1 Introdução

A identificação de radiofrequência (RFID) é uma tecnologia emergente que armazena dados sobre portadores de dados eletrônicos (como circuitos integrados) e se comunica sem fio entre transponders/tags e interrogadores/leitores através de campos magnéticos ou campos eletromagnéticos para obter dados de identificação e troca Essa tecnologia pode realizar identificação de vários alvos e identificação de alvo em movimento; Possui muitas vantagens, como resistência a ambientes severos, alta precisão, segurança, flexibilidade e escalabilidade; É conveniente para rastreamento de itens e gerenciamento de logística através da Internet e, portanto, recebeu atenção generalizada Portanto, o RFID é reconhecido como uma das 10 tecnologias mais promissoras deste século

Sistemas RFID Na verdade, existem e se desenvolveram há décadas Do ponto de vista do status da fonte de alimentação, eles podem ser divididos em duas categorias principais: "ativo" e "passivo"; Da perspectiva da frequência operacional, eles podem ser divididos em várias categorias principais, como baixa frequência (125kHz ~ 135kHz), alta frequência (13 56mHz), frequência ultra-alta e microondas (2, 45GHz, 5 8GHz) Os preços de hardware de diferentes sistemas RFID variam bastante, e as características dos próprios sistemas também são diferentes, e a maturidade dos sistemas também é diferente Muitas perguntas não podem ser facilmente respondidas por insiders do setor, portanto, os usuários geralmente se sentem perdidos ao escolher a tecnologia RFID Com base em minha própria experiência de desenvolvimento e aplicação e com base na referência a materiais de aplicativos e dados técnicos relevantes, tento dar aos leitores uma compreensão mais abrangente e objetiva através deste artigo, na esperança de fornecer alguma ajuda aos usuários na escolha de um sistema RFID com uma frequência adequada

2 Breve descrição das características da tecnologia RFID em diferentes bandas de frequência

2 1 baixa frequência:

A banda de frequência usada é de 10kHz ~ 1MHz, e as principais especificações comuns são de 125kHz, 135kHz, etc Geralmente, as etiquetas eletrônicas nessa banda de frequência são passivas e o fornecimento de energia e a transmissão de dados são realizadas através do acoplamento indutivo A maior vantagem da baixa frequência é que a tag é menos afetada quando está próxima de objetos metálicos ou líquidos Ao mesmo tempo, o sistema de baixa frequência é muito maduro e o preço do equipamento de leitura e escrita é baixo No entanto, as desvantagens são uma curta distância de leitura, incapacidade de ler várias tags ao mesmo tempo (anti-colisão) e baixo volume de informações A capacidade de armazenamento geral é de 128 bits para 512 bits É usado principalmente em sistemas de controle de acesso, lascas de animais, dispositivos anti-roubo de carro e brinquedos Embora o sistema de baixa frequência seja maduro e o equipamento de leitura e escrita seja barato, devido à sua baixa frequência ressonante, a tag precisa fazer um indutor sinuoso com um grande valor de indutância e geralmente precisa encapsular o capacitor ressonante fora do chip O custo da tag é maior que o de outras bandas de frequência

2 2 alta frequência:

A banda de frequência usada é de 1MHz ~ 400MHz e a especificação principal comum é a banda ISM de 13 156MHz As tags nessa banda de frequência ainda são principalmente passivas, e o fornecimento de energia e a transmissão de dados também são realizados através do acoplamento indutivo O maior aplicativo nesta banda de frequência é o cartão inteligente sem contato com o qual estamos familiarizados Comparado com a baixa frequência, sua velocidade de transmissão é mais rápida, geralmente acima de 100kbps, e pode identificar várias tags (cada padrão internacional possui um mecanismo de anti-colisão maduro) O sistema nessa faixa de frequência se beneficia da aplicação e popularidade de cartões inteligentes sem contato, e o sistema também é relativamente maduro, e o preço do equipamento de leitura e escrita é relativamente baixo Os produtos são os mais abundantes, com capacidade de armazenamento variando de 128 bits a mais de 8k bytes, e podem suportar recursos de segurança muito altos, desde a integração mais simples de bloqueio de gravação até fluxo e até coprocessadores de criptografia Geralmente é usado para reconhecimento de identidade, gerenciamento de bibliotecas, gerenciamento de produtos etc Para aplicativos RFID com altos requisitos de segurança, essa banda de frequência é atualmente a única opção

2 3 Ultra High Frequency:

A banda de frequência usada é de 400MHz ~ 1GHz e as principais especificações comuns são de 433MHz, 868 ~ 950MHz Essa faixa de frequência transmite energia e informações através de ondas eletromagnéticas Aplicações ativas e passivas são comuns nessa faixa de frequência A distância de leitura das etiquetas passivas é de cerca de 3 ~ 10m, a taxa de transmissão é rápida e geralmente pode atingir cerca de 100kbps Além disso, como a antena pode ser fabricada por gravura ou impressão, o custo é relativamente baixo Devido à longa distância de leitura, taxa rápida de transmissão de informações e capacidade de ler e identificar um grande número de tags ao mesmo tempo, é particularmente adequado para campos como logística e gerenciamento da cadeia de suprimentos No entanto, a desvantagem dessa faixa de frequência é que sua aplicação em objetos metálicos e líquidos não é ideal e o sistema não é maduro O preço do equipamento de leitura e escrita é muito caro e o custo de aplicação e manutenção também é alto Além disso, as características de segurança dessa banda de frequência são médias e não são adequadas para aplicações com altos requisitos de segurança

2 4 Microondas: A banda de frequência usada está acima de 1 GHz e as especificações comuns são 2 45 GHz e 5 8GHz As características e aplicações da banda de microondas são semelhantes às da banda UHF, com uma distância de leitura de cerca de 2 metros, mas é mais sensível ao meio ambiente Como sua frequência é maior que a da UHF, o tamanho da etiqueta pode ser reduzido menor que o da UHF, mas a atenuação do sinal dessa faixa de frequência por água é maior que a da UHF, e a distância de trabalho também é menor que a da UHF

Geralmente é usado para rastreamento de bagagem, gerenciamento de itens, gerenciamento da cadeia de suprimentos etc

2 5 Selecione a tecnologia RFID de banda de frequência apropriada de acordo com o aplicativo

Na parte anterior, introduzimos brevemente as características da tecnologia RFID em cada banda de frequência Nesta parte, nos concentraremos em como selecionar a tecnologia RFID apropriada

Primeiro, o custo de um sistema RFID inclui custo de hardware, custo de software e custo de integração O custo do hardware não inclui apenas o custo do leitor e da tag, mas também o custo de instalação Em muitos casos, o software e a integração de gerenciamento de aplicativos e dados são os principais custos de todo o aplicativo Se você considerar o custo, deve considerar o custo geral do sistema, não apenas o hardware, como o preço da tag Aqui, não discutiremos e analisaremos ainda mais essa parte do problema, mas os leitores precisam ter uma compreensão e compreensão dele Abaixo, discutimos principalmente como escolher a faixa de frequência apropriada de uma perspectiva técnica

Segundo, sabemos que, mesmo para os sistemas RFID na mesma faixa de frequência, suas distâncias de comunicação são muito diferentes Como a distância de comunicação geralmente depende do design da antena, a potência de saída do leitor, o consumo de energia do chip de tags e a sensibilidade recebida do leitor etc Não podemos simplesmente assumir que a distância de trabalho de um sistema RFID em uma certa banda de frequência é maior que a de um sistema RFID em outra banda de frequência

Terceiro, embora o sistema RFID ideal tenha uma longa distância de trabalho, alta taxa de transmissão e baixo consumo de energia No entanto, na realidade, esse sistema de RF ideal não existe, e uma alta taxa de transmissão de dados só pode ser alcançada a uma distância relativamente próxima Pelo contrário, se você deseja aumentar a distância da comunicação, precisa reduzir a taxa de transmissão de dados Portanto, se quisermos escolher a tecnologia RFID com uma longa distância de comunicação, devemos sacrificar a taxa de comunicação O processo de seleção de uma banda de frequência geralmente é um processo de compromisso

Quarto, além de considerar a distância da comunicação, quando escolhemos um sistema de RF, geralmente também consideramos fatores como capacidade de memória e recursos de segurança De acordo com esses requisitos de aplicação, a faixa de frequência RFID apropriada e a solução podem ser determinadas A partir das soluções existentes, os sistemas RFID de UHF e microondas têm a maior distância operacional (podem atingir 3 a 10 metros) e uma taxa de comunicação mais rápida, mas para reduzir o consumo de energia e a complexidade do chip de tags, eles não implementam mecanismos de segurança complexos e são limitados a mecanismos de segurança simples, como a proteção de write e senha Além disso, a energia da onda eletromagnética nessa banda de frequência é severamente atenuada na água, por isso não é adequada para rastrear animais (contendo mais de 50% de água no corpo) e medicamentos contendo líquidos A distância de leitura e gravação dos sistemas de baixa frequência e alta frequência é pequena, geralmente não mais que um metro A banda de alta frequência é usada por cartões inteligentes sem contato, que podem suportar grandes capacidade de memória e algoritmos de segurança complexos Como mencionado anteriormente, devido aos requisitos de taxa de comunicação e segurança, a distância de trabalho dos cartões inteligentes sem contato geralmente é de cerca de 10 cm A especificação ISO15693 na banda de alta frequência aumenta a distância de comunicação, reduzindo a taxa de comunicação Com antenas de tamanho grande e leitores e escritores de alta potência, a distância de trabalho pode atingir mais de 1 metro A banda de baixa frequência tem a menor taxa de comunicação devido à sua baixa frequência de transportadora, que é mais de 100 vezes menor que a alta frequência 13 56MHz e geralmente não suporta a leitura de várias tags

3 Análise de caso

3 1 Gerenciamento de rastreamento de animais

Tradicionalmente, o rastreamento e o gerenciamento de animais utilizam tecnologia RFID de baixa frequência, e existem padrões internacionais para codificação e interface de sinal espacial Os padrões internacionais correspondentes são ISO11784 e ISO11785 Como as tecnologias RFID de alta e baixa frequência têm suas próprias vantagens e desvantagens, atualmente há um debate sobre a faixa de frequência para rastreamento e gerenciamento de animais Os principais motivos para apoiar o uso de soluções de tecnologia de baixa frequência são:

(1) Os requisitos internacionais de padrões e compatibilidade existem de fato

(2) Se uma solução de antena única for usada, a distância de leitura e escrita de um sistema de baixa frequência é geralmente de 20% a 30% maior que a de um sistema de alta frequência Como a taxa de dados de um sistema de baixa frequência é baixa, o consumo de energia do chip de tag pode ser menor que o microwatts

(3) Embora a taxa de transmissão de dados de um sistema de baixa frequência seja baixa, dada a força de seu sinal, a eficiência da leitura não é baixa em aplicações reais

(4) O sistema de baixa frequência pode penetrar no tecido animal e é a única opção de frequência para tags eletrônicas implantáveis

As razões para apoiar a solução tecnológica de alta frequência são as seguintes:

-(1) O método de codificação de animais da norma internacional ISO11784 pode ser totalmente implementado nas soluções de banda de alta frequência e ultra alta frequência Não há diferença no nível de aplicação e sistema

-(2) Devido à diferença de frequência, as tags de baixa frequência precisam ser enroladas com um indutor de enrolamento para formar uma antena de tags, e o custo de fazer tags é maior que o das tags de alta frequência Para uma etiqueta de alta frequência do tamanho de um cartão de crédito, ela geralmente só precisa ser enrolada cerca de 3 vezes e um processo de impressão de baixo custo pode ser usado O custo geral das tags de alta frequência é menor Este é um fato reconhecido

-(3) Se implementado razoavelmente, o sistema de alta frequência também pode obter uma distância de leitura e escrita comparável à do sistema de baixa frequência Além disso, o leitor de alta frequência pode controlar a faixa de ação através da antena do portão, que é propícia a uma coleta de dados precisa e rápida.

-(5) O uso de frequências de alta frequência tornou-se um padrão unificado global, e o uso de sistemas de alta frequência não enfrentará problemas de compatibilidade em todo o mundo O editor é mais a favor do uso de soluções de tecnologia de alta frequência no rastreamento e gerenciamento de animais como porcos que não requerem implantação de RFID O principal motivo é baseado em considerações de custo do sistema A margem de preço e lucro dos produtos agrícolas no meu país são muito baixos O custo de consumo de hardware no rastreamento e gerenciamento de animais como porcos vem principalmente de tags Para reduzir essa parte do custo, a tecnologia de alta frequência deve ser usada Ao mesmo tempo, considerando que unidades de produção como a agricultura de porcos geralmente não possuem conexões de banda larga, as tags eletrônicas podem não apenas armazenar informações de rótulo, mas também determinados dados relacionados O espaço de armazenamento comum em soluções de alta frequência pode atingir mais de 1 mil bits Em segundo lugar, a atual infraestrutura principal de RFID em meu país é baseada em tecnologia de alta frequência, e o uso de sistemas técnicos compatíveis tem vantagens no custo e confiabilidade da instalação Do ponto de vista dos chips, embalagem de tags, equipamentos de leitura e escrita, integração de sistemas e outros aspectos, meu país possui centenas de fornecedores de tecnologia de alta frequência, que é incomparável pela tecnologia de baixa frequência Além disso, em aplicações como gerenciamento de porcos, não são necessárias tags eletrônicas implantáveis ​​e etiquetas de orelha de animais podem ser usadas Obviamente, a solução de tecnologia de alta frequência usada no gerenciamento de rastreamento de animais é diferente do sistema de radiofrequência tradicional de alta frequência É necessário realizar trabalhos de pesquisa e desenvolvimento na redução do impacto do meio ambiente na distância operacional e no desenvolvimento de equipamentos especiais de leitura e redação, para que a tecnologia de alta frequência possa atender aos requisitos do sistema em termos de distância operacional e confiabilidade

3 2 Gerenciamento de medicamentos

Ainda hoje, em 2006, os especialistas ainda acreditam que o rastreamento e a gerência no nível do item no setor de bens de consumo é uma meta que levará de 3 a 5 anos para alcançar No entanto, o uso da tecnologia de identificação de radiofrequência para obter o gerenciamento de itens únicos de medicamentos relativamente de alto valor já é uma realidade A Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA (FDA) requer o rastreamento e o gerenciamento de processos completos de medicamentos únicos em 2007, de matérias-primas a armários de remédios domésticos Para o gerenciamento de itens únicos do gerenciamento de medicamentos, parece que o uso da tecnologia de alta frequência tem vantagens mais abrangentes, especificamente:

(1) Tanto a alta frequência quanto a frequência ultra-alta alcançam a transmissão de energia e sinal através de campos eletromagnéticos, enquanto a frequência ultra-alta alcança a transmissão de energia e sinal através de campos elétricos O sistema geralmente funciona no campo distante Para itens únicos que estão muito próximos, a detenção da tag fará com que a tag (item) seja perdida O sistema de alta frequência funciona no campo próximo (ou seja, o campo eletromagnético ainda está ligado dentro do sistema e nenhuma onda eletromagnética é emitida) A energia e o sinal são transmitidos através do campo magnético As tags dentro do sistema podem ser identificadas com precisão (é claro, a distância de trabalho está apenas dentro de 1 metro) e possui uma melhor capacidade de interferência anti-eletromagnética (EMI)

(2) A influência de líquidos e metais Comparado com a frequência ultra-alta, a atenuação de sinais de alta frequência na água é menor e é mais adequada para recipientes que contêm líquidos, e uma parte considerável dos medicamentos está em forma líquida

(3) Capacidade de armazenamento A capacidade de armazenamento de tags de alta frequência pode atingir bytes de 8k; portanto, mais informações podem ser armazenadas na tag para realizar um "banco de dados móvel" em vez de apenas um número eletrônico Não existe uma etiqueta eletrônica de grande capacidade na solução de frequência ultra-alta atual

(4) A alta frequência 13 56MHz é uma banda de frequência ISM usada internacionalmente e não há problema de compatibilidade No entanto, a frequência ultra-alta não está disponível em todas as regiões do mundo até agora A banda de frequência ultra-alta no meu país está em processo de formulação

4 Resumo

Para resumir, cada faixa de frequência da tecnologia RFID tem suas próprias características Mesmo para sistemas RFID na mesma faixa de frequência, a distância de comunicação varia bastante Não podemos simplesmente assumir que a distância de trabalho de um sistema RFID em uma determinada faixa de frequência é maior que a de um sistema RFID em outra banda de frequência Ao realmente selecionar um sistema RFID, é necessário considerar o custo geral de um sistema RFID, bem como fatores como capacidade de memória e recursos de segurança e selecionar a banda de frequência RFID apropriada com base nesses fatores.