

2.4. Schema electrică generală

2.4.1. Arduino

2.4.2. Cititorul RFID folosit

2.5. Interfaţa cu utilizatorul

CAPITOLUL 3. Structura sitemului implementat

3.1. Detalii constructive

3.2. Schema electrică

3.3. Detalii de implementare a programului pentru microcontroller

CAPITOLUL 4. Sistemul RFID

4.1. Beneficiile sistemului RFID

4.2. Managementul proiectelor RFID

4.3. Domeniile în care se utilizează sistemul RFID

CONCLUZII ŞI DIRECŢII VIITOARE DE DEZVOLTARE

Avantajele şi dezavantajele sistemului RFID

Rezultate obţinute

BIBLIOGRAFIE

ANEXE

Anexa 1 – Schema electrică

Anexa 2 – Cod program

Introducere

Motivaţie

Aţi auzit vreodată de RFID? Dacă nu, cu siguranţă veţi auzi. Trăim într-o lume în

continuă schimbare. Această schimbare se manifestă în moduri care de multe ori depăşesc şi cea

mai bogată imaginaţie.

Radio Frequency Identification (R.F.I.D.), în română, „Identificare prin frecvență radio”,

este o tehnologie care utilizează comunicațiile de radio frecvență pentru identificarea și stocarea

datelor. Acestea sunt folosite în identificarea, localizarea și urmărirea persoanelor, bunurilor,

animalelor, etc., fiind util în monitorizarea stocurilor unor companii sau ca elemente de

securitate, spre exemplu, în aeroporturi.

Proiectul este o imagine de ansamblu a structurii sistemelor RFID (Radio Frequency

Identification) şi a benzilor de frecvenţă radio folosite şi de tehnologia RFID. Se prezintă, de

asemenea, o soluţie bazată pe tehnologia RFID pentru identificarea, trasabilitatea şi

autentificarea produselor, prin implementarea unui sistem de management de producţie şi

extinderea utilizării acestuia pentru comercianţi.

Încă de la apariţia tehnologiei de identificare prin radio-frecvenţă (RFID), în jurul ei s-a

făcut multă vâlvă. Prezentată acum mai bine de 30 de ani drept tehnologia care va revoluţiona

eficienţa liniilor de producţie şi a lanţurilor de distribuţie, RFID a contribuit într-adevăr, în

proporţii diferite, la succesul marilor companii şi grupuri de retail din lume.

Astăzi tehnologia RFID este deja folosită în domenii foarte numeroase. Un exemplu este

lanțul de aprovizionare al întreprinderilor, pentru a îmbunătăți eficiența inventarelor, pentru

urmărirea produselor în cursul fabricației și pentru managementul produselor. Alte exemple care

sunt deja automatizate cu ajutorul RFID:

- măsurarea timpului realizat la cursele atletice;

- controlul pașapoartelor (actualmente nu se practică în UE);

- aplicarea taxelor rutiere pe anumite autostrăzi etc.;

- urmărirea produselor (vacile unei cirezi, cărțile unei biblioteci, transcontainerele unui vapor);

- urmărirea locomotivelor și vagoanelor la căile ferate;

- autentificarea persoanelor care doresc să intre în zone speciale (cu condiția să-și fi implantat

etichete RFID sub piele);

- paza și inventarierea în muzee.

1

Din cauza miniaturizării permanente a etichetelor RFID, ajunsă până acolo încât ele sunt

din ce în ce mai greu de văzut și recunoscut cu ochiul liber, a apărut și o problematică gravă - cea

a potențialului pentru spionaj aproape invizibil, în cele mai diverse domenii.

Obiectivul lucrării

Obiectivele unui astfel de proiect constă în demonstrarea capacităţii de a sintetiza

cunostinţele şi de cunoaştere a temei prezente.

Prin elaborarea şi susţinerea proiectului, se demonstrează cunoaşterea teoretică a

domeniului şi capacitatea de a realiza în mod independent o cercetare bibliografică prezentată în

primele capitole ale lucrării.

Tehnologia RFID a fost inventată acum peste 60 de ani, dar a început să fie din ce în ce

mai folosită şi în Europa, pe scară largă în ultimii ani, atât de firme private în special pentru

etichetarea produselor, dar şi de guverne care introduc taguri RFID în documentele de

identificare (paşapoarte, carte de identitate, etc.) Conform estimărilor Comisiei Europene, peste

600 de milioane de taguri RFID au fost vândute în 2005, iar estimările arată că în 2016 ar putea

fi vândute de 450 de ori mai multe. Valoarea întregii pieţe a RFID (incluzând sistemele şi

serviciile) în UE a fost de 2.2 miliarde de euro şi ea ar putea ajunge la 20.8 miliarde de euro în

numai 10 ani.

Metodica lucrării

În elaborarea acestui proiect, trebuie parcuse anumite etape. Aceste etape fac parte din

managementul proiectului.

Proiectul este structurat pe şapte capitole, în care care găsim consideraţii teoretice şi

consideraţii practice, urmat de concluzii şi anexe.

Identificarea prin radiofrecvenţă (RFID) marchează o nouă evoluţie a societăţii

informaţionale, în care obiectele dotate cu dispozitive microelectronice care permit prelucrarea

automată a datelor vor deveni din ce în ce mai mult parte integrantă a vieţii de zi cu zi.

Tehnologia RFID este din ce în ce mai comună, devenind parte din viaţa cetăţenilor într-o

serie de domenii precum logistică, sănătate, transporturi publice, comerţ, în special pentru o mai

mare siguranţă a produselor şi o retragere mai rapidă a acestora, divertisment, muncă, taxare

rutieră, gestionarea bagajelor şi documente de călătorie.

2

Capitolul 1. RFID – identificarea prin radiofrecvenţă

1.1. RFID – Definiţie

Pentru a putea înţelege tehnologia RFID, lucrarea de faţă începe cu următoare întrebare:

Ce este identificarea prin radio-frecvenţă (proximitate)?

Identificarea prin Radiofrecvenţă (RFID - Radio Frequency Ientification) sau proximitate, este

ultima şi cea mai avansată metodă tehnologică de colectare automată a datelor, câştigând o largă

acceptare pe măsură ce oamenii înţeleg şi utilizează această tehnologie.

RFID este un sistem de identificare asemănător tehnologiei cu cod de bare. Sistemele cu

cod de bare necesită un cititor şi etichete adezive lipite pe obiecte, pe când RFID necesită un

cititor şi tag-uri speciale sau cartele ataşate/integrate în obiecte. Prin comparaţie, codul de bare

utilizează reflecţia unui fascicul luminos peste eticheta ce conţine tipărit codul, iar RFID folosete

un câmp de radio-frecvenţă de putere mică. Acest câmp de radio-frecvenţă nu necesită o

poziţionare precisă a obiectului la citire, el penetrează orice material nemetalic nefiind necesar

contactul direct cu echipamentul de citire.

Cele mai simple aplicaţii de proximitate pot fi comparate cu sistemele cod de bare, dar

cele mai sofisticate produse RFID pot interfaţa cu senzori externi pentru măsurarea unor

parametrii specifici, sau chiar sisteme GPS (Global Positioning Satellite system) pentru

urmărirea poziţiei unor obiecte cu ajutorul sateliţilor.

Un sistem RFID include două componente esenţiale: transponderul1 şi cititorul – Figura

1, aflate la distanţă unul de altul, astfel că legătura se face numai prin unde radio, prin

intermediul antenelor. Evident, informaţiile sunt codate digital în transponder, iar legătura radio

este de fapt o transmisie de date.

Figura 1.1. Structura principală a oricărui sistem RFID

În prezent, se folosesc pe scară largă mai multe procedee de identificare automată, în

esenţă variante ale procedeelor optic, magnetic şi cu contact electric:

1 Transponder = TRANSmiter resPONDER (emiţător – receptor), blocul de radiocomunicaţii al unui sistem care mai include şi alte subansamble – alimentare, protecţie, eventual automatizări, actuatori etc.

3

codurile de bare (pe etichete), cu citire optică la distanţe x1mm ... x1cm, foarte ieftine, cu

capacitate de stocare mică (maxim zeci de biţi);

cartelele inteligente, cu memorie cu contacte electrice sau cu peliculă magnetică

(citire/scriere în câmp magnetic creat de bobine situate la x0,1mm distanţă faţă de

peliculă) care pot stoca (16000 ... 64000) biţi, cu preţ mediu şi durată de folosire limitată.

Sistemele RFID pot stoca volume mari de date (16 ... 64kbiţi) şi pot fi citite de la distanţă

de la câţiva cm la zeci de metri. O comparaţie se poate face după tabelul de mai jos.

Tabelul 1.1. Comparaţie între codu de bare, cartela inteligentă şi RFID

În ultimii ani, datorită multiplelor utilizări, această tehnologie este din ce în ce mai

folosită, atât de firme comerciale (în special pentru etichetarea produselor), dar şi de către

administraţia publică, pentru documentele de identificare (paşapoarte, cărţi de identitate).

În principiu, tehnologia RFID nu urmăreşte înlocuirea codului de bare în toate aplicaţiile,

ci trebuie considerată o metodă adiţională de colectare a datelor, ce poate fi utilizată singular sau

în combinaţie cu alte metode. Pentru fiecare problemă particulară, utilizatorul trebuie să evalueze

beneficiile fiecărei metode şi să opteze în cunoştinţă de cauză.

1.2. Istoric

Tehnologia de identificare prin radiofrecvenţă îşi are radăcinile din cel de-al doilea

Război Mondial. Descoperit în 1935 de fizicianul scoţian Sir Robert Alexander Watson – Watt,

4

germanii, japonezii, americanii şi britanicii, utilizau radarul pentru detecţia la distanţă a

avioanelor inamice. Problema, era că nu aveau posibilitatea de a identifica avioanele ce

aparţineau inamicilor de cele ale aliaţilor. Sub conducerea lui Watson – Watt care a demarat un

proiect secret, britanicii au dezvoltat primul sistem active de identificare – Identify Friend or Foe

(IFF). Aceştia au pus un transmiţător pe fiecare avion britanic – când acesta primea semnale de

la staţiile radar de pe sol, începea să emită un semnal înapoi care identifica acel avion ca fiind

aliat.

Tehnologia RFID are la baza acelaşi concept: un semnal este transmis unui dispozitiv de

emisie-recepţie care va reflecta semnalul – în cazul în care este sistem pasiv – sau va emite un alt

semnal – sistem activ.

Oamenii de ştiinţă şi academicieni din SUA, Europa şi Japonia au făcut cercetări şi au

prezentat documentaţia, în care se explică modul, în care energia de radiofrecvenţă poate fi

utilizată în identificarea obiectelor de la distanţă. Companiile au început să comercializeze

sisteme antifurt care utilizau unde radio pentru a determina dacă s-a efectuat sau nu plata pentru

un anumit produs în cadrul unui magazin. Etichetele electronice de supraveghere a articolelor

(utilizate şi în prezent) au dimensiuni de 1 bit, care poate fi ON sau OFF.

Inginerii de la IBM au dezvoltat şi patentat un sistem RFID la începutul anilor 1990 cu

frecvenţe UHF. Acest sistem a oferit posibilitatea unor arii de detecţie mai mari (de până la 9

metri) şi un transfer mai rapid al datelor. Tehnologia RFID cu frecvenţe UHF a căpătat amploare

în 1999, când Uniform Code Council, EAN Internaţional, Procter & Gamble şi Gillette au

cofinanţat Centrul Auto-ID din cadrul Massachusetts Institute of Technology. Ideea profesorilor

David Brock si Sunjay Sarma care au analizat posibilitatea integrarii etichetelor RFID de costuri

reduse în cadrul tuturor produselor, în scopul depistării lor de-a lungul procesului de

aprovizionare, a fost de a pune un singur număr serial pe etichetă (un simplu microchip care

stoca foarte puţină informaţie). Între 1999 şi 2003 Centrul Auto-ID a primit sprijin din partea a

peste 100 de companii, a Departamentului de Aparare al SUA şi a comercianţilor de sisteme

RFID, deschizând laboratoare de cercetare în Australia, Regatul Unit, Elvetia, Japonia şi China,

dezvoltând două protocoale de identificare prin aer (Clasa 1 si Clasa 0), schema de numeraţie

EPC (Electronic Product Code) şi o arhitectură de reţea pentru căutarea de date asociate

etichetelor RFID în cadrul Internetului.

1.3. Tagul de 1-bit

Bitul este cea mai mică unitate de informaţie, care poate avea doar două stări: 1 şi 0. Asta

înseamnă că doar 2 stări pot fi reprezentate de către sistemul bazat pe tagul de 1-bit: „tag-ul în

5

zona de interogaţie” şi „în zona de interogare nu este nici un tag ”. În ciuda limitărilor datorate

informaţiei minimale, tagurile de 1-bit sunt foarte răspandite – principalul domeniu de aplicaţie

fiind la realizarea dispozitivelor antifurt din magazine (EAS - Electronic Article Surveillance -

sistem electronic de supraveghere a articolelor).

Figura 1.2. Tag-ul de 1 bit

Un sistem EAS este alcătuit din următoarele componente: antena cititorului, elementul de

securitate sau tag-ul şi optional sistemul de dezactivare pentru dezactivarea tagului după ce

produsul a fost plătit. În sistemele moderne, dezactivarea tagului are loc când este înregistrată

efectuarea plăţii la casă. Unele sisteme EAS încorporează şi un activator, care este folosit ca să

reactiveze tagul după dezactivare. Caracteristica principală a sistemelor EAS este viteza de

recunoaştere sau de detectare a tagului în funcţie de lărgimea porţii (distanţa maximă între tag şi

antena interogatorului).

1.4. Sistemele de securitate bazate pe radiofrecvenţă

Procedura de radio-frecvenţă (RF) se bazează pe circuite rezonante LC ajustate pe o

frecvenţă de rezonanţă fR .

Versiunile mai vechi conţineau rezistenţe inductive făcute din fire de cupru emailate şi un

condensator într-o cutie de plastic (tagul greu). Sistemele moderne conţin bobine gravate între

folii de plastic sub formă de etichete.

6

Pentru a asigura că rezisteţa de pierderi a bobinei nu devine prea mare şi reduce calitatea

circuitului rezonant la un nivel inacceptabil, grosimea conductorului de aluminiu este de 25 μm,

iar folia de polietilenă trebuie să fie de cel puţin 50 μm.

Figura 1.3. Prezentarea diferitelor principii de funcţionare a sistemelor RFID

Folia intermediară de 10 μm grosime este folosită pentrut fabricarea plăcilor

condensatorului. Cititorul generează un câmp magnetic variabil în domeniul de radio-frecvenţă.

Dacă circuitul rezonant LC se deplasează în apropierea câmpului magnetic, acest câmp magnetic

variabil va transfera energie către circuitul rezonant (legile lui Faraday).

Dacă frecvenţa fG a câmpului corespunde cu frecvenţa de rezonanţă fR a circuitului LC, în

circuitul rezonant se produce o oscilaţie la rezonanţă.

7

Curentul care trece prin circuitul rezonant se va opune variaţiei câmpului magnetic extern

al cititorului.

Acest efect se pune în evidenţă printr-o scădere relativ mică a tensiunii de la bornele

bobinei generatorului de semnal şi în final duce la o scădere a puterii câmpului magnetic

măsurabil. O modificare a valorii tensiunii induse poate fi detectată de o bobină suplimentară

care este un senzor de câmp magnetic şi care va sesiza imediat ce un circuit oscilant este prezent

în câmpul magnetic al bobinei generatoare. Mărimea relativă a acestei scăderi de câmp magnetic

depinde de distanţele dintre bobine (distanţa bobină generator - element de securitate, distanţa

element de securitate-bobină senzor) şi de factorul de calitate Q al circuitului rezonant din

elementul de securitate (tag). Modificarea relativă de tensiune la bornele bobinei generatoare şi

la bornele bobinei senzor este în general foarte mică şi deci dificil de detectat. Pe de altă parte

semnalul ar trebui să fie cât mai bun posibil astfel încât elementul de securitate să poată fi

detectat cu uşurintă. Pentru a putea detecta cu uşurintă prezenţa tagului se utilizează unele mici

trucuri şi anume frecvenţa câmpului magnetic generat nu este constantă, aceasta are o variaţie

lineară, între o valoare minimă şi o valoare maximă. Domeniul de variaţie a frecvenţei este între

8.2MHz ± 10%. Atunci când frecvenţa generatorului corespunde exact cu frecvenţa de rezonanţă

a circuitului rezonant situat pe tag, circuitul rezonant de pe tag începe să oscileze şi va produce o

scădere vizibila a tensiunii la bornele generatorului şi la bornele bobinei senzor ( Figura 1.5.).

Figura 1.4. Principiul de funcţionare al unui sistem EAS de radio-frecvenţă

8

Figura 1.5. Apariţia unei variaţii a impedanţei bobinei generatorului la frecvenţa de

rezonanţă

a elementului de securitate (Q= 90, k=1%). Frecvenţa generatorului fG variază

linear între

cele 2 frecvenţe de tăiere. Un tag RF prezent într-un câmp magnetic al cititorului

generează

un semnal clar la frecventa fR.

Toleranţa frecvenţei de rezonanţă al elementului de securitate, care depinde de toleranţele

de fabricaţie ale componentelor şi care poate să varieze dacă în apropiere este un mediu metalic,

nu mai are un rol important datorită variaţiei lineare a frecvenţei generatorului şi deci a

„scanării” întregului domeniu de frecvenţă. Orice frecvenţă de rezonanţă a circuitului oscilant de

pe tag care se încadrează în domeniul de variaţie liniară a frecvenţei generatorului va putea fi

detectată.

Deoarece tagurile nu sunt eliminate de pe produse în momentul efectuării plăţii la casă

acestea trebuie să fie dezactivate astfel încât să nu activeze sistemul antifurt. Pentru dezactivarea

tagului, vânzătorul pune produsul protejat într-un dispozitiv dezactivator, care generează

suficient câmp magnetic încât curentul indus în circuitul oscilant al tagului distruge

condensatorul din acesta. Distrugerea condensatoarelor de pe taguri este ireversibilă şi duce la

dezacordarea circuitul rezonant astfel încât nu mai poate fi excitat de către semnalul generator.

Unele produse care au frecvenţe propii de rezonanţă pot să introducă alarme false dacă sunt

introduse în câmpul magnetic al bobinelor şi prezintă o mare provocare pentru producătorii de

9

sisteme pentru a elimina alarmele false. Dacă aceste frecvenţe de rezonanţă ale produselor sunt

în domeniul de frecvenţă 8.2MHz ± 10%, întotdeauna se vor declanşa alarme false.

1.5. Componentele sistemului RFID

În termeni generali, tehnologia RFID reprezintă un sistem care transmite identitatea

(număr unic) unui obiect folosind undele radio către un receptor, această informaţie fiind

preluată, înregistrată şi prelucrată de un calculator (server). În continuare sunt detaliate

componentele pe care se bazează utilizarea acestei tehnologii.

Figura 1.6. Principalele componente ale unui sistem RFID

1.5.1. Eticheta RFID

O etichetă RFID este compusă de obicei dintr-un circuit integrat şi o antenă, de

dimensiuni adaptate mediului în care urmează să fie folosite (în mod normal de mărimea unei

etichete). Poate fi flexibilă astfel încât să poată fi pliată odata cu suportul pe care este aplicat (de

ex. pentru paşapoartele biometrice) sau poate fi încastrat într-o fiola de sticlă (de ex. cele

folosite pentru marcarea animalelor). În reprezentarea din figura 7 se observă circuitul integrat în

centru şi antena care îl înconjoară.

Performanţa etichetelor RFID poate varia foarte mult, incluzând aici capabilităţile de

citire/scriere, memoria disponibilă sau existenţa sursei proprii de alimentare. De asemenea,

variaza foarte mult ca durabilitate, în funcţie de mediul în care se folosesc. Fiecare etichetă este

10

identificată printr-un număr. Formatul datelor memorate poate fi adaptat specificului aplicaţiei

software.

Figura 1.7. Eticheta RFID

Există etichete adaptate unor medii speciale de utilizare, ca de exemplu: a temperaturii

extreme într-un cuptor, umiditate, medii chimic sau mecanic agresive. Această posibilitate de

adaptare reprezintă un avantaj important în raport cu etichetele cu coduri de bare. Informaţia ce

poate fi cuprinsă într-o etichetă este foarte variată şi poate fi schimbată ori de câte ori este

nevoie. De exemplu, o etichetă poate înregistra un număr de serie, un istoric de service sau

istoricul temperaturilor prin care a trecut. În general, nu există limite privind informaţiile

asociate unei etichete, în special atunci când sunt folosite în conexiune cu o bază de date

actualizată la zi.

Din punct de vedere al sursei de alimentare există 3 tipuri de etichete:

etichete pasive, fără sursă proprie: sunt cele mai răspândite, extrag energia câmpului

generat de cititor şi o folosesc pentru a emite informaţia. Etichetele pasive sunt mai mici,

mai uşoare şi mai ieftine decât cele active, iar durata de viaţă este teoretic nelimitată.

Dezavantajul constă în raza redusă de citire, puterea semnalului scăzând proporţionat cu

puterea a şasea a distanţei;

etichete semi-active: au o baterie de mici dimensiuni folosită pentru a transmite

informaţia atunci când intră în câmpul de acţiune al cititorului;

etichete active: emit la intervale predefinite sau atunci când sunt mişcate, deci nu

neapărat când sunt în vecinatatea unui cititor. Au avantajul reducerii energiei necesare

generate de cititor şi pot avea o rază utilă de citire mai mare. Ca dezavantaje trebuie

11

menţionate durata de viaţă mai scurtă datorită bateriei şi preţul mai ridicat decât al

tagurilor pasive. De aceea se folosesc doar în aplicaţii specifice, în care este esenţială o

rază de utilă mai mare sau o putere foarte redusa a cititorului.

Din punct de vedere al informaţiei stocate, etichetele pot fi:

read-only: programabile o singură dată, citite de ori de câte ori este nevoie;

read-write: programabile şi citite ori de câte ori este nevoie.

Etichetele read-only conţin un cod unic programat ce nu mai poate fi modificat. Acest

element le conferă un nivel ridicat de securitate. Un sistem ce utilizează astfel de tag-uri necesită

o compensare a procesării şi stocării informaţiei prin calculatoare şi programe adecvate.

Etichetele read-write conţin o memorie nevolatilă, în general de tip Flash, ce stochează

date care pot fi modificate prin operaţii normale, la fel ca o memorie RAM obişnuită. Aceste tag-

uri au un preţ iniţial mai ridicat decât celelalte tipuri, dar pot fi reutilizate de multe ori prin

modificarea corespunzătoare a conţinutului memoriei. Astfel, pe termen lung, etichetele cu

rescriere reprezintă o alternativă eficientă economic.

Principalele avantaje ale etichetelor RFID sunt următoarele:

etichetele de proximitate nu necesită contact direct pentru a funcţiona, sunt robuste şi nu

necesită întreţinere;

viteza de citire a informaţiei este mult mai mare;

unele tipuri de etichete pot fi şi rescrise;

prin reutilizare, preţul acestora scade considerabil;

pot fi amplasate oriunde, unele pot fi chiar integrate în obiectele pe care le deservesc;

nu necesită respectarea unor condiţii de mediu, citirea lor se poate realiza prin praf, aburi,

murdărie, noroi, apă;

citirea se poate face prin straturi de materiale nemetalice (vopsea, carton, plastic, lemn);

datorită sistemelor de verificare încorporate, citirea unei etichete de proximitate se face

fără erori;

etichetele pasive au o durată de funcţionare practic nelimitată;

etichetele sunt aproape imposibil de falsificat;

etichetele cu scriere şi citire pot fi inteligente (includ şi procesări de date, cum ar fi cele

pentru cărţile de credit);

datorită memoriei interne, etichetele pot stoca mari cantităţi de date.

12

1.5.2. Cititorul RFID

Cititor (reader sau scanner) RFID generează în permanenţă un câmp de radiofrecvenţă,

într-o zonă bine stabilită şi aşteaptă răspunsul transmis de către etichetele care trec prin câmpul

respectiv, constând din informaţia stocată în interior. Deci eticheta primeşte energia transmisă de

către cititor şi o refoloseşte în a transmite numărul său unic de identificare, precum şi alte

eventuale informaţii memorate în prealabil.

În funcţie de aplicaţie, cititoarele RFID pot fi staţionare (fixe) sau portabile. Cititoarele

staţionare asigură distanţe de citire de până la zeci de metri, cele portabile funcţionează pentru

distanţe de citire cuprinse între 1 m şi 4 m, conectare Wireless, Bluetooth

sau RS 232.

De asemenea, cititoarele RFID sunt disponibile într-o varietate de forme, dimensiuni şi

poziţionări. În general, instalarea cititoarelor se face oriunde există deplasări de obiecte cu

etichete ataşate, a căror locaţie ne interesează. Pot fi instalate pe tavane, în podele, în dreptul

unei uşi de depozit, pe culoare, pe motostivuitoare sau pe dispozitive PDA. De exemplu, putem

instala câte un cititor la intrarea şi la ieşirea dintr-un depozit. Orice obiect care va intra în acel

depozit va fi trecut automat în inventar şi orice obiect care iese din acel depozit, va fi scos din

inventar. Dacă angajatul care introduce sau scoate din depozit obiectul respectiv are asupra lui o

cartela de pontaj RFID, se va şti cu exactitate cine a operat, la ce ora şi ce obiecte a transportat

în/din depozit.

În figura 1.8. sunt prezentate câteva modele de cititoare staţionare sau portabile.

Figura 1.8. Cititoare RFID

Cititoarele pot funcţiona în sistem „stand-alone” având porturi I/O externe de comandă

sau pot fi conectate în reţea ( RS232, RS 484, USB, Ethernet).

13

Comunicarea cititoarelor cu software-ul instalat pe calculator se poate face prin interfeţe

industriale sau prin Ethernet Wired/Wireless.

1.5.3. Antena RFID

Aceste antene sunt folosite în combinaţie cu cititoarele RFID pot fi încorporate sau

externe acestora. Dimensiunile acestora precum şi banda de frecvenţă folosită determină de

regulă distanţa maximă de la care o etichetă este identificată de către un cititor RFID.

Rolul unei antene este să identifice cât mai bine semnalele emise de etichete şi taguri şi

să reducă zgomotele de fond.

a). b).

Figura 1.9. Antena RFID

O antenă RFID constă dintr-o bobină, cu una sau mai multe înfășurări și o rețea de

potrivire. Ea radiaza undele electromagnetice generate de cititor și primește semnalele RF de la

transponder .

Un sistem RFID poate fi proiectat în așa fel încât, câmpul electromagnetic este generat în

mod constant sau activat de un senzor .

Antenele, de asemenea, vin în diferite mărimi și modele, aceastea țin foarte mult de

mediul în care este integrat un sistem . Formele comune sunt de bară sau bucla antene.

Pentru gama de citire mai mare sau orientări diferite ale unui transponder, un număr de

antene pot fi aranjate într-o singură unitate cititor .

14

În această tehnologie, antenele sunt diferite în ceea ce privește configurația și modul de

funcționare, în funcție de frecvența utilizată .

Astfel avem:

Antene LF (de joasă frecvență) - 125 / 134,2 kHz

Antena este cuprinsă aici de un număr definit de vânturi sârmă care au ca rezultat astfel într -o

inductanță definit în antenă. O diferență se face aici între antene de cadru ( bobine de aer ) și

antene tijă ( bobina cu miez de ferită ). În cadrul sistemului complet, câmpul magnetic este

folosit aproape, adică cuplaj inductiv.

Antene HF ( înaltă frecvență ) - 13,56 MHz

În cadrul intervalului HF, antena este format din una sau mai multe înfășurări și este frecvent

reglată de un consiliu de tuning conectat. Materialul de înfășurare al antenei ar trebui să aibă o

suprafață mare, atunci când este posibil, prin aceasta influențând performanța antenei. În cadrul

sistemului complet, câmpul magnetic este folosit aproape, adică cuplaj inductiv.

Antene UHF ( Ultra High Frequency ) - 865-950 MHz

Aici se face o distrincţia între două tipuri: antenă - dipol şi antenă patch. După cum s-a sugerat

deja după numele acesteia, antena dipol este un design care cuprinde doi poli. Cipul este dispus

la mijloc și cei doi poli antenă sunt la o parte. Antena patch este o suprafață metalică pe care

trebuie să fie definit lungimi de margine. Astfel suprafața funcționează ca un rezonator. În cadrul

sistemului complet, câmpul magnetic îndepărtat este utilizat în aceste antene, adică cuplare

electromagnetică.

Figura 1.10. Intervale de frecvență RFID

15

1.5.4. Sistemul de calcul

Este format dintr-un calculator şi software-ul necesar utilizării datelor RFID. Acest

sistem de calcul dedicat trebuie să îndeplinească următoarele sarcini:

să comunice cu cititoarele fixe şi mobile pentru a prelua datele citite şi/sau a transmite

datele care trebuie înscrise;

să permită utilizatorului stabilirea informaţiilor care se vor înscrie pe etichete;

să menţină şi să actualizeze o bază de date locală, ce poate fi folosită pentru prelucrări

ulterioare.

Există o multitudine de programe şi biblioteci de rutine care facilitează comunicarea şi

procesarea datelor primite de la cititoare. Cele mai uzuale sunt bibliotecile proprietare ale

producătorilor, ce oferă o interfaţă simplă între baze de date şi cititoare şi care fac munca de

integrare a celor două componente mai uşoară. La rândul lor, aplicaţiile care prelucrează aceste

date pot varia de la cele simple, pentru gestionarea de stocuri, până la software ce administrează

lanţuri întregi de logistică, care implică zeci de mii de etichete şi comunicarea între baze de date

complexe, din organizaţii diferite. Aceste aplicaţii asigură preluarea, înmagazinarea şi

prelucrarea informaţiilor primite de la cititoarele RFID, inclusiv generarea de rapoarte şi statistici

la cerere.

1.6. Tipuri de sisteme RFID

Diversitatea sistemelor RFID este foarte mare, ceea ce face întocmirea unor clasificări

dificilă. Însă, există câteva criterii de clasificare acceptate, printre care enumărăm: modalitatea

de alimentare cu energie, modalitatea de trasnmisie, frecvenţa de lucru, tipul de cuplaj cu

cititorul, volumul de date stocate şi altele.

Funcţionarea oricărui sistem RFID este astfel:

Pe produs (obiect, persoană, etc.) există o etichetă sau cartelă conţinând un transponder

iar întro locaţie considerată potrivită există cititorul care emite unde electromagnetice.

Când obiectul ajunge în raza de acţiune a cititorului, transponderul sesizează prezenţa

câmpului emis şi răspunde în consecinţă.

Cititorul identifică răspunsul şi colectează/interpretează datele de la transponder.

Se pot desfăşura variate operaţii, ca de exemplu:

comunicaţia încetează (situaţia cea mai simplă);

informaţia de pe transponder este ştearsă;

are loc un dialog, pentru modificarea / actualizarea datelor din transponder.

16

1.6.1. Sisteme active şi pasive

Indiferent de modalitate, datele stocate în transponder, sunt citite de către cititor prin

intermediul câmpului electromagnetic, ceea ce se poate face numai dacă transponderul – care

este până la urmă un circuit electronic mai mult sau mai puţin complex, dispune de o oarecare

cantitate de energie. Această energie poate să provină:

de la o baterie proprie – transpondere active

de la câmpul generat de cititor - transpondere pasive.

Deoarece costul unei baterii depăşeşte cu mult costul unui transponder, varianta activă

este foarte rar folosită, numai când se impune citirea de la distanţe prea mari (zeci de metri)

pentru ca energia necesară să fie livrată prin câmp.

1.6.2. Modalitatea de transmisie

Comunicarea dintre transponder şi cititor poate fi: duplex, semi-duplex sau secveţială.

comunicarea duplex (full duplex - FDX) şi semi-duplex (half duplex - HDX) presupune

că transponderul comunică cu cititorul atunci când se află în câmpul de acţiune al

cititorului activ. Cu alte cuvinte, de îndată ce este cititorul este activat adică emite unde

radio, transponderul comunică cu cititorul.

În practică, transmisia de la transponder la cititor se realizează:

prin modularea sarcinii,

prin modularea sarcinii pe subpurtătoare sau

prin emisia de subarmonice sau armonice ale frecvenţei cititorului.

comunicarea secvenţială (sequential – SEQ) presupune că cititorul este activat pe

intervale de timp scurte, succesive , iar în pauzele de emisie este activ transponderul.

Aceasta presupune ca transponderul să acumuleze suficientă energie pentru menţinerea

emisiei în lipsa câmpului de la cititor. De regulă, pentru menţinerea activă a

transponderului în pauzele de emisie ale cititorului sunt necesare baterii.

Indiferent de modalitatea de comunicare, toate sistemele RFID, cu excepţia celor de 1bit,

necesită acumularea unei cantităţi oarecare de energie din aceea emisă de cititor.

În cazul sistemelor de 1bit, singura informaţie transmisă cititorului este prezenţa sau

absenţa transponerului în zona de acţiune a cititorului. Ca urmare, aceste sisteme sunt utilizate

numai pentru protecţie la furtuei de produse, activitate în care sunt foarte eficiente.

17

1.6.3. Informaţia stocată şi procesată în transponder

După cantitatea şi modul de procesare a datelor la transponder, se deosebesc:

sisteme de capacitate mică (EAS systems – Electronic Article Surveillance systems), care

pot stoca volume foarte mici de date – în general câţiva Bytes (de exemplu un număr/cod

serial, ca şi un cod de bare); programarea, modificarea datelor nu este posibilă. Marile

avantaje sunt: costul foarte redus, dimensiunile reduse şi consumul mic de energie.

Între acestea, un loc aparte prin larga utilizare, în ocupă sistemele de 1 bit, simple, foarte ieftine,

faorte potrivite pentru asigurarea protecţiei la furturi, la contorizarea produselor etc.

Astfel de transpondere au aceleaşi utilizări ca şi etichetele cu coduri de bare, asigurând în plus

protecţia la furt, un avantaj foarte important.

sisteme cu capacitate medie, care pot stoca kBytes în memorii reinscriptibile, de tip:

- EEPRM (Electrically Erasable ROM), nu necesită baterie, suportă 105 – 106 reprogramări,

consumă multă energie

- SRAM (Static RAM), care suportă practic oricâte reprogramări, oricât de frecvent dar necesită

baterie – un mare dezavantaj sau

- FRAM (Ferro/Ferrimagnetic RAM), care nu necesită baterie, consumă mai puţin decât

EEPROM şi pot fi reprogramate de 107 – 109 ori.

sisteme cu capacitate mare, echipate cu microprocesor (microcontroler), memorie cu

capacitate mare, variate posibilităţi de lucru, dintre care deosebit de importante sunt cele

de a comunica criptat – astfel se asigură un nivel oricât de mare se doreşte al siguranţei şi

secretizării comunicaţiei. Din varii motive, aceste sisteme lucrează numai în HF

(13,56MHz).

1.6.4. Frecvenţa de operare a sistemelor RFID

Frecvenţa şi cupljul transponderului cu cititorul sunt principalii parametri care determină

raza de acţiune a unui sistem RFID.

În acest moment, sistemele RFID folosesc frecvenţe de la sub 135kHz (JF, unde lungi), la

peste 5,8GHz (EIF, microunde, unde centimetrice).

În stabilirea frecvenţelor de operare ale sistemelor RFID, funcţionarea RFID nu trebuie să

perturbe sub nici o formă funcţionarea altor sisteme de radiocomunicaţii.

Aceasta înseamnă de fapt, că sunt sccesibile numai frecvenţele (benzile) care încă nu fost

alocate diverselor utilizări industriale, ştiinţifice, de (radio)comunicaţii etc. La ora actuală, există

o repartiţie extrem de complicată a frecvenţelor pentru o imensă varietate de utilizări.

18

Aceste repartiţii se fac pe utilizări, pe regiuni (continente, ţări) de către organisme

regionale internaţionale sub directa supraveghere a UIT (Uniunea Internaţională a

Telecomunicaţiilor). În Europa de această problemă se ocupă ETSI (European Technical

Standardisation Institute) prin comisiile de specialitate. Apoi, în fiecare ţară există organisme

specializate pentru alocări de frecvenţe. În Romania de această problemă se ocupă Ministerul

Comunicaţiilor prin Autoritatea Naţională pentru Comunicaţii în Tehnologia Informaţiei

(ANCTI, fosta direcţie de Reglementări de Frecvenţe). Din diferite motive, printre care, nu în

ultimul rând dotarea destul de precară a unităţilor de urmărire a încadrării în standarde, în

Romania, în prezent, se aplică practic neschimbate, reglementările Uniunii Europene.

1.6.5. Cuplajul2 transponder-cititor

Un aspect important în funcţionarea sistemelor RFID constă în tipul cuplajului

transponder – cititor, adică în caracterul câmpului de cuplaj. Acest cuplaj se realizează prin

câmp: electric, magnetic sau electromagnetic.

Orice câmp variabil este electromagnetic, dar în funcţie de distanţa la sursa de câmp şi

natura sursei, se vorbeşte despre câmp electric, magnetic sau electromagnetic.

În această problemă intervine lungimea de undă a radiaţiei λ:

‒ λ = c/f, c – viteza de propagare în mediu (în vid c0 = 3∙108 m/s, în substanţă cu permitivitate

εr şi permeabilitate μr viteza este c = c0∙(εr∙μr)1/2;

‒ f – frrecvenţa oscilaţiei care produce câmpul.

Se presupune o oscilaţie sinusoidală; orice emisie radio se face cu semnale sinusoidale

sau aproximable ca atare, din evidente motive de reducere la minim a lărgimii spectrului ocupat.

La mică distanţă de sursa de câmp, adică sub o fracţiune de lungime de undă (în general

sub λ/8 ... λ/16), se vorbeşte despre câmp apropiat, care poate fi electric sau magnetic, în funcţie

de modul în care este produs: un condensator (câmp electric) sau o bobină (câmp magnetic).

La distanţe mici, proprietăţile electromagnetice (generare reciprocă a comurilor electric şi

magnetic) rezultate din teoria lui Maxwell, pur şi simplu nu au unde să se producă.

La distanţe mari de sursă (în general peste λ), se vorbeşte despre câmp depărtat are ste

electromagnetic, adică cu ambele componente active.

Există o zonă (λ/8 − λ/16 ... λ) în care e greu de spus despre ce fel de câmp este vorba –

aici trebuie judecat în funcţie de situaţia concretă (dimensiunile geometrice ale sursei şi/sau ale

receptorului, natura concretă a celor două dispozitive etc.).

În contextul celor specificate, se poate constata că:

2 Când între două sisteme fizice se poate face un transfer de energie, se spune că cele două sisteme sunt cuplate.

19

În JF şi IF sistemele RFID funcţionează în câmp apropiat şi de regulă acesta este

magnetic, creat de bobina cititorului. In adevăr, la aceste frecvenţe λ = 2500 ...25m, mult

mai mare decât distanţa dintre transponder şi cititor.

În UIF şi EIF, λ = 35 ...5cm, comparabilă cu distanţa dintre transponder şi cititor.

1.7. Principii de operare a sistemelor RFIDExistă o destul de mare varietate de principii de operare ale sistemelor RFID, utilizate în

primul rând în funcţie de cantitatea de informaţie care se vehiculează.

Trebuie observat că denumirile metodelor de operare, traduse „mot à mot” din limba

engleză, pot crea confuzii, deoarece nu reflectă întotdeauna fenomenul fizic folosit; totuşi, aşa

cum sunt, aceste denumiri trebuie utilizate, acestea fiind cele adoptate în întreaga lume.

1.7.1. Sistemele RFID de 1 bit

a. Metoda radiofrecvenţei (modularea sarcinii) se bazează pe modificarea rezistenţei de

sarcină echivalente a amplificatorului final al cititorului. Metoda se foloseşte în IF (14MHz).

Fig.1.11. Compunerea unui sistem RFID cu funcţionare „în radiofrecvenţă” şi variaţia imedanţei

echivalente a bobinei inductoare la rezonanţa circuitului LC din transponder

Transponderul include un circuit LC rezonant pe o frecvenţă f0. Generatorul cititorului

injectează curent într-o bobină – cadru (cu dimensiuni mari, cât să "treacă" obiectul purtător de

transponder). Curentul, deci şi câmpul creat de bobină, este cu frecvenţă liniar variabilă între f0 −

Δf şi f0 − Δf (Δf/ f0 = 0,08 ... 0,15).

Când transponderul este în câmpul magnetic generat de cititor, are loc absorbţia de

energie de către circuitul rezonant, la frecvenţa f0; această absorbţie, destul de mică, este totuşi

perfect detectabilă, ca o scădere a tensiunii la bornele bobinei inductoare (Fig.1.11.) – sau ca o

20

creştere a curentului prin bobină. Ceea ce se întâmplă, este de fapt o scădere a rezistenţei de

sarcină echivalente la bornele amplificatorului care alimentează bobina cititorului.

Dezactivarea transponderului se face introducându-l în fanta unui generator de câmp

foarte intens, care produce în bobina transponderului un curent mare, care „arde” conductorul

bobinei. Bobina şi condensatorul sunt executate pe „cartele” prin depunere de strat metalic foarte

subţire (câţiva μm).

b. Metoda dublării frecvenţei, folosită în microunde (≥2,45GHz), se bazează pe

generarea, de către transponder, a unei unde radio cu frecvenţă dublă faţă de a undei cititorului;

energia necesară se preia din unda emisă de cititor. Eficienţa energetică mare a operaţiei o pot

asigura numai dispozitivele pasive neliniare şi reactive (L şi C). Dintre acestea, în prezent şi

numai în domeniul microundelor (peste ≈2GHz), se folosesc diodele varicap3.

c. Metoda divizării frecvenţei (subarmonicei), folosită mai ales în JF (100 − 135kHz) se

bazează pe generarea unui câmp magnetic cu frecvenţa 1:2 din frecvenţa câmpului cititorului.

Transponderul este prevăzut cu un mic circuit integrat (cip) care realizează divizarea

frecvenţei semnalului recepţionat; energia necesară se preia din câmpul magnetic generat de

cititor.

d. Metoda modelului electromagnetic (multiplicarea frecvenţei cu inductor saturabil) se

bazează pe utilizarea corpurilor fero/ferimagnetice cu caracteristică de histerezis foarte abruptă,

cu inducţie de saturaţie mică. Din pulberi de asemenea materiale se formează pelicule subţiri.

e. Metoda acustometrică, (a undei de suprafaţă - SAW) utilizează folii din metal

feromagnetic dur pe care se depune o peliculă din pulbere fero/feri magnetică cu proprietăţi

magnetostrictive. În câmp magnetic, particulele pot oscila mecanic prin magnetosctricţiune;

efectul este intens dacă frecvenţa câmpului inductor coincide cu frecvenţa de rezonanţă mecanică

a particulelor. Frecvenţele utilizate sunt joase: 30 – 75 kHz.

1.7.2. Sistemele RFID în duplex, semi-duplex şi secvenţiale

Aceste sisteme utilizează micro-cipuri (circuite integrate) pentru stocarea la transponder,

a unor volume de date importante (x1 ... x10 kbytes). Transferul datelor între citiror (reader) şi

transponder se poate face în sistem duplex (full duplex), semi-duplex (half duplex) sau

secvenţial.

Procedura semi-duplex (half duplex − HDX), constă în alternanţa transmisiilor cititor

3 Principiile de lucru sunt expuse în Cehan V. - „Bazele radioemiţătoarelor”, Editura MatrixRom, Bucureşti, 1997.

21

spre transponder cu a transmisiilor transponder spre cititor, dar transponderul este alimentat

continuu cu energie de la cititor.

Pentru comunicare se foloseşte metoda armonică, în două variante:

modulaţia sarcinii pe purtătoare sau pe subpurtătoare, la sistemele care lurează sub

30MHz sau

reflexia pe secţiunea efectivă, la frecvenţe peste 100MHz.

În ambele procedee, este influenţat câmpul magnetic sau electromagnetic creat de cititor.

Procedura duplex (full duplex – FDX), constă în transmiterea simultană, atât dinspre

cititor spre transponder cât şi dinspre transponder spre cititor; evident, transponderul este

permanent alimentat cu energie de la cititor.

Frecvenţa de transmisie dinspre transponder spre cititor (ftc) poate fi:

fracţiune din frecvenţa utilizată la transmisiile dinspre cititor spre transponder:

ftc = fct/n − procedeul subarmonic, sau

complet diferită de frecvenţa utilizată la transmisiile dinspre cititor spre transponder –

procedeul anarmonic.

Procedura secvenţială (sequential – SEQ) presupune realizarea transmisiilor şi a

alimentării cu energie în secvenţe (intervale) de timp:

pe un interval de timp se execută transmisia dinspre cititor spre transponder, se trimit

date şi se alimentează cu energie transponderul;

în intervalul de timpurmător, se execută transmisia dinspre transponder spre cititor, pe

seama energiei acumulate dar adesea şi a energiei de la o baterie proprie.

Fenomenele fizice pe baza cărora se realizează comunicarea sunt variate. Se folosesc:

Cuplajul inductiv, folosit des în JF şi IF, în variantele:

cu modularea sarcinii;

cu modularea sarcinii pe subpurtătoare.

Cuplajul în câmp electromagnetic, utilizat în UIF şi EIF şi are dezavantajul că, pentru

distanţe mari, necesită baterii pentru alimentarea cip-ului (nu şi pentru transmisii).

Cuplajul strâns, folosit la toate frecvenţele, presupune distanţă mică (0,1 ... 1 cm) între cititor

şi transponder.

Cuplajul electric, de tip capacitiv, folosit rar.

Cuplajul cu dispozitive cu undă de suprafaţă (SAW).

1.7.2.1. Principiul cuplajului inductiv

22

Principiul comunicaţiei prin cuplaj inductiv reiese din Fig.1.12.

Fig. 1.12. Sistem RFID cu cuplaj inductiv cu modularea sarcinii

Printre cele mai folosite metode de transmisie, în JF şi IF (<135kHz ... ≥13,56MHz) este

aceea a cuplajului magnetic. La aceste frecvenţe, lungimea de undă este 2500 ... 22m şi ca

urmare câmpul este apropiat, distanţa dintre cititor şi transponder fiind mai mică decât ≈λ/16;

cuplajul este de tip magnetic, dacă este creat de o bobină. Cuplajul inductive se foloseşte în

sistemele FDX, HDX şi SEQ.

Transferul datelor de la transponder la cititor se face prin modularea sarcinii. Principiul

reiese din Fig.1.12. : bobinele Lc şi Lt formează un transformator, cu Lc − primarul şi Lt –

secundarul; în secundar este plasată sarcina.

2.7.2.2. Cuplajul prin reflexie cu împrăştiere a undei electromagnetice

În domeniul UIF (868bMHz – Europa şi altele, 918bMHz – SUA şi altele) şi EIF

(micround − 2,5 GHz, 5,8 GHz) lungimile de undă sunt mici (la 869 MHz − λ = 34,6cm, la 2,5

GHz − λ = 12cm, la 5,8 GHz − λ = 5,2 cm). Ca urmare, la distanţe peste (10 − 5) cm, cuplajul

este în câmp îndepărtat, adică prin undă electromagnetică (UEM).

Lungimea de undă mică, permite ca la aceste frecvenţe să se realizeze antene directive,

cu rază de acţiune destul de mare. Cuplajul prin reflexia undei se foloseşte în sistemele FDX şi

HDX.

2.7.2.3. Cuplajul strâns

23

Când distanţa cititor – transponder este mică, de 0,1 ... 1cm, cuplajul este strâns, adică

procentul de putere absorbită de transponder din puterea emisă de cititor este mare, peste 10%

(în toate celelalte procedee acest procent este sub 1%, mic, deci este vorba despre un cuplaj

slab). Cuplajul strâns se foloseşte în sistemele FDX, HDX şi SEQ.

Cuplajul strâns poate fi magnetic (inductiv) sau electric (capacitiv).

În sistemele RFID bazate pe cuplajul strâns magnetic, cititorul include un transformator din

ferită, în U sau toroidal, cu întrefier (air gap) mare, de 1 ... 10mm, în care se introduce cartela cu

transponderul – Fig.1.13.

Fig. 1.13. Sistem RFID cu cuplaj strâns inductiv (cu transformator)

Cititorul poate fi cu putere mică, dat fiind randamentul mare de transfer a puterii la

transponder. Transponderul poate fi echipat cu circuite consumatoare de putere relativ mare (1 ...

10mW).

În sistemele RFID bazate pe culpajul strâns electric, transponderul include două

armături de condensator, sub forma a două plăci din peliculă metalică (argint, grafit, ...)

coplanare. Cititorul este echipat cu două plăci de asemenea coplanate, între care se aplică

tensiune mare, cu frecvenţă de câteva sute kHz. Prin capacităţile dintre plăcile cititorului şi ale

transponderului se transferă energie. Comunicaţia se realizează prin modularea sarcinii, adică se

modifică impedanţa dintre cele două plăci conductoare de pe cartelă şi astfel se modifică

intensitatea curentului prin sarcina generatorului din cititor.

24

Fig.1.14. Sistem RFID cu cuplaj strâns capacitiv (cu condensatoare)

2.6.2.4. Transpondere cu undă acustică de suprafaţă

În transponderele cu undă acustică de suprafaţă (SAW - Surface Acoustic Wave), se

utilizează efectul piezoelectric direct şi invers „de suprafaţă”.

Efectul piezoelectric direct constă în: dacă un paralelipiped din cristal de cuarţ este

solicitat mecanic pe două feţe, pe alte două, perpendiculare pe primele, apare o diferenţă de

potenţial. Efectul piezoelectric invers constă în: dacă pe două feţe opuse ale unui paralelipiped

din cristal de cuarţ se aplică o tensiune, pe direcţie perpendiculară apare o deformare elestică

mecanică. Dacă tensiunea aplicată variază periodic, deformarea elastică este tot periodică şi se

propagă sub forma unei unde elastice de volum care are frecvenţe proprii, de rezonanţă; la aceste

frecvenţe se realizează rezonanţa între tensiunea electrică şi deformarea mecanică.

Dacă tensiunea se aplică între electrozi depuşi pe suprafaţa cristalului, deformarea

elastică mecanică apare într-un strat cu grosime moleculară, adică pe suprafaţă şi se propagă pe

suprafaţă sub formă de undă (elastică) de suprafaţă cu proprietăţile specifice acestor unde.

Deoarece se propagă pe suprafaţa cristalului cu viteza sunetului (3 ... 4km/s), aceste unde

sunt numite unde acustice de suprafaţă − SAW.

SAW se propagă, se reflectă, prezintă fenomenul de dispersie etc., ca orice undă.

1.8. Standardizare în domeniul sistemelor RFID

Dezvoltarea standardelor s-a făcut sub directa coordonare a ISO (International

Organization for Standardisation), prin comitetele tehnice de specialitate.

Toate organizaţiile de standardizare statale (precum STAS în Romania), îşi elaborează şi

adaptează reglementările locale după standardele ISO.

25

Standardele ISO în domeniul RFID pot fi grupate în mai multe categorii:

Standarde ISO referitoare la marcarea şi identificarea prin radio a animalelor.

Standarde ISO referitoare la cardurile inteligente fără contacte (contactless smart cards)

utilizate ca şi carduri bancare.

Standarde ISO referitoare la marcarea şi identificarea containerelor.

Standarde ISO pentru marcarea uneltelor şi dispozitivelor de strângere.

Standarde ISO referitoare la sistemele RFID antifurt.

Standarde ISO referitoare la managementul articolelor.

Dintre standardele relevante în domeniu, trebuie achiziţionate şi studiate următoarele:

ISO 15961: "RFID pentru managementul articolelor: cititorul, comenzile funcţionale

pentru etichete şi sintaxă"

ISO 15962: "RFID pentru managementul articolelor: sintaxa datelor"

ISO 15963: "Identificarea unică a etichetelor RF şi Autoritatea de înregistrare şi acordare

a identificatorilor unici"

Partea 1-a: Sistemul de numerotare

Partea a 2-a: Standarde procedurale

Partea a 3-a: Utilizarea identificatorilor unici în circuite integrate

ISO 18000: "RFID pentru managementul articolelor: interfaţa în aer"

Partea 1-a: Parametrii generici pentru comunicarea prin intefaţa în aer pentru frecvenţele

universal acceptate

Partea a 2-a: Parametrii pentru comunicarea prin intefaţa în aer sub 135kHz

Partea a 3-a: Parametrii pentru comunicarea prin intefaţa în aer la 13,56MHz

Partea a 4-a: Parametrii pentru comunicarea prin intefaţa în aer la 2,45GHz

Partea a 5-a: Parametrii pentru comunicarea prin intefaţa în aer la 5,8GHz

Partea a 6-a: Parametrii pentru comunicarea prin intefaţa în aer în benzile UIF

ISO 18001: " Tehnologia informaţiei – RFID pentru managementul articolelor – cerinţe

de aplicaţii"

În afară de ISO, în activitatea de standardizare a sistemelor RFID sunt implicate şi alte

organisme, printre care:

EAN – European Article Numbering Association şi

UCC – Universal Code Council

care promovează standarde şi alte activităţi de reglementare a RFID în scopul creşterii

performanţelor şi al reducerii costurilor.

26

Capitolul 2. Arhitectura sistemului implementat

2.1. Prezentarea sistemului de ansamblu

27