Obecně
Proč RFID
- Rychlejší manipulace se zbožím a eliminace chyb
- Hromadné automatické snímání objektů
- Zvýšení úspor redukováním nesprávných dodávek
- Snížení celkových nákladů
- Přesné skladové informace, řízení zasob
- Ochrana zboží před odcizením
- Monitorování práce ve výrobě
- Dodatečné upřesňování informací
RFID (radiofrekvenční identifikace) je obecně užívaný pojem pro technologii využívající rádiové vlny k automatické identifikaci jednotlivého zboží. Existuje několik metod k jednoznačné identifikaci využívající RFID, ale nejběžnější je uchování EPC kódu spolu se sériovým číslem a dalšími důležitými údaji, které umožní rozpoznání a dohledání konkrétního produktu. Celá informace je uložena na mikročipu, který je připojen k anténě a zalitý do substrátu. Dohromady tyto složky tvoří tzv. RFID tag, který je schopen uloženou informaci vyslat do čtečky. Ta přemění vyslané rádiové vlny přijaté z RFID tagu na formu, která může být dále zpracována. RFID tag může mít podobu Smart label – etikety vhodné k dalšímu potisku nebo formu pouzdra různých tvarů, velikostí a materiálů.
RFID tagy
Jsou k dispozici v provedení pro:
- pouze pro čtení (read only)
- jeden zápis, mnoho čtení (WORM)
- čtení a zápis (read/write)
Další důležité rozdělení:
- Pasivní - vysílač (reader) periodicky vysílá pulsy do okolí. Pokud se v blízkosti objeví pasivní RFID čip, využije přijímaný signál k nabití svého napájecího kondenzátoru a odešle odpověď.
- Aktivní - používají se méně často než pasivní tagy RFID. Jsou totiž složitější a dražší, jelikož obsahují navíc i zdroj napájení a jsou schopny samy vysílat své identifikace - používají se proto pro aktivní lokalizaci.
Dalším důležitým rozdělením je rozdělení podle podporované frekvence. RFID tagy využívají dva typy antén, resp. dvou principů přenosu energie, v závislosti na tom, zda je přenosová frekvence nižší nebo vyšší než hraniční hodnota 100 MHz. Pro pásma pod 100 Mhz se energie přenáší pouze magnetickým polem, a tedy se využívá induktivní vazby, která je realizována vzduchovou cívkou (známý RFID tag pracující na 13.56 MHz s anténou tvořenou několika měděnými čtvercovými závity okolo čipu na nosné podložce). Pro frekvence nad 100 MHz, tedy i pásmo UHF, se již energie přenáší elektromagnetickým polem a anténa je dipólová jako například televizní anténa. Takové RFID tagy obvykle obsahují 1/8vlnový dipól, což odpovídá délce cca 5 cm.
Čipy využívají převážně nosnou frekvenci 125 kHz, 134 kHz a 13,56 MHz, 868 MHz (v Evropě) a 915 MHz (v Americe).
Rozdíl je pak i v principu zasílání dat, protože zatímco tagy s induktivní vazbou samy generují a vysílají k přijímači modulovaný signál, v případě tagů s rádiovou vazbou se pouze mění některý parametr antény, čímž je ovlivněna i podoba odraženého signálu a právě v rozdílu vyslaného a odraženého signálu je zakódovaná informace (bity)
.jpg)
UHF tagy se dosud rozdělovaly do několika skupin označovaných jako:
- třída 0 nebo 0+ nebo 1
- generace 1 (GEN 1) nebo 2 (GEN 2)
Ukázky RFID tagů:
- Pasivní
- Aktivní
RFID vs čárové kódy
RFID technologie nevznikla se záměrem nahradit čárové kódy, ale rozšířit již zavedený systém o nové příležitosti a možnosti. V celé řadě aplikací je proto nejvýhodnější využit kombinace obou těchto technologií – tedy SmartLabel.
Rozdíly:
- možnost aktualizace uložených informací (u read/write tagů)
- není nutná přímá viditelnost
- mnohačetné snímání v jednom okamžiku
- odolnost vůči teplotě, vlhkosti a vlivům okolního prostředí a výrobních postupů a technologií
- několikanásobně větší kapacita nesené informace
Další výhody:
- snížení chybovosti
- přenositelnost média
- zlepšené řízení toku zboží a logistiky
- vyšší stupeň automatizace
- digitální přístup k informacím
- rychlost získání informace, možnost mnohonásobného čtení
- mobilita
- sledovatelnost až na úroveň jednotlivého výrobku
Frekvence
Systém RFID je možno využít na různých frekvencích. Výběr nejvhodnější frekvence je proto základním pilířem při návrhu řešení aplikace. Z tohoto výběru pak vyplývá řada (nejen fyzických) omezení, jako například dosah čtečky, rychlost čtení a zápisu, použitelnost v různém prostředí, interference a také proniknutí vln různými materiály. U tagu je minimální velikost limitována potřebnou velikostí a typem antény, která je u pasivního RFID tagu mnohonásobně větší než samotný čip. A protože s rostoucí frekvencí se zmenšuje i minimální potřebná velikost antény a při přechodu hranice 100 MHz i její typ, bylo by z tohoto hlediska nejlepší využívat co nejvyšší frekvence. Bohužel s rostoucí frekvencí narůstá i elmag.rušení a vzniká problém se snímáním z kovových materiálů a tekutin. Dalším důležitým aspektem výběru jsou náklady na výrobu tagů, které jsou při komunikaci na frekvenci jednotek GHz příliš vysoké pro účely širokého uplatnění. Naopak nízkofrekvenční tagy umístěné na kovovém podkladu či uvnitř tekutin se dají snímat bez problémů, výrazně se však snižuje čtecí vzdálenost.
Rozdělení RFID podle standardizovaných nosných komunikačních frekvencí:
|
Frekvenční pásmo |
Anténa |
Rychlost a množství dat |
Čtecí vzdálenost |
Využití |
+ Výhody / - Nevýhody |
|
Nízkofrekvenční (LF) 125 a 135 KHz |
Indukční cívka na feritovém jádře |
- malá rychlost čtení - malé množství dat |
Krátká až střední
do 0,5 m |
- kontrola přístupu - identifikace a sledování zvířat - imobilizéry automobilů - inventura - identifikace kovových produktů (např. pivních kegů) |
+ větší odolnost proti rušení + možnost upevnění v blízkosti vody (tekutiny), vlhkých prostředích + možnost upevnění na kovové podložce (např. na sudu)
- malý čtecí dosah - malá komunikační rychlost - velká anténa (solenoid) = velké a drahé provedení RFID tagu - žádná Anti-kolize |
|---|---|---|---|---|---|
|
Vysokofrekvenční (HF) 13.56 MHz |
Indukční cívka rovná (3-5 návinů) |
- střední rychlost čtení - malé až střední množství dat |
Krátká:
do 1 m
|
- chytré karty (Smart Cards) - bezkontaktní placení -chytré etikety (Smart Labels) - označování zavazadel při přepravě - záznam a přenos naměřených dat - protokoly: ISO 14443, ISO 15693, Tag-IT, I-Code
|
+ menší rozměry antény + větší komunikační rychlost než LF + větší čtecí dosah než LF + nízká cena RFID tagu - nejvíce rozšířené + celosvětově standardizovaná frekvence + Anti-kolize 10-40 tagů/sekundu
- kovové podložky a voda již významně snižují čtecí dosah a ruší komunikaci
|
|
Ultrafrekvenční (UHF ) 860 až 960 MHz (Evropa 868 MHz, USA a Canada 915 MHz) |
Samostatná nebo duální dipólová anténa |
- vysoká rychlost čtení - malé až střední množství dat |
Střední:
do cca 3 m |
- sledování palet při přepravě a ve skladech - současná identifikace více zabalených produktů - elektronické mýtné - parkovací karty - sledování toku vratných obalů - protokoly: ISO 18000-6A/B, EPC Class 0/ |
+ možnost i vzdáleného čtení = indentifikace průjezdem brány + velká přenosová rychlost = možná větší kapacita paměti RFID tagu + dipólová anténa + levná výroba + Anti-kolize 1500 tagů/sekundu
- nečitelnost přes kapaliny - obtížné čtení na kovových podložkách - celosvětově nejednotná frekvence
|
|
Mikrovlná 2.45 a 5.8 GHz |
Single dipólová anténa |
- vysoká rychlost čtení - střední množství dat |
Střední:
do 2 m |
- elektronické mýtné - identifikace zavazadel při letecké přepravě - bezdrátový záznam a přenos dat v reálném čase
|
+ vysoká přenosová rychlost až 2 Mb/s + malé rozměry dipólové antény = malé tagy + Anti-kolize 50tagů/sekundu
- drahá a složitá konstrukce - menší dosah než UHF RFID - velký vliv rušení (kovu, kapalin apod.)
|
Regulace a standardy
V každé zemi existuje nezávislý regulační úřad, který definuje své vlastní předpisy pro radiové vlnění. Pro Evropu je to ETSI standard, který může být obecně akceptovaný až na několik místních omezení. Proto je společným cílem organizací GS1 (EAN) a UCC snaha vytvořit jednotný standard v oblasti radiofrekvenční identifikace. Výsledkem této společné iniciativy je standard EPC harmonizovaný s ISO standardy a aplikačními identifikátory EAN128.
Mapa frekvencí v UHF pásmu, které jsou povolené pro RFID komunikaci
Zatímco ještě v roce 2005 platil v Evropě GEN 1 Class 1 (v Americe zároveň i Class 0+), od roku 2007 je pak celosvětově za standard považován GEN 2 Class 1 lišící se mezi kontinenty a zeměmi právě pouze přenosovou frekvencí podle pravidel příslušného kontinentu (viz mapa).
Hlavní oblasti využití
Možnosti využití RFID v kterémkoli odvětví a pro jakoukoli aplikaci jsou limitovány pouze dostupnou technologií a vlastní realizací. Zde je jen malý výčet běžných oblastí, ve kterých je RFID technologie využívána:
- transport a logistika
- maloobchod
- zdravotnictví
- výroba (automobilový průmysl, elektro-technický, …)
- skladové hospodářství
- evidence a inventarizace majetku
- obaly (obecně krabice, boxy, přepravky, palety)
Autor: Jakub Irber
28.11.2008
