Rfid-технология: что это такое. применение rfid

Основные формы и конструкции RFID-меток

От конструкции меток зависит сфера их использования. В целом, метки отличаются очень маленькими размерами, без потери своего функционала.

Монета

Дисковая форма — самый распространённый вариант транспондеров. Как правило, корпус устройства изготавливается из специального пластика, а его размер редко превышает несколько сантиметров. В центре диска может быть расположено отверстие для крепления.

Преимуществом подобных устройств, изготовленных из специального пластика, является широкий диапазон температур, при которых устройство может нормально работать. В большинстве случаев транспондер выдерживает от -40 до +90 градусов. Для расширения диапазона температур в качестве материала изготовления устройств может быть использован полистирол.

После каждой метки – купить.

Колба

RFID — метки такой формы изготавливаются из пластика или стекла. Внутри корпуса расположены элементы питания и рабочие микросхемы. Антенна такого транспондера очень маленькая — диаметр всего 0,03 мм. Подобные системы используются для поиска и идентификации животных. Все помнят о принципах чипирования — метки используются очень часто именно в подобных целях.

Метки в форме колбы можно встраивать и в металлические объекты. От сферы использования будет зависеть размер и форма самой колбы. Многое будет зависеть от способа установки транспондера — в горизонтальном положении он будет наиболее активно и «чисто» передавать сигналы, поскольку в таком положении минимизируются потери вихревых токов в магнитном поле устройства. При установке транспондера в вертикальном положении вихревые токи будут мешать качественной передаче сигнала.

Прямоугольник

Корпус для транспондеров такой формы изготавливается из пластмассы и в большинстве случаев такие устройства используются в условиях, где необходима повышенная механическая прочность. Транспондеры такой формы и в таком корпусе имеют повышенный радиус действия. Чаще всего используются для поиска и идентификации габаритных объектов, которые значительно удалены от считывающего устройства.

Метки на металлической поверхности

Ещё один распространённый вид RFID-систем. Особенности конструкции этих транспондеров позволяют обеспечивать прочность и надёжность. Очевидным плюсом является высокая термостойкость. Как правило, такие метки используют для идентификации металлических изделий (баллонов, контейнеров), хотя они могут применяться и в иных целях.

Часы и браслеты

Довольно распространённая в последнее время конструкция меток, используемая практически повсеместно. Чаще всего применяются в качестве идентификатора в пропускных системах или для поиска человека. Состоит из корпуса в виде часов, где расположены рабочие микросхемы. Система может иметь даже реальный часовой дисплей, хотя такая конструкция довольно дорогая и редко используется.

Существенный объём корпуса занимает антенна — она обеспечивает наиболее широкий радиус действия транспондера. Подобные устройства отличаются именно подобными характеристиками, то есть способны передавать сигналы на максимально возможную дистанцию.

Брелок

Такие метки часто используются в качестве брелоков к ключам от дома или офиса. Чаще всего изготавливаются из пластика. Могут использоваться не только для идентификации, а и для поиска, например, в случае утери ключа.

Бесконтактные карты

Такой вид мало отличается от привычных банковских карт. Преимуществом такой формы является широкий радиус действия и предельное удобство в использовании. Типы таких карт отличаются друг от друга своими размерами. Материал — пластик с повышенной устойчивостью к высоким температурам. В большинстве случаев на карты наносятся определённые изображения, посредством различных технологий печати.

Такие карты получили широкое распространение в последнее время. Например, все помнят телефонные карты или карты для проезда в метрополитене — это, как раз, простой пример работы RFID-меток в сфере общественной жизни. Стоимость таких карт невысока, что позволяет запускать любые проекты по использованию подобных устройств. Учитывая распространение карт, в будущем можно ожидать увеличения их использования, включая выполнение даже нестандартных задач.

Наиболее тонкие и компактные виды транспондеров, которые изготавливаются методом трафаретной печати. Толщина устройство не превышает толщину обычного листа бумаги. Предельно гибкий элемент, существенно превышающий по своим показателям удобства иные виды транспондеров. Широко используется в качестве идентификатора багажа при авиаперевозках, а также при поиске такого багажа.

Области применения IRID-систем

В настоящее время системы с IR-транспондерами находят все большее применение в системах платной парковки с автоматическими воротами, дверных замках-невидимках («Юнифорт», Россия), а также в транспортной и складской логистике, т. е. в тех разновидностях систем идентификации, где возможно обеспечить прямое поле видимости между меткой и считывателем. Но наиболее востребованными IRID-системы могут быть в военной сфере, где требуется высокая скрытность, достоверность и помехозащищенность передачи информации.

Не так давно в прессе появилась информация о том, что Минобороны РФ завершило испытания инфракрасных бирок для идентификации солдат при использовании приборов ночного видения (ПНВ). Данные бирки планируется нашивать на новые комплекты полевой формы ВКБО — всесезонный комплект боевой одежды, который был создан компанией «БТК групп». Благодаря уникальной конструкции подобные бирки дают инфракрасную засветку, которая позволяет отличить своих военнослужащих от солдат противника. Бирку планируется выполнить в виде прямоугольника и размещать на нарукавных карманах. Материал подобной бирки отражает только ИК-участок спектра, что позволяет при использовании ПНВ наблюдать очень яркую точку. При этом визуально такая бирка никак не воспринимается, человеческий глаз не воспринимает данный спектр излучения.

По словам Владислава Шурыгина, главного редактора журнала «Солдаты России», первыми инфракрасные бирки на форму своих солдат начали нашивать в США еще в 80-х годах прошлого века. В настоящее время подобные бирки стали обязательным атрибутом не только для солдат американской армии, но и для боевых подразделений многих стран мира. Такого рода бирки имелись и на предыдущей разновидности основной американской военной формы DCU, и на современном варианте ACU. Данные инфракрасные метки, получившие обозначение ACU IR tabs, прекрасно подходят для решения задач распознавания «свой-чужой». Метки на американской форме представляют собой нашивку из синтетического отражающего материала, который, при попадании на него в ночное время ИК-луча, отражает его в какой-либо форме. К примеру, это может быть квадрат, круг и т. д. Благодаря этому в ночное время удается сократить вероятность подстрелить по ошибке своего союзника.

Данные метки располагаются на спине, на груди, на плечах, а также по всем четырем сторонам шлема солдата. При этом инфракрасные метки оборудованы специальными клапанами на липучках, чтобы в случае необходимости их всегда можно было закрыть. Поскольку данные опознавательные метки применяются только военными, их распространение жестко ограничено (чтобы они не попали противнику).

Виктор Мураховский, являющийся главным редактором отраслевого журнала «Арсенал Отечества», полагает, что инфракрасные бирки могут пригодиться уже в ближайшее время. Он считает, что неблагоприятная ситуация с ПНВ, как сейчас, в нашей армии продлится не так долго. Деньги на приобретение подобной продукции выделяются, производится закупка новых систем и средств ночного видения. Со временем российская армия полностью освоит ведение боевых действий в ночное время. Именно тогда данные бирки станут незаменимыми, так как помогут достаточно быстро осуществлять идентификацию своих солдат.

Проект по созданию «RFID-тоннеля» для Смоленской АЭС

Смоленская АЭС — градообразующее, ведущее предприятие области, крупнейшее в топливно-энер­гетическом балансе региона. Работа АЭС обладает рядом специфических особенностей, в частности, на первом месте там стоят повышенные требования к безопасности. Не удивительно, что цель создания эффективного инструмента, который позволил бы обеспечить безопасность проведения ремонтных ра­бот на вскрытом оборудовании, в частности предотвратить возможность оставления персоналом рабо­чих инструментов и специальной оснастки в зонах проведения ремонтных работ, находилась в приори­тете в ходе модернизации деятельности станции.

Глобальная задача состояла в организации реги­страции и учета вноса/выноса оснастки и инстру­ментов, а также входа/выхода сотрудников в зону ремонтных работ с автоматическим формированием журнала РПДЗ (журнала регистрации предметов, до­ставляемых в зону производства работ со вскрытием оборудования) и реестра оставленного имущества. Также система должна была подавать сигнал, если на входе в зону было выявлено отсутствие допуска у сотрудника или запрет на внос инструмента. Пред­полагалось, что создание такого комплекса должно было существенно сократить время, необходимое для формирования отчетности.

Работа по созданию подобного программно-аппа­ратного комплекса легла на плечи специалистов ком­пании AXELOT. Реализация проекта была разбита на несколько частей. Во‑первых, это создание самого программно-аппаратного комплекса на основе систе­мы «1С:Инвентаризация и управление имуществом». Во‑вторых, требовалось провести дополнительные исследования по выбору оптимального метода кре­пления RFID-меток на инструментах и специаль­ной оснастке, чтобы не повредить ее целостность. И, в‑третьих, в связи с тем, что технология является в своем роде уникальной, требовалось провести ее тщательные испытания в условиях работы на АЭС для исключения любых возможных ошибок.

Созданный в результате произведенных ра­бот программно-аппаратный комплекс включил «RFID-Портал», состоящий из пространственной рамы, антенны и считывателя; ноутбук наблюдате­ля-контролера, RFID-терминал сбора данных, специ­ализированный принтер и программное обеспечение — «1С:Инвентаризация и управление имуществом».

Комплекс регистрирует все перемещения пер­сонала, инструментов, спецоснастки и предохра­нительных устройств в зоне производства работ со вскрытием оборудования. Перечень персонала, до­пущенного в ремонтную зону, а также реестр разре­шенных к проносу предметов, загружаются в систему непосредственно из электронных таблиц. Соответ­ствующие свидетельства печатаются на бейджах со­трудников, и на входе в зону ремонтных работ допуск строго контролируется.

Для упрощения формирования сводной отчетно­сти разработаны формы отчетов «Реестр оставленного инструмента и спецоснастки» и «Время нахождения в ремонтной зоне», настроена подсистема осмотров для регистрации установки заглушек с помощью тер­минала сбора данных.

Так как для реализации учета проноса обору­дования и спецоснастки требовались RFID-метки, необходимо было выявить оптимальную техноло­гию их крепления, чтобы метки не мешали в рабо­те и в то же время были надежно закреплены. По­этому в рамках тестирования RFID-технологии в промышленных условиях работы атомной стан­ции было проведено дополнительное исследование и выполнен расчет по изменению прочности гаеч­ных ключей при условии их засверливания для раз­мещения RFID-меток.

Необходимо отметить наблюдаемое после уста­новки программно-аппаратного комплекса сокраще­ние временных затрат на регистрацию входа/выхода сотрудников в зону ремонта. Формирование отчет­ности на основании собранных данных происходит быстрее, число ошибок минимизировано, усилен контроль наличия допусков, повышена безопасность проведения ремонтных работ.

Создание программно-аппаратного комплекса на входе в зону ремонтов можно считать пилотным проектом, так как использованное программное обе­спечение и технологии можно применять для уче­та и инвентаризации основных средств, инвентаря и иных материальных ценностей на всем предпри­ятии. Возможно дальнейшее развитие и масштаби­рование решения за счет разработки механизмов информационного взаимодействия со смежными информационными системами, что может позволить многократно повысить эффективность функциони­рования подразделений, задействованных в процес­сах работы с различным имуществом. 

Владислав Пшеничников, AXELOT

Менеджеры AXELOT будут рады ответить на все вопросы по тел. +7(495)961-26-09. Также вы можете написать нам через форму обратной связи.

Виды радио-меток

Существует классификация, которая разделяет радиочастотные маркеры по нескольким характеристикам. От них зависит область использования технологии RDIF-метки, ее стоимость, радиус действия.

Вариант питания

По типу батареи маркеры разделяют на:

• пассивные, у которых нет автономного питания, но энергии электро-магнитной волны от считывателя достаточно, чтобы «разбудить» CMOS-чип, передающий информацию;
• полуактивные (полупассивные), у которых есть небольшой элемент питания, благодаря чему они работают на больших расстояниях, а возможность принять сигнал зависит от мощности приемника-считывателя;
• активные, которые самостоятельно транслируют радиосигнал на расстояния до сотен метров, принимать его может устройство даже малой мощности.

Самая низкая стоимость у пассивных радиометок, самая высокая — у активных. Они слышны через слой бетона или металла, воды. Заряда источника питания хватает на 5 — 10 лет (зависит от типа батареи). Такие маячки оснащают дополнительными опциями, а из размер не превыщает диамет копеечной монеты. Например, сенсорами, которые улавливают колебания почвы или измеряют температуру среды.

Вид памяти

Радиометки хранят определенный объем информации, их память бывает:

• одноразовой или RO (Read Only), когда сведения записаны один раз, по ним возможно идентифицировать предмет, но исправить или подделать данные невозможно;
• одноразовой, предназначенной для многократного считывания или WORM (Write Once Read Many), она сделана из информационного чипа и блока памяти;
• многоразовые RW (Read and Write), на которых можно корректировать данные неограниченное количество раз.

Радиочастота

Радиомаячки подают сигнал, который как и любая волна, имеет ее характеристики. В том числе — число колебаний в секунде или частоту.

RFID технологии используют коридоры:

• Диапазон LF 125-134 кГц, в котором работают пассивные метки. Это информационные чипы магазинов, ветеринарные, зоологические и прочие. У них малый радиус действия, низкая цена.
• Диапазон HF 13.56 МГц используется для платежных систем, RFID технологий в логистике, устройств, идентифицирующих личность. Работа маячков этого диапазона регламентируется международным стандартом качества ISO Его использование позволило использовать похожие алгоритмы шифрования, создавать обширные системы. Например, система оплаты общественного транспорта во Франции. Однако, усилинная эксплуатация выявила ряд недостатков диапазона: на работу приемник и передатчиков влияют погодные условия, степень загрузки приемника. При высокой влажности или большом количестве одновременных сигналов, возможны «подвисания», другие технические проблемы.
• Диапазон UHF (860-960 МГц) или СВЧ, в котором дают сигналы маячки с самым большим радиусом работы. Еще на этапе внедрения системы возникла проблема: изобретатели предполагали, что чип будет уникальным, благодаря данным о товаре, занесенным в его память. Но тогда оставался открытым вопрос: как воспрепятствовать мошенникам, которые могут сделать контрафакт вместе с чипом. Выход нашла компания Philips, которая начала делать семейство радиометок Gen. Теперь используют маячки как этого производителя, так и компании NXP. Часть информации на них можно менять, защищать паролем, а часть доступна только изготовителю радиометки. Это позволяет делать каждый из них уникальным.

Дороже всего обойдется комплект оборудования для работы в СВЧ-диапазоне, дешевле всего — LF. В нашей стране для свободного использования гражданами и организациями оставлен коридор СВЧ 863 — 868 МГц.

Разновидности RFID-меток

Основным критерием, по которому разделяют метки, считается тип питания:

• пассивный идентификатор – встроенный источник энергии отсутствует, ее запас метка пополняет от считывателя. Вариант наиболее распространенный, цена на него невысокая;
• активная метка – имеет встроенный аккумулятор, позволяющий самостоятельно пересылать идентификационные сведения;
• пассивная метка со встроенным элементом питания – передает сигнал после получения запроса, поступающего от радиопередатчика.

Любой из видов меток обладает доступностью для записи информации либо исключительно для чтения сохраняемых данных. Такая особенность определяется возможностями встроенного типа памяти:

• RW – для многократных записей и удалений сведений;
• WORM – разрешается записывать данные и считывать их неоднократно. Стирание информации на таком теге не представляется возможным;
• RO – сведения записываются в момент изготовления, изменять их не получится. Такими метками пользуются для маркировки товаров с целью их идентификации.

Еще один вариант классификации транспордеров – по частоте, на которой передаются сведения. Именно от этого показателя зависит удаленность, на которой происходит считывание метки:

• сверхчастотная – метка отличается максимальным радиусом действия, разрабатывалась с целью применения в складской деятельности;
• высокочастотная – недорогой и экологически неопасный элемент, используемый в логистике и системах платежей. Интегрируется в проездные билеты для городского транспорта;
• низкочастотная – таким тегом чипируют людей или животных, информация с них на больших расстояниях не считывается;
• транспордер ближнего действия – функционирует во влажной среде, передает сигналы даже через упаковочный материал, имеющий металлические вставки.

Показатели мощности тега и считывающего сканера идентичны, но иногда метка излучает более низкий сигнал.

Все существующие системы РФИД разделяют на три вида, зависящие от применяемой метки и передатчика радиоволн:

• PRAT – используется активная метка и пассивный приемник данных. Рабочий радиус – до шестисот метров;
• ARPT – противоположный вариант. Считыватель посылает сигнал и получает необходимые сведения с пассивной метки;
• ARAT – передатчик находится в активном режиме постоянно, применяется любая метка.

.2 Устройство и принцип работы RFID-системы

Технология радиочастотной идентификации использует энергию
электромагнитного поля для чтения и записи информации на небольшое устройство —
RFID-метку.

Объект, оснащенный RFID-меткой, идентифицируется по уникальному цифровому
коду, хранящемуся в памяти электронной метки.

Транспондер (RFID-метка) состоит из чипа (интегральной микросхемы) и
антенны. Антенна осуществляет прием/передачу сигнала от/к считывателю. Чип
служит для обработки принятых/передаваемых сигналов и хранения информации.

Рисунок 1 — Устройство RFID-метки

Система RFID устроена просто и состоит из трех составляющих:

.        считывателя информации (ридер)

.        транспондера (RFID-метки)

.        ПО (программное обеспечение, обрабатывающее данные).

Ридер генерирует и распространяет электромагнитные волны в окружающее
пространство. В тот момент, когда RFID-метка попала в зону электромагнитных
волн считывающего устройства, происходит считывание информации и передачи ее на
программное обеспечение, т. е. на компьютер для последующей обработки данных.

Рисунок 2 — Принцип действия системы RFID

Важно отметить, что каждый идентификатор (объект) должен иметь свой
уникальный номер, по которому и будет происходить его опознавание. Без такого
механизма сигналы идентификаторов наложились бы друг на друга и вся информация
бы перемешалась

Применение RFID-технологии

RFID выполняет множество важных функций, оптимизирующих бизнес – в том числе сокращает расходы и уменьшает вероятность ошибок, вызванных человеческим фактором: например, невнимательностью или недостаточной квалификацией сотрудника.

Также RFID-технология:

• снижает время инвентаризации и складской обработки;
• автоматизирует технологические операции на производстве: начиная от закупок сырья и управления конвейером и сборочной линией и заканчивая распределением и транспортировкой готовой продукции;
• позволяет отследить перемещение товаров на любом этапе доставки – а также в случае кражи;
• обеспечивает безопасность персонала – метки, выполненные в виде бейджей, брелоков, браслетов, помогут роботизированной технике идентифицировать сотрудника и, например, подать сигнал тревоги в случае опасности для его жизни;
• подходит для быстрого распознавания транспортных средств и предметов, подлежащих строгому учету;
• контролирует доступ к программам и товарам, использование которых ограничено узким кругом лиц;
• используется в приложениях контроля и учета времени для определения присутствия сотрудников на рабочих местах;
• отправляет руководству отчеты о состоянии рабочего процесса;

Применение RFID технологий

Принципы работы RFID

Radio Frequency IDentification по сути является усовершенствованным алгоритмом радиолокационного опознавания «Свой-чужой». Аппаратно-программный технический комплекс для автоматического поиска отличий использует радиоволны определенной частоты. Данные хранятся в специальной метке, которую можно принимать, а затем дешифровать удаленно с помощью специальных считывателей.

Технология имеет достаточно простой механизм работы:

• информация записывается с помощью радиоволн на микрочип;
• данные поступают на считыватель с помощью радиосигнала встроенной антенны;
• определение излучаемой частоты, настройка и считывание сведений осуществляется автоматически за счет сканера.

Спрос на РЧИ появился еще в начале двадцать первого века. Система постоянно усовершенствуется, используется для маркировки и автоматизированной идентификации продукции. Но перечень функций RFID гораздо шире. С помощью современной технологии можно выполнить идентификацию и контролировать движение маркированных объектов – как живых, так и неживых.

Составные части RFID-системы складской логистики

В систему, устанавливаемую на вилочный погрузчик, входит считыватель, разработанный с расчетом на подсоединение к устанавливаемому на транспортное средство компьютеру (рис. 2) по последовательному интерфейсу. Оба этих устройства (считыватель и бортовой компьютер) способны выдерживать воздействие вибраций и имеют класс защиты от проникновения загрязнений IP65. Функционирующий в качестве локального узла компьютер обеспечивает координацию работы во внешней сети (GPRS, Wi-Fi) и сетевую безопасность, а также возможность передачи данных на сопряженное устройство через Wi-Fi
или Bluetooth, а при необходимости компьютер может быть оснащен GPS-приемником для отслеживания местоположения погрузчика на территории предприятия. Встроенный преобразователь постоянного тока устраняет помехи, поступающие из источника питания погрузчика.

Стационарные посты идентификации и порталы оснащаются RFID-считывателями, которые представляют собой стационарные интеллектуальные считыватели, фильтрующие поступающую от меток информацию, контролирующие внешние датчики, управляющие звуковыми/визуальными индикаторами и не требующие использования отдельного серверного устройства, каковое требуется для других устройств считывания радиочастотных меток и подвержено потенциальным сбоям. Считыватель имеет встроенную ОС, поддерживает программы, написанные на Java или C#.NET, имеет собственный WebServer, благодаря чему упрощается процедура настройки считывателя и расширяются возможности по интеграции считывателей в логистичеcкие сиcтемы для разработчиков таких систем.

Для проведения мобильной идентификации используются RFID-насадки, используемые совместно с мобильными компьютерами. Они объединяют в себе способность выполнять функции портативного мобильного вычислительного устройства и
реализуют функции радиомодуля для считывания/записи данных с/в RFID-транс-пондеров с поддержкой сетей PAN, LAN и WAN и любых используемых в настоящее время RFID-протоколов.

Важной составляющей при построении подобных систем является принтер (рис. 4)

Принтеры, используемые в системах RFID, кардинально отличаются от принтеров, с которыми приходится иметь дело в повседневной жизни. Они позволяют печатать на метках текстовую и графическую информацию, штрихкод, а также, имея встроенный радиочастотный модуль, позволяют вводить в память метки требуемую информацию. Эти принтеры оснащаются множеством интерфейсов (Ethernet, USB, последовательный интерфейс), а также имеют расширенные коммуникационные возможности посредством беспроводной связи (Wireless и Bluetooth). Такие принтеры могут работать как «интеллектуальный клиент», выполняющий заданные пользователем программы при абсолютно автономном использовании принтера. Это означает, что ваш принтер может работать без персонального компьютера и управлять дополнительным аппаратным обеспечением (например, сканерами, другими принтерами, конвейерами, весами), получать информацию от сетевого хоста и менять свою функциональность в зависимости от использования конкретных приложений.

Рассмотренное оборудование можно использовать для построения SCM-(Supply Chain Management), WMC-(Warehouse Management System) систем на основе RFID различного уровня сложности и с различными функциональными возможностями, а также и для построения множества других систем, где требуется производить идентификацию грузов.

Вышеописанная система может использоваться как самостоятельная полноценная система складской логистики, а также благодаря возможности экспорта данных быть интегрирована в сторонние SCM, WMC или другие системы.

RFID-системы транспортной логистики строятся по тому же принципу. Контрольно-пропускные пункты оборудуются RFID-воротами по количеству полос движения. Ворота представляют собой считыватель, пару антенн и автоматический шлагбаум.

В качестве транспондеров используются, как правило, защищенные пассивные RFID-метки, которые устанавливаются в кабине автомобиля или закрепляются непосредственно на кузове. Дальность считывания меток составляет порядка 5 м, что вполне достаточно для надежного считывания RFID-меток, установленных как в грузовых, так и в легковых автомобилях; при этом исключается случайное считывание метки автомобиля, находящегося на соседней полосе движения.

Применение активных RFID-меток в данном случае ограничено, так как большая дальность считывания таких меток приведет к неизбежному считыванию меток автомобилей, расположенных на соседних полосах движения.

RFID-контейнеры вместо картонных коробок:

Предприятие Mission Foods из американского штата Техас, которое обеспечивает 25% общемирового производства лепешек тако, тортильи, соусов, чипсов и других пищевых продуктов, развернуло RFID-систему на 15 складах и планирует внедрить ее на остальных своих объектах. Ранее компания отгружала продукцию в картонных коробках, которые стоили $1 за штуку, и тратила около $5 млн в год на одноразовые коробки. Теперь фирма использует пластиковые контейнеры с радиометками стоимостью $7, местонахождение которых можно в любой момент отследить. Разработка, тестирование и внедрение RFID-решения на 3 склада в Техасе заняло 7 месяцев и стоило примерно $100 000. За первые же полгода работы контейнеры обернулись 20 раз, что сэкономило компании около $700 000 за счет исключения картонных коробок .

RFID-контейнеры вместо картонных коробок: заметная экономия