نحوه کار سیستم RFID چگونه است؟

اصطلاح سیستم RFID (آرفید یا آر اف آی دی) مخفف Radio Frequency Identification به معنای شناسایی با فرکانس رادیویی یا سامانه شناسایی بی سیم با امواج رادیویی است. همانطور که از نام آن مشخص شده است این اصطلاح به معنای عملکرد دستگاه براساس سیگنال های فرکانس رادیویی است. به بیان دیگر به مجموعه‌ای از فناوری‌ها که در آن برای شناسایی خودکار افراد و اشیا از امواج رادیویی استفاده می‌گردد، RFID گفته می‌شود.

آرفید از Reader یا داده خوان و یک Tag یا شناسه تشکیل شده است که معمولاً در شناسایی و ردیابی اشیاء استفاده می‌شود. قبل از بحث بیشتر در مورد سیستم RFID، منحصر به فرد بودن این فناوری و کاربرد کلی آن را بررسی می‌کنیم؛ با یوکا همراه باشید.

درباره قفل های الکترونیکی درب یوکا بیشتر بخوانید.

سیستم RFID چیست؟

امروزه در بیشتر موارد از بارکدی برای شناسایی یک کالا در یک انبار یا سوپر مارکت با استفاده از اسکنر بارکد استفاده می‌شود، این سیستم موجود با استفاده از فناوری RFID قابل ارتقا است. آر اف آی دی، مشابه بارکد، می‌تواند به همه محصولات شماره شناسایی منحصر به فرد بدهد، اما مزیت سیستم RFID با سیستم بارکد خطی که به صورت دقیق باید در برابر اسکنر قرار بگیرد تا خوانده شود، متفاوت است زیرا این سیستم می‌تواند برچسب RFID را در محدوده مجاورت خود تشخیص دهد.

یعنی شما به وجود یک فرد برای انجام این کار نیازی ندارید که بارکدی را جستجو کند و اسکنر بارکد را روی آن نشان دهد. با استفاده از این ویژگی می‌توان اکثر سیستم‌ها را به صورت خودکار کرد و مداخله انسان را نیز می‌توان به حداقل رساند زیرا هنگامی که برچسب بر روی کالا در برابر ریدر یا داده‌خوان RFID قرار می‌گیرد، برچسب اسکن می‌شود و صورتحساب داده می‌شود.

قفل درب‌های RFID و سیستم حضور و غیاب RFID امروزه بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند و بسیاری از هتل‌ها برای قفل کردن و باز کردن قفل درب، شناسه آرفید را به مشتری خود ارائه می‌دهند.

ساختار سیستم RFID

هر سیستم RFID از یک Reader یا داده‌خوان و یک شناسه یا Tag تشکیل می ‌شود. این شناسه اغلب کوچک و قابل حمل است و در صورت وجود الکترون در آن‌ها، تعدادشان بسیار کم است. در ادامه مقاله با تگ‌ها بیشتر آشنا می‌شویم، یک سیستم ساده RFID در نمودار زیر نمایش داده شده است. در این بخش مختصراً هر مؤلفه در ساختار نمودار را توضیح می‌دهیم.

داده خوان یا ریدر RFID

این دستگاه از آنتن، گیرند، فرستنده و رمزگشا تشکیل شده است:

• فرستنده و گیرنده: می‌توان از این بخش به عنوان فرستنده یا گیرنده استفاده کرد. این بخش شامل یک نوسان‌ساز برای تولید سیگنال مداوم تشکیل شده است که بر اساس فرکانس مورد نیاز تنظیم می‌شود و سپس از طریق آنتن به هوا منتقل می‌شود.
• آنتن: دستگاهی است که سیگنال الکتریکی را به سیگنال الکترومغناطیسی تبدیل می‌کند و در پخش کردن سیگنال در هوا کارآمد است.
• رمزگشا: هنگامی که یک سیگنال RF از یک تگ یا شناسه بر روی آنتن شناسایی می‌شود، رمزگشا به بازیابی داده‌ها کمک می‌کند.

تگ یا شناسه RFID

شناسه‌ها از دو مؤلفه (در صورتی که برچسب از نوع غیر فعال باشد) تشکیل می‌شوند. این دو مؤلفه شامل Microchip یا ریز تراشه الکترونیکی و آنتن هستند. در اینجا اطلاعات بیشتری در مورد برچسب‌های RIFD ارائه شده است.

• میکروچیپ یا ریز تراشه: میکروچیپ‌ها نیمه رساناهایی هستند که از یک مدار تشکیل شده‌اند و این مدار دارای حافظه بر حسب کیلوبایت است. میکروچیپ‌ها قادر به ذخیره‌سازی داده‌ها و انتقال آن در هر زمانی که نیاز باشد هستند.
• آنتن: از آن برای انتقال داده‌های موجود در تراشه به هوا استفاده می‌شود تا توسط یک ریدر قابل شناسایی باشد.

در صورتی که برچسب از نوع فعال باشد، میکروچیپ، باتری و آنتن آن را تشکیل می‌دهند.

• باتری: در دستگاه‌های از نوفعال به منظور تأمین انرژی از باتری میکروچیپ خارجی استفاده می‌شود.

سیستم RFID چگونه کار می‌کند؟

داده خوان RFID در تمام مدت انرژی لازم را دارد و معمولا از یک منبع خارجی تغذیه می‌شود. بنابراین هنگام روشن بودن، نوسان ساز موجود در آن سیگنالی را با فرکانس مورد نظر تولید می‌کند اما از آنجا که قدرت سیگنال بسیار کمتر خواهد بود (که ممکن است منجر به محو شدن سیگنال در صورت انتقال مستقیم شود) باید تقویت شود که این امر می‌تواند با استفاده از یک مدار تقویت کننده به منظور پیشبرد سیگنال به مسافت طولانی‌تر و تنظیم فرکانس مورد نظر با استفاده از یک تعدیل کننده انجام شود.

بعد از انجام این مراحل، سیگنال اکنون آماده انتقال است که می‌تواند توسط یک آنتن که سیگنال الکتریکی را به یک سیگنال الکترومغناطیسی تبدیل می‌کند، انجام شود.

سیگنال‌های داده‌خوان یا ریدر سیستم RFID در همه جا وجود دارند که در صورتی که در مجاورت یک تگ یا شناسه قرار بگیرند، آن را شناسایی می‌کنند. هنگامی که یک برچسب RFID در مجاورت کارت خوان آرفید قرار می‌گیرد، شناسه سیگنال داده خوان را از طریق سیم پیچ موجود در خود تشخیص می‌دهد که سیگنال، RF دریافتی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

این سیگنال تبدیل شده به تنهایی برای تأمین انرژی میکرو چیپ یا ریز تراشه ی موجود در شناسه کافی است. هنگامی که میکروچیپ نیرو می‌گیرد، وظیفه آن ارسال داده‌هایی (شناسه منحصر به فرد) است که در آن ذخیره شده‌اند. به همان روشی که سیگنال وارد شد، به همان روش سیم پیچ نیز به هوا فرستاده می شود.

همانطور که پیش تر گفته شد، داده خوان RFID دارای یک دریافت کننده و فرستنده نیز است. هنگامی که سیگنال از شناسه توسط آنتن داده خوان RFID باز می گردد، شناسه به تفکیک کننده داده می شود و سپس توسط یک رمزگشا، رمزگشایی می شود که می توان از این طریق اطلاعات اصلی را بدست آورد و سپس توسط ریز کنترل گر یا میکروپروسسور (هر دو نوعی ریزپردازنده هستند)، آن را جهت انجام کار مشخصی به کار گرفت.

توجه داشته باشید که توضیحات فوق برای یک شناسه RFID غیر فعال است. در صورتی که برچسب RFID از نوع فعال باشد سیگنال از روی داده خوان تشخیص داده می شود تا مدار را فعال کند و تگ یا شناسه را آماده ارسال داده به داده خوان یا ریدر کند زیرا برچسب های فعال دارای منبع تغذیه داخلی هستند.

محدوده فرکانس استفاده شده توسط فنآوری RFID

می دانیم که محدوده فرکانس رادیویی از ۳ کیلوهرتز تا ۳۰۰ گیگاهرتز است اما سیستم RFID معمولاً از فرکانس های رادیویی در محدوده فرکانس رادیویی (RF) استفاده می کند که به صورت زیر طبقه بندی می شود:

RFID با فرکانس پایین: دامنه آن بین ۳۰ کیلوهرتز تا ۵۰۰ کیلوهرتز است اما فرکانس دقیق مورد استفاده توسط آن ۱۲۵ کیلوهرتز است. دامنه تشخیص آن ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر است.

• RFID با فرکانس بالا: دامنه آن بین ۳ مگاهرتز تا ۳۰ مگاهرتز است ، فرکانس دقیق مورد استفاده ماژول ۱۳.۵۶ مگاهرتز است. دامنه تشخیص آن تا ۱.۵ متر است.
• RFID با فرکانس خیلی بالا: برد آن ۳۰۰ مگاهرتز تا ۹۶۰ مگاهرتز است اما فرکانس دقیق مورد استفاده ۴۳۳ مگاهرتز است. دامنه تشخیص تا ۲۰ متر است.
• امواج کوچک RFID: از فرکانس ۲.۴۵ گیگاهرتز استفاده می کند و دامنه تشخیص تا ۱۰۰ متر فاصله دارد.

بنابراین بر اساس برنامه و دامنه تشخیص مورد نیاز، RFID مناسب باید انتخاب شود. دامنه تشخیص بسته به اندازه آنتن و تنظیم آن متفاوت است.

انواع سیستم RFID

آرفید عمدتاً بر اساس نوع شناسه  RFID  به دو نوع طبقه بندی می شوند: به این دو سیستم آرفید فعال و غیر فعال گفته می شود:

۱- سیستم فعال RFID

سیستم فعال RFID دارای شناسه های فعال است که از منبع انرژی (باتری) تغذیه می شوند. بنابراین شناسه های فعال بدون وایستگی به سیگنال های داده خوان قادر به تابش سیگنال های فرکانس رادیویی خود برای انتقال داده های موجود در میکروچیپ هستند. آر اف آی دی فعال معمولاً تحت UHF RFID طبقه بندی می شوند که دامنه تشخیص تا ۲۰ متر را دارند. این شناسه های فعال به دو دسته ترنسپوندرها و بیکان ها طبقه بندی می شوند.

ترانسپوندرها

ترانسپوندر یا ترابری کننده در سامانه شناسایی با امواج رادیویی، دستگاهی است که در پاسخ به سیگنال های تشخیص هویت دریافت شده، سیگنال های مشخص کننده هویت را منتشر می‌کنند. در واقع سیگنال تراسپوندر، RF را دریافت می کند و سیگنال RF دیگری (معمولاً داده ها) را به عنوان پاسخ ساطع می کند.

فرستنده‌ها در همه زمان‌ها فعال نیستند (روشن) و فقط در صورتی فعال می‌شوند که یک سیگنال از داده‌خوان شناسایی شود و سپس میکروچیپ را جهت دریافت داده‌ها تقویت می‌کند که این داده‌ها سپس به داده خوان انتقال داده می‌شوند. بنابراین ترانسپاندرها شناسه‌های فعالی هستند که تنها زمانی که داده‌خوان سیگنالی را دریافت می‌کند، فعال می‌شود. این باعث می‌شود تا ترانسپاندر‌ها نسبت به بیکان ها از باتری های با طول عمر بالاتری برخوردار باشند.

بیکان‌ها

بیکان ها (Beacon) شناسه های فعالی هستند که تمام وقت تقویت می شوند، اما داده ها را فقط در فواصل زمانی مشخص منتقل می کنند (این فواصل زمانی می تواند یک بار در دقیقه یا یک بار در روز باشد). هنگامی که داده ها منتقل می شوند، داده خوان مربوطه در مجاورت آن سیگنال را تشخیص می دهد و می تواند اقدام لازم را انجام دهد. طول عمر باتری بیکان ها در مقایسه با ترانسپوندر ها کمتر است زیرا آن ها تمام مدت فعال هستند و به همین دلیل سریع تر از ترانسپاندور ها عمل می کنند.

۲- سیستم RFID غیر فعال

این نوع سیستم رایج ترین نوع سیستمی است که می توان در کارت های شناسایی، کارت های بانکی و غیره یافت. این نوع سیستم در برگیرنده ی شناسه های غیر فعالی است که باتری برای تأمین نیروی تراشه در آن ها وجود ندارد. در عوض، داده خوان سیگنال های RF را که توسط این شناسه، شناسایی می شوند را منتقل می کند.

این سیگنال های RF جریان را به آنتن شناسه القا می کنند که از آن بعدا برای تقویت تراشه استفاده می شود. سپس شناسه با استفاده از داده های موجود در تراشه از طریق سیم پیچ آنتن پاسخ می دهد که این داده ها توسط داده خوان شناسایی می شوند و سرانجام عمل مربوطه انجام می شود. این نوع سیستم معمولاً در سیستم های حضور و غیاب در دفاتر و دانشکده ها مشاهده می شود.

موارد استفاده از سیستم RFID

• در ادارات/ مدارس برای مدیریت حضور و غیاب استفاده می شود.
• برای پیگیری موجودی کالاها استفاده می شود.
• جهت جلوگیری از کلاه برداری/ سرقت محصولات از مراکز تجاری و بازارهای بزرگ استفاده می شود.
• در صنایع ساختمانی از فناوری RFID برای مدیریت مواد استفاده می شود.
• در سیستم های مکان یابی (RTLS) برای ردیابی مکان یک چیز مشخص یا یک کارمند مورد استفاده قرار می گیرد.
• برای قفل و باز کردن درها و در بسیاری از موارد دیگر استفاده می شود.