RFID چیست و چه کاربردهایی دارد؟

RFID (Radio Frequency IDentification) یا شناسایی فرکانس رادیویی، شکلی از ارتباط بی‌سیم است که استفاده از جفت الکترومغناطیسی یا الکترواستاتیکی را در بخش فرکانس رادیویی طیف الکترومغناطیسی برای شناسایی منحصر ‌به ‌فرد یک شی، حیوان یا شخص را در بر می‌گیرد.

‌RFID چگونه کار می‌کند؟

هر سیستم RFID از سه جزء تشکیل شده است:

یک آنتن اسکن، یک فرستنده گیرنده و یک فرستنده.

حال در این‌جا با سه اصطلاح تخصصی سر و کار داریم که به اختصار آن‌ها را برای شما شرح می‌دهم.

1. آنتن

آنتن یک مبدل تخصصی است که جریان الکتریکی را به امواج الکترومغناطیسی (EM) یا بالعکس تبدیل می‌کند. آنتن‌ها برای ارسال و دریافت میدان‌های EM غیر یونیزه کننده، که شامل امواج رادیویی، امواج مایکروویو، تابش مادون قرمز (IR) و نور مرئی است، استفاده می‌شوند.

آنتن‌های امواج رادیویی و آنتن‌های مایکروویو به طور گسترده در اکثر صنایع و در زندگی روزمره ما استفاده می‌شود. آنتن‌های مادون قرمز و نور مرئی کمتر رایج هستند.

آنتن‌ها بسته به طراحی، موارد استفاده متفاوتی را پشتیبانی می‌کنند. برای کمک به تمایز بین انواع مختلف، آن‌ها اغلب در دسته‌های خاص گروه‌بندی می‌شوند، اگرچه هیچ توافقی در سطح صنعت در مورد این‌که هر گروه را تشکیل می‌دهد وجود ندارد. با این حال، چندین دسته رایج اغلب در توصیف و تشخیص یک نوع آنتن از دیگری استفاده می شود.

• Aperture (دیافراگم) : آنتنی با دهانه‌ای در سطح آن که به انتقال یا دریافت EM برای دستیابی به بهره بیشتر کمک می‌کند. اندازه و شکل آنتن به نحوه استفاده از آنتن بستگی دارد. آنتن‌های دیافراگم معمولاً در موقعیت‌هایی مستقر می‌شوند که نیاز به نصب هموار دارند، مانند هواپیما یا فضاپیما.
•  Array (آرایه‌ای) : آنتنی متشکل از آنتن‌های متصل کوچک‌تر که با هم کار می‌کنند تا یک الگوی تشعشع واحد تولید کنند. آنتن‌های آرایه‌ای می‌توانند بهره را افزایش داده و تداخل را کاهش دهند، در حالی که کنترل بیشتری بر جهت آن فراهم می‌کنند. آنتن‌های آرایه‌ای در تنظیمات مختلفی از جمله ارتباطات بی‌سیم، شبکه‌های 5G و سیستم‌های رادار نظامی استفاده می‌شوند.
• Reflector (بازتابنده) : آنتنی که شامل یک یا چند جزء است که امواج EM را منعکس می‌کند تا بهتر فوکوس یا هدایت کند. آنتن‌های بازتابنده اغلب در ارتباطات مایکروویو و ماهواره‌ای استفاده می‌شوند. بسیاری از آن‌ها دارای ساختار سهموی هستند که امواج EM را منعکس می‌کند، مانند آن‌هایی که در دیش‌های ماهواره استفاده می‌شود.
• Lens (لنز) : آنتنی که شامل یک لنز تعبیه شده از شیشه، فلز یا مواد دی‌الکتریک است. این آنتن از خواص همگرایی و واگرایی لنز برای ارسال یا دریافت امواج EM، معمولاً در فرکانس‌های بالاتر، استفاده می‌کند. آنتن‌های لنز اغلب برای سیستم های رادار و ارتباطات مایکروویو استفاده می‌شوند.
• Log periodic (دوره‌ای) : یک آنتن جهت‌دار با عناصر متعدد که می‌تواند طیف وسیعی از فرکانس‌ها را پشتیبانی کند. محدوده پشتیبانی شده به اندازه عناصر و نحوه چیدمان آن‌ها بستگی دارد که بر اساس یک تابع لگاریتمی فرکانس است. آنتن‌های دوره‌ای Log می‌توانند در موقعیت‌هایی مفید باشند که به پهنای باند متغیر نیاز دارند یا از ارتباطات با فرکانس بالا پشتیبانی می‌کنند، مانند تلویزیون‌های آنالوگ، ارتباطات سلولی یا رادیوهای موج کوتاه.
• Microstrip (میکرواستریپ) : یک آنتن کوچک که در یک برد مدار چاپ شده است. خود آنتن یک وصله ساخته شده از یک ماده رسانا است که بر روی یک بستر دی‌الکتریک نصب شده است که خود روی یک صفحه زمین قرار می‌گیرد. آنتن‌های میکرواستریپ به طور گسترده در ارتباطات بی‌سیم و دستگاه‌های تلفن همراه از جمله تلفن‌های همراه استفاده می‌شود.
• Traveling-wave (موج مسافرتی) : یک آنتن جهت‌دار که در آن امواج EM از طریق آنتن در یک جهت حرکت می‌کنند، بر خلاف بسیاری از انواع دیگر آنتن‌ها که در آن امواج در چندین جهت حرکت می‌کنند. امواج یک طرفه امکان پشتیبانی از طیف وسیع‌تری از فرکانس‌ها را فراهم می‌کند. آنتن‌های موج سفر برای تلویزیون‌های آنالوگ، رادیوهای آماتور، مخابرات و سایر موارد استفاده می‌شوند.
• Wire (سیمی) : آنتنی که چیزی بیش از طول سیم نیست و از یک سر آن به فرستنده یا گیرنده متصل است. آنتن‌های سیمی ساده‌ترین و قابل حمل‌ترین نوع آنتن هستند. آن‌ها به طور گسترده در رادیو، اتومبیل، کشتی، هواپیما، ساختمان و انواع دستگاه‌ها و سازه‌های دیگر استفاده می‌شوند.

2. فرستنده گیرنده (Transceiver) 

فرستنده یا فرستنده/گیرنده دستگاهی است که قابلیت انتقال و دریافت را در مدارهای مشترک ترکیب می‌کند. انواع مختلفی از فرستنده و گیرنده برای کاربردهای مختلف طراحی شده است و فرستنده و گیرنده سنگ بنای ارتباطات بی‌سیم است. یکی از نمونه‌های رایج فرستنده گیرنده، تلفن همراه است که برخلاف رادیوهای معمولی که فقط می‌توانند سیگنال‌ها را دریافت کنند، قادر به ارسال و دریافت داده‌ها هستند.

فرستنده‌ها را می‌توان به دو دسته تقریبی تقسیم کرد: Full Duplex ، Half Duplex

• Full Duplex : در یک فرستنده و گیرنده Full Duplex، دستگاه می‌تواند همزمان ارسال و دریافت کند. تلفن‌های همراه، باز نمونه‌ای عالی از یک فرستنده گیرنده Full Duplex هستند، زیرا هر دو طرف می‌توانند همزمان صحبت کنند.
• Half Duplex : در مقابل، یک فرستنده و گیرنده  Half Duplex یک طرف را خاموش می‌کند در حالی که دیگری ارسال می‌کند. بسیاری از سیستم‌های رادیویی بر اساس روش Half Duplex کار می‌کنند، به همین دلیل است که مردم هنگام خروج سیگنال می‌دهند و به کاربر دیگر هشدار می‌دهند که فرکانس برای انتقال باز است. 

برخی از فرستنده ها به گونه ای طراحی شده اند که قابل حمل باشند. فرستنده و گیرنده بهمن متصل به دنده اسکی بازان، برف گیرها و سایر افرادی که در ورزش‌های زمستانی شرکت می‌کنند نمونه‌ای از فرستنده گیرنده قابل حمل هستند. برخی دیگر ثابت هستند، مانند سیستم‌های ارتباطی بزرگی که در کشتی‌ها و ماهواره‌ها استفاده می‌شود. مزیت قابل حمل بودن این است که فرستنده گیرنده به راحتی قابل جابجایی است، اما نقطه ضعف آن این است که دستگاه ممکن است ضعیف باشد، با برد محدود که گاهی اوقات مشکل ساز می‌شود.

تعدادی از عوامل می‌توانند بر کاربرد یک فرستنده گیرنده تأثیر بگذارند و تعیین کنند که فرکانس‌هایی که می‌تواند استفاده کند و تا چه اندازه می‌تواند ارسال کند. ماهواره‌ها می‌توانند از طیف وسیعی از فرکانس‌ها استفاده کنند و به فواصل بسیار دور داده ارسال کنند، در حالی که یک رادیو پلیس ساده ممکن است محدود به محدوده شهر باشد. هر چه یک فرستنده و گیرنده قدرت بالاتری داشته باشد، گران‌تر است و همچنین بزرگ‌تر می‌شود.

فرستنده‌ها می‌توانند سیگنال‌های آنالوگ یا دیجیتال و در برخی موارد هر دو را کنترل کنند. در مناطقی که پوشش دیجیتال ضعیف است، ممکن است یک فرستنده گیرنده به گیرنده آنالوگ مجهز شود تا اطمینان حاصل شود که سیگنال‌ها را از دست نخواهد داد. توانایی دریافت هر دو سیگنال می‌تواند هزینه فرستنده گیرنده را افزایش دهد، زیرا نیاز به نصب مدار اضافی دارد. با این حال، دستگاه‌های آنالوگ/دیجیتال مختلط می‌توانند برای افرادی که نمی‌توانند به پوشش دیجیتال تکیه کنند، بسیار مفید باشد، به‌ویژه در مناطقی با صخره دیجیتال، افت ناگهانی سیگنال‌های دیجیتال که می‌تواند برای افرادی که از دستگاه‌های تلفن همراه استفاده می‌کنند آزاردهنده باشد.

3. فرستنده (Transponder) در RFID

فرستنده یک دستگاه ارتباطی، نظارت یا کنترل بی‌سیم است که سیگنال ارسالی را دریافت می‌کند و به طور خودکار به آن پاسخ می‌دهد. اصطلاح فرستنده (Transponder) ترکیبی از فرستنده (Transmitter) و پاسخ دهنده (Responder) است.

فرستنده‌ها معمولاً برای شناسایی و مکان‌یابی اشیا استفاده می‌شوند، اما می‌توانند در فناوری‌های دیگر مانند ماهواره‌ها برای رله کردن سیگنال‌های ارتباطی نیز استفاده شوند. فرستنده‌ها معمولا در هواپیماهای نظامی و غیرنظامی و در اشیایی مانند سوئیچ ماشین یافت می‌شوند.

فرستنده‌ها برای فناوری‌های زیر استفاده می‌شوند:

• شناسایی هواپیما
• ماهواره‌های ارتباطی
• سوئیچ خودرو
• ارتباطات نوری
• ردیاب صدا
• سیستم‌های الکترونیکی جمع‌آوری عوارض
• زمان‌بندی دور و شناسایی لاستیک برای ورزش‌های موتوری
• برچسب های مغناطیسی روی کارت های اعتباری

فرستنده‌ها می‌توانند منفعل یا فعال باشند. یک فرستنده غیرفعال به کامپیوتر یا ربات امکان شناسایی یک شی را می‌دهد. برچسب‌های مغناطیسی - مانند برچسب‌های روی کارت‌های اعتباری و اقلام فروشگاهی - نمونه‌های رایجی هستند. یک فرستنده غیرفعال باید با یک حسگر فعال استفاده شود که داده‌های موجود در فرستنده را رمزگشایی و رونویسی می‌کند. واحد فرستنده می‌تواند از نظر فیزیکی کوچک باشد و اطلاعات آن را می‌توان تا چند فوت دورتر حس کرد. 

فرستنده‌های فعال ساده در سیستم‌های مکان‌یابی، شناسایی و ناوبری برای هواپیماهای تجاری و خصوصی استفاده می‌شوند. به عنوان مثال یک دستگاه شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) است که هنگامی که درخواستی از یک نقطه نظارت یا کنترل دریافت می‌کند، یک سیگنال رمزگذاری شده را ارسال می‌کند. سیگنال خروجی فرستنده ردیابی می‌شود، بنابراین موقعیت فرستنده می‌تواند به طور مداوم نظارت شود. فرکانس‌های ورودی (گیرنده) و خروجی (فرستنده) از قبل تعیین شده‌اند. فرستنده‌های این نوع می‌توانند در مسافت‌های هزاران مایلی کار کنند.

خب حالا که با این سه اصطلاح تخصصی به طور مختصر آشنا شدید وارد ادامه بحث RFID می‌شویم.

هنگامی که آنتن اسکن و فرستنده گیرنده با هم ترکیب می‌شوند، به عنوان ریدر (Reader) یا بازپرس RFID شناخته می‌شوند. دو نوع ریدر RFID وجود دارد – Fixed Reader و Mobile Reader. ریدر RFID یک دستگاه متصل به شبکه است که می‌تواند قابل حمل یا به طور دائم متصل باشد. از امواج رادیویی برای ارسال سیگنال‌هایی استفاده می‌کند که برچسب را فعال می‌کند. پس از فعال شدن، برچسب موجی را به آنتن می‌فرستد و در آنجا به داده تبدیل می‌شود.

فرستنده در خود تگ RFID قرار دارد. محدوده خواندن برای برچسب‌های RFID بر اساس عواملی از جمله نوع برچسب، نوع خواننده، فرکانس RFID و تداخل در محیط اطراف یا سایر برچسب‌ها و ریدرهای RFID متفاوت است. برچسب‌هایی که منبع تغذیه قوی تری دارند، محدوده خواندن بیشتری نیز دارند.

برچسب‌های RFID و برچسب‌های هوشمند

برچسب‌های RFID از یک مدار مجتمع (IC)، یک آنتن و یک زیرلایه تشکیل شده‌اند. بخشی از برچسب‌های RFID که اطلاعات شناسایی شده را رمزگذاری می‌کند، RFID inlay نامیده می‌شود.

دو نوع اصلی برچسب RFID وجود دارد:

• RFID فعال : یک برچسب RFID فعال منبع تغذیه خود را دارد که اغلب یک باتری است.
• RFID غیرفعال : یک برچسب RFID غیرفعال برق خود را از آنتن ریدر (Reader Antenna) دریافت می کند که موج الکترومغناطیسی آن جریانی را در آنتن برچسب RFID القا می‌کند.

همچنین برچسب‌های RFID نیمه غیرفعال نیز وجود دارند، به این معنی که یک باتری مدار را روشن می‌کند در حالی که ارتباط توسط ریدر RFID (RFID Reader) تغذیه می‌شود. 

حافظه غیرفرار جاسازی شده کم مصرف نقش مهمی در هر سیستم RFID ایفا می‌کند. برچسب‌های RFID معمولا کمتر از 2000 کیلوبایت داده، از جمله شناسه/شماره سریال منحصر به فرد را در خود جای می‌دهند. برچسب‌ها می‌توانند فقط خواندنی یا خواندنی-نوشتنی باشند، که در آن داده‌ها می‌توانند توسط ریدر اضافه شوند یا داده‌های موجود بازنویسی شوند.

محدوده خواندن برای برچسب‌های RFID بر اساس عواملی از جمله نوع برچسب، نوع ریدر، فرکانس RFID و تداخل در محیط اطراف یا سایر برچسب‌ها و ریدرهای RFID متفاوت است. برچسب‌های RFID فعال به دلیل منبع تغذیه قوی‌تر، دامنه خواندن بیشتری نسبت به برچسب‌های RFID غیرفعال دارند.

برچسب‌های هوشمند برچسب‌های ساده RFID هستند. این برچسب‌ها دارای یک برچسب RFID هستند که در یک برچسب چسبنده تعبیه شده و دارای بارکد هستند. آن‌ها همچنین می‌توانند توسط هر دو دستگاه RFID و بارکدخوان استفاده شوند. برچسب‌های هوشمند را می‌توان بر حسب تقاضا با استفاده از چاپگرهای رومیزی چاپ کرد، جایی که برچسب‌های RFID به تجهیزات پیشرفته‌تری نیاز دارند.

فرستنده RFID چگونه ساخته می شود؟

اساساً، فرستنده‌های RFID را می‌توان تقریباً در همه اشکال، مواد، اندازه‌ها و رنگ‌ها ارائه کرد. ساختار خاص آن‌ها بستگی به نحوه استفاده از آن‌ها دارد. ویژگی مشترک در تمام فرستنده‌های RFID مختلف این است که در آن دو جزء وجود دارد. در داخل، هر فرستنده RFID حداقل از یک ریزتراشه و یک آنتن چاپ شده یا حکاکی شده تشکیل شده است. تراشه و آنتن (که inlay نیز نامیده می‌شود) بسیار حساس هستند، به این معنی که مقاومت آن در برابر ضربه‌های مکانیکی، حرارتی و شیمیایی محدود است. در نتیجه، وجود یک "Package" ویژه از این قطعات الکترونیکی ضروری است. ساده‌ترین شکل بسته‌بندی برچسب RFID است. این بسته‌بندی برای بسیاری از برنامه‌ها کافی است.

با این حال، با استفاده از این بسته‌بندی، تراشه تنها با یک فویل ساده یا یک لایه کاغذ محافظت می‌شود. اگر به چیزی پایدارتر و قوی‌تر نیاز دارید، توصیه می‌کنیم بسته الکترونیکی را در یک کارت چند لایه بسته‌بندی کنید. و اگر این کافی نیست، مخصوصاً در مورد کاربردهای صنعتی، inlayهای حساس (تراشه + آنتن) باید در یک پوشش پلاستیکی ریخته شود که نشان‌دهنده قوی‌ترین شکل بسته‌بندی است که بیشترین دوام و کمترین حساسیت را دارد.

فرستنده "تک تراشه" از یک بستر حاوی یک آنتن و یک تراشه تشکیل شده است که به اختصار آن را Inlay می نامند. سیستم فرستنده شامل یک فرستنده، یک ریدر، نرم افزار و یک فرآیند کاربردی شامل سرویس مربوطه می‌باشد.

چه مقدار اطلاعات را می توان روی یک فرستنده/تراشه RFID ذخیره کرد؟

اندازه حافظه تراشه به نحوه استفاده نیز بستگی دارد. اندازه حافظه معمولاً بین 4 تا 8 کیلوبایت است. در ساده‌ترین حالت ممکن، که بیشتر در مورد نظارت بر مقالات الکترونیکی است، حتی ممکن است از یک حافظه 1 بیتی استفاده شود. برای ترسیم یک موازی - یک حافظه 4 بایتی می‌تواند فقط یک عدد منحصر به فرد (Unique ID=UID) را ذخیره کند، در حالی که یک حافظه n 8 کیلوبایتی 4 صفحه ماشین تحریر متشکل از 30 خط تا 60 کاراکتر را ذخیره می‌کند. به غیر از امکانات ذخیره سازی، عملکردهای دیگر تراشه نیز وجود دارد، مانند حفاظت از نوشتن، حق حفاظت پین، رمزگذاری محتوای داده، عملکردهای رمزنگاری و بسیاری موارد دیگر. مشخصات فردی به کاربرد و سطح امنیتی لازم بستگی دارد.

انواع RFID

 انواع مختلفی از RFID وجود دارد که هر کدام دارای ویژگی‌های متفاوتی هستند، اما شاید جذاب‌ترین جنبه فناوری RFID این است که اغلب برچسب‌های RFID نه دوشاخه برق دارند و نه باتری. در عوض، تمام انرژی مورد نیاز برای کارکرد آن‌ها به شکل امواج رادیویی توسط ریدرهای RFID تامین می‌شود. این فناوری RFID غیرفعال نامیده می شود تا آن را از RFID فعال (کمتر رایج است) که در آن منبع تغذیه روی برچسب وجود دارد متمایز کند.

• UHF RHID (RFID با فرکانس فوق العاده بالا) : در پالت‌های حمل و نقل و برخی از گواهینامه‌های رانندگی استفاده می‌شود. ریدرها سیگنال‌ها را در باند 902-928 مگاهرتز ارسال می‌کنند. برچسب‌ها در فواصل چند متری با تغییر نحوه انعکاس سیگنال‌های ریدر ارتباط برقرار می‌کنند. ریدر می‌تواند این بازتاب‌ها را درک کند. به این روش عملکرد پس پراکنده (Backscatter) می‌گویند.
• HF RFID (RFID با فرکانس بالا) : با فرکانس 13.56 مگاهرتز کار می‌کند و احتمالاً در گذرنامه، کارت‌های اعتباری، کتاب‌ها و سیستم‌های پرداخت غیر تماسی شما وجود دارد. HF RFID برد کوتاهی دارد، معمولاً یک متر یا کمتر، زیرا مکانیسم فیزیکی بر اساس القاء است.

همچنین اشکال دیگری از RFID با استفاده از فرکانس های دیگر وجود دارد، مانند LF RFID (RFID با فرکانس پایین) که قبل از HF RFID توسعه یافته و برای ردیابی حیوانات استفاده می‌شد.

اصلی‌ترین کار RFID

به طور کلی، RFID از امواج رادیویی برای انجام عملکرد AIDC استفاده می‌کند. AIDC مخفف Automatic Identification and Data Capture Technology است که شناسایی شی و جمع آوری و نقشه برداری از داده‌ها را انجام می‌دهد.

ریدرهای RFID اطلاعات را از برچسب RFID بازیابی می‌کنند که برچسب را شناسایی کرده و داده‌ها را در برچسب می‌خواند یا می‌نویسد.

ویژگی‌های RFID

• یک برچسب RFID از دو قسمت تشکیل شده است که یک میکرو مدار و یک آنتن است.
• این برچسب توسط مواد محافظ پوشانده شده است که به عنوان یک سپر در برابر اثر محیط بیرونی عمل می‌کند.
• این برچسب ممکن است فعال یا غیرفعال باشد که در آن ما عمدتا و به طور گسترده از RFID غیرفعال استفاده می‌کنیم.

کاربرد RFID

• ردیابی کانتینرهای حمل و نقل، کامیون‌ها و راه آهن، اتومبیل‌ها
• در ردیابی دارایی استفاده می‌شود.
•  به شکل کارت‌های اعتباری برای دسترسی به برنامه‌ها استفاده می‌شود
• در ردیابی پرسنل استفاده می‌شود
• کنترل دسترسی به مناطق ممنوعه
• به شکل نشان ID استفاده می‌شود
• مدیریت زنجیره تامین
• پیشگیری از تقلب (به عنوان مثال، در صنعت داروسازی)

مزایای RFID

• دسترسی به داده‌ها و اطلاعات بلادرنگ را بدون صرف زمان زیاد فراهم می‌کند.
• برچسب‌های RFID از دستورالعمل پیروی می‌کنند و حجم زیادی از اطلاعات را ذخیره می‌کنند.
• یکی دیگر از مزیت‌های سیستم RFID ماهیت غیر خطی این فناوری است.
• این فناوری، قابلیت ردیابی تولید را بهبود می‌بخشد.
• در RFID صدها برچسب در مدت زمان کوتاهی خوانده می‌شود.

معایب RFID

• برنامه‌نویسی دستگاه‌های RFID زیاد طول می‌کشد.
• RFID به راحتی رهگیری می‌شود حتی با وجود این که رمزگذاری شده است.
• در یک سیستم RFID، دو یا سه لایه فویل معمولی خانگی برای مهار امواج رادیویی وجود دارد.
• نگرانی حفظ حریم خصوصی در مورد دستگاه‌های RFID وجود دارد که هر کسی می‌تواند به اطلاعات مربوط به هر چیزی دسترسی داشته باشد.
• RFID فعال به دلیل داشتن باتری می‌تواند گران‌تر باشد.

وقتی صحبت از rfid میشه اینترنت اشیاء چیست؟ هم به شما کمک میکنه که از این ابزارها برای مدیریت موارد خاص استفاده کنید