فناوری RFID

rfid

فناوری RFID  شناسایی از طریق فرکانسهای رادیویی انقلابی عظیم در عرصه لجستیک، زنجیره تامین و سیستمهای امنیتی به شمار می آید. اگر چه بیشینه این فناوری به جنگ جهانی دوم بر می گردد ، از استفاده گسترده از محصولات و تجهیزات RFID   چند سالی بیشتر نمی گذرد و آن نیز منحصر به کشور های صنعتی و پیشرفته می باشد. در چند ساله اخیر، این فناوری به شدت مورد توجه متخصصین و محققین علم  IT و علم الکترونیک قرار گرفته است.

فهرست مطالب این صفحه

دلیل اصلی این رویکرد کاربردهای وسیع الطیف  سیتم های RFID  می باشد. در حال حاضر در ایران نیز تلاشهایی برای شناخت و استفاده از این فناوری صورت گرفته است. بنا بر نیاز بسیار زیاد کشور به این تکنولوژی، در این پروژه یک نمونه ساده و آزمایشگاهی دستگاه access control طراحی و ساخته شده است .

مقدمه

در سالهای اخیر پروسه های شناسایی اتوماتیک (Auto-ID ) در خدمات صنعتی، خرید و پخش لوجستیک، صنعت، کارخانه ها، سیستمهای سیال مواد بسیار رایج گردیده است. پروسه های شناسایی اتوماتیک امروزه در شناسایی، انسانها، حیوانها و حمل و نقل کالاها و تولیدات به کار می روند.

برچسب های بارکد رایج که شروع یک انقلاب در سیستمهای شناسایی و از دیرباز قابل توجه بودند دارای مشکلات بسیاری بودند. این مطلب درست است که بارکدها بسیار ارزان قیمت هستند و از نظر اقتصادی به صرفه می باشند، اما نقطه ضعف اساسی آنها ظرفیت ذخیره سازی کم و عدم امکان برنامه نویسی مجدد آنها می باشد. راه حل فنی بهینه می تواند ذخیره سازی اطلاعات در یک چیپ سیلیکونی باشد. یک نمونه بسیار رایج از ابزار الکترونی اطلاعات که استفاده از آن در بین جوامع بشری بسیار رایج گردیده است کارت های هوشمند می باشد. اساس کار این کارت ها قرار گرفتن در یک میدان تماس است.  

بدین معنی که کارت تنها هنگامی قادر به رد و بدل اطلاعات خواهد بود که در میدان دستگاه reader  قرار گیرد. هر چند که این گونه کارتها در اغلب موارد به مفهوم واقعی تماس مکانیکی با میدان ندارند اما انتقال اطلاعات بدون تماس ابزارهای الکترونیکی حمل اطلاعات ودستگاه خواننده استفاده از این گونه ابزار را انعطاف پذیرتر خواهد کرد.

به طور ایده آل توانی برای عمل کردن یک وسیله انتقال داده الکترونیکی نیاز است تا اطلاعات از وسیله موردنظر به خواننده با تکنولوژی بدون تماس صورت گیرد. به دلیل نوع پورسه ها و فرایندهایی که در انتقال توان و داده در این گونه سیستمها استفاده می شود، سیستمهای شناسایی بدون تماس، سیستمهای RFID شناسایی توسط فرکانس های رادیویی نامیده می شوند.

تعداد شرکتهایی که به طور فعال در توسعه و فروش سیستمهای RFID  درگیر هستند، مبین این مطلب است که سیستمهای RFID  بازار قابل توجهی را به خود اختصاص داده اند. بازار محصولات RFID متعلق به سریعترین بخش در حال رشد صنعت فن آوری رادیویی که شامل تلفن های موبایل و بی سیم است می باشد.

علاوه بر آن در سالهای اخیر شناسایی بدون تماس به عنوان یک زمینه علمی و مستقل به چنان پیشرفتی رسیده است که نمی توان آن را با دیگر رشته های هم ارزش برابر دانست. این رشته توانسته عناصری از شاخه های بسیار متفاوت را در کنار هم جمع آوری کند که می توان از این میان به شاخه های تکنولوژیEMC,HF، تکنولوژی نیمه هادی، حفاظت اطلاعات، ارتباط از راه دور، تکنولوژی ساخت و بسیاری از شاخه های مربوط به آن اشاره کرد.

سیستم های RFID

سیستم های  RFID بسیار شبیه کارتهای هوشمند هستند ، مانند سیستم های کارت هوشمند داده در یک دستگاه الکترونیکی انتقال داده ذخیره می شوند. (دستگاه گیرنده، فرستنده مخابراتی خودکار) با وجود این برخلاف کارت هوشمند تغذیه دستگاه انتقال داده و تبادل اطلاعات بین این دستگاه و دستگاه خواننده بدون استفاده از تماس برقی و در عوض با استفاده از میدان مغناطیسی صورت می گیرد. پروسه اساسی برای این سیستم ها مربوط به شاخه های مهندسی رادار و رادیو می باشد.

 حروف اختصاصیRFID شناسایی از طریق فرکانس رادیویی می باشد. یعنی اطلاعاتی که به وسیله امواج رادیویی منتقل می شوند. با توجه به مزایای متعدد سیستم های RFID در مقایسه با دیگر سیستم های شناسایی، سیستم های RFIDامروزه بازارهای جهانی را تسخیر کرده اند. یک نمونه از این کاربردها استفاده از کارت های هوشمند بدون تماس به عنوان بلیط برای حمل و نقل عمومی در مسافت های کوتاه می باشد.  

 اجزای یک سیستم RFID:

یک سیستم RFID همواره از دو قسمت تشکیل شده است.

Reader  و  Transponder دو بخش مهم یک سیستم RFID هستند .

یک Transponder، که در هدفی که می خواهیم آن را شناسایی کنیم واقع است.

یک Reader یا خواننده که، با توجه به طراحی و نوع فن آوری مورد استفاده می تواند یک دستگاه فقط خواننده یا هم خواننده و هم نویسنده باشد. (در این مقاله با توجه به استفاده رایج همان دستگاه گیرنده اطلاعات یا داده همواره با عنوان خواننده  READER)) به آن اشاره می شود).

همواره به جای دستگاه گیرنده اطلاعات از عبارت،READER استفاده می شود، بدون توجه به آنکه آن دستگاه تنها خواننده اطلاعات باشد یا علاوه بر آن قابلیت نوشتن را نیز داشته باشد. یک نمونه عملی در شکل زیر نشان داده شده است.  Reader RFID و یک کارت هوشمند بدون تماس در حال استفاده انواع tag ها

1- passive

 این نوع tag  ها منبع تغذیه داخلی ندارند . بوسیله ورود سیگنال و فرکانس رادیویی جریان الکتریکی درآنتن ایجاد می شود که نیروی کافی برای  IC را در داخل tag برای انتقال یک پاسخ آماده می کند بیشتر passive-tag ها بوسیله سیگنال کریری که از reader انتقال می یابد مخابره می شوند . یعنی آنتن باید برای دریافت نیرو ازسیگنال ورودی و همچنین برای انتقال سیگنال خروجی طراحی شود .

2-Semi-passive   

درپاسخ سریع ترند ولی ازنظرقدرت و قابلیت اعتماد مانند passive-tag ها هستند و باتری نیزدارند. این باتری اجازه می دهد که tag همیشه تغذیه داشته باشد و به طراحی آنتن برای دریافت تغذیه ازسیگنال ورودی نیازی نیست. این tag ها همچنین نسبت به اکتیوها کم ارزش تراند. این tag ها درمحیط های سخت که پر از فلزات و مواد سیال است که باعث ازبین رفتن میدان  RFمی شوند قابل استفاده اند. دراین گونه محیط ها passive-tag ها قابل خواندن نیستند. این گونه tag ها بخاطرداشتن تغذیه درمحیطهای سخت بطورقابل اعتمادی خوانده می شوند.

3-Active   

این tag  ها دارای منبع تغذیه داخلی هستند که برای تغذیه هرIC ایی که سیگنال خروجی تولید می کند مورداستفاده قرارمی گیرند . این گونهtag ها به خاطرخطای کمترنسبت به passive ها قابل اعتماد ترند .

این tag ها براساس توانایی منبع تغذیه خود می توانند نسبت به passive ها نیروی بیشتری انتقال دهند . بسیاری ازاین نوع tag ها محدوده کاری درحدود چند صد متردارند و عمرباتری آنها درحدود ده سال است .

این گونه tag ها رنج طولانی تری نسبت بهpassive ها دارند درحال حاضر سایز کوچکترینactive-tag ها درحدود یک سکه است و با قیمت کمی عرضه می گردد .

یک Reader معمولا شامل یک ماژول فرکانس رادیویی(گیرنده و فرستنده)، یک واحد کنترل و یک عنصر تزویج می باشد که از عنصر تزویج برای کوﭘل کردن Reader  بر Transponder استفاده می شود. علاوه بر اینها بسیاری از دستگاههای خواننده با یک واسط جانبی RS485  ،  RS232 و غیره سازگاری دارند. به این منظور اطلاعات دریافت شده را به سیستمی دیگر (pc) سیستم کنترل که قابلیت انتقال داشته باشد می دهند.Transponder که در واقع نشان دهنده یک دستگاه انتقال داده یک سیستم RFID است معمولا شامل یک عنصر تزویج و یک میکرو چیپ الکترونیکی است. هنگامی که Transponder(که معمولا منبع تغذیه(باطری) برای خود ندارد). درون حوزه فعالیت Reader نباشد به طور کلی پسیو است Transponder فقط هنگامی فعال است که در حوزه فعالیت Reader قرار داشته باشد. توان مورد نیاز برای راه اندازیTransponder از طریق واحد تزویج (بدون تماس) تأمین می شود. همان گونه که کلاک پالس و اطلاعات نیز از طریق واحد تزویج به آن اعمال می شوند.

نمای ساده بخش حامل داده یک سیستم RFID . سمت چپ ، Transponder  تزویج القایی همراه با سیم پیچ آنتن و در سمت راست اهداف سیستم RFID

هدف یک سیستم RFID آماده سازی اطلاعات برای ارسال آنها بوسیله یک وسیله سیارکه tag نامیده می شود .

\ این tag  ها توسط Rreader  خوانده می شوند و براساس نیازهای شخص یک عملیات پردازش می شود. اطلاعات ارسال شده توسط tag  ممکن است نشان دهنده شناسایی یا اطلاعات مکان باشد. بصورت جزئی محصولاتی که دارای  tag هستند مشخصاتی درباره قیمت، رنگ، تاریخ خرید و غیره به ما می دهد. 

Access control

این سیستم یکی از سیستمهایی است که امروزه بسیار متداول بوده و اکثر شرکتها،کارخانجات و ادارات از آن استفاده می کنند. اساس کار این سیستم کنترل تردد و حضور و غیاب افراد می باشد. که از گذشته با سیستمهایی مثل بارکد و کارتهای مغناطیسی انجام می شده است. اما اکنون با رشد سریع تکنولوژی این سیستم نیز پیششرفت کرده و از کارتهای contact less  با تکنولوژی RFID  استفاده می کند.                                                   

معرفی پروژه :

 در پروژه ای که انجام شده است یک نمونه ی بسیار کوچک و در حد آزمایشگاهی ارائه شده است. در این پروژه فرض شده است که 5 نفر در این سیستم وجود دارند. از این 5 نفر، 3 نفر اجازه ی عبور دارند و به 2 نفر دیگر اجازه ی ورود داده  نمی شود. هر بار که کارتی توسط Reader خوانده می شود، اطلاعات آن به میکرو کنترلر ارسال می شود. و توسط برنامه ی میکرو با مقایسه ی کد کارتها تشخیص  accept و deny داده می شود. و بر روی lcd  نمایش داده می شود. علاوه بر این دیود های سبز و قرمز رنگ نیز به ترتیب برای accept  و  deny روشن خواهند شد. در ضمن در lcd  تعداد افرادی که به آنها اجازه ی ورود داده شده و داده نشده  نیز نمایش داده می شود.

 

مدار کلی

مدار کلی به صورت زیر ارائه می شود :

نمای کلی مدار

معرفی ID12 :

مهمترین و اساسی ترین قطعه ای که مورد استفاده قرار گرفته است ID12 می باشد که به عنوان   readerدر مدار کار خواهد کرد. در ادامه توضیح مفصلی درباره ی سری ID داده خواهد شد.

ID2 ، ID12 و ID20  reader هایی چند منظوره هستند که می توانند به صورت ساده مورد استفاده قرار گیرند. این readerها کارتهای موجود در بازار را برای شناسایی افراد می توانند بخوانند.

با اضافه شدن ساده ی یک آنتن و یک خازن می توان به طراحی مناسب و دقیق رسید. و برای تجهیزاتی مثل سیستم های کنترل تردد access control)) یا ساعت حضور و غیاب می توانند به خوبی مورد استفاده قرار گیرند.  این reader  ها برای استاندارد EM4001 برای tag های125Khz مورد استفاده قرار می گیرند. برد اینreader ها متفاوت بوده و برای  ID12 بین cm 12-1 و برای ID20  بین cm 16- 1، برایID2 نیز با طراحی درست آنتن بردی حدود25cm خواهد داشت.  در ضمن سری ID12 و ID20 آنتن داخلی دارند و نیازی به آنتن خارجی ندارند. ولی ID2 آنتن داخلی ندارد و باید یک آنتن مناسب برای آن طراحی شود.

این reader ها سه شکل کاری دارند که عبارتند از:

1-               Serial ASCII

2-               wiegand 26

3-               magnetic emulation

علاوه بر این، این reader ها در مقابل اثرات محیطی،  صدمات بالقوه یا تغییرات در هنگام کار کردن محافظت شده هستند.

ID series

درون ID12 یک اسیلاتور 125Khz، یک سیم پیچ به عنوان آنتن، سیستم آشکارسازی دامنه برای دمدوله کردن رشته دریافتی اطلاعات و یک میکروکنترلر برای دیکد کردن رشته دریافتی اطلاعات و ارسال آن به صورت سریال با سرعت 9600 bd  وجود دارد.

مشخص است که مدولاسیون این reader هاASK( amplitude shift keying)  می باشد.

ساده ترین شکل مداری که می توان برای ID12 داشت به صورت زیر است.

ساده ترین مدار ی که می توان برای ID12  داشت 

پیکره بندی پایه های  ID12   به صورت زیر است.

پیکره بندی پایه های ID12

ID12 سه مد کاری دارد که در زیر به اختصار درباره ی آنها توضیح خواهیم داد.

1-  ASCII Serial : اگر پایه ی 7 به زمین وصل شده باشد ، ID12 در این مد کار می کند. در این حا لت رشته ی ارسالی اطلاعات به صورت زیر می باشد.

که در این پروژه از این مد استفاده شده است.

برای مثال اگر بخواهیم خروجی ID12 را در یک محیطTerminal Emulator  ببینیم به صورت زیر خواهد بود.

2 بایتی که برای   checksum به رشته اضافه می شود حاصل XOR  کردن 10 بایت اطلاعاتی است. 

2-  magnetic emulation : اگر پایه ی 7 به پایه ی 10 وصل شده باشد، ID12 در این مد کارمی کند.در این حالت رشته ی ارسالی اطلاعات به صورت زیر می باشد.

3-  wiegand 26  : اگر پایه ی 7 به  +5V وصل شده باشد، ID12 در این مد کار می کند. در این حالت رشته ی ارسالی اطلاعات به صورت زیر می باشد.

در این حالت  D0 و D1 به ترتیب 0 و 1 منطقی خواهند بود. و هر سطح منطقی به یکی از پایه ها نسبت داده می شود.

 در بالا توضیحات کاملی در باره ی  ID12  داده شد.

نتیجه گیری

همانطور که در قبل گفته شد RFID اکنون به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد . از کاربرد های آن می توان به طرح موبایل پارک ،‌ مترو تهران ‌و … حداقل در کشور خودمان اشاره کرد . کاربردهایی  مانند انبار داری ، برچسب گذاری روی چمدان های مسافرت هوایی و … در تمام دنیا می توان اشاره کرد .

این تکنولوژی در کشور ما هنوز بسیار جای رشد و گسترش دارد. این سیستم با کارت هایcontactless می تواند به خوبی جایگزین دستگاه هایی مثل کارتزن های چاپی و کارت های مغناطیسی در ادارات و کارخانجات شود .  برای ثبت ساعت عبورو تردد کارمندان و حضور غیاب آنها این سیستم به خوبی کارآمد است . امکان تقلب وجود ندارد چون این کارت ها کد های منحصر به فرد دارند و فرد از کد کارت خود خبر ندارد از امکاناتی که می توان به این پروژه اضافه کرد می توان به موارد زیر اشاره کرد .

–  ایجاد حافظه جانبی که بتواند سات ورود و خروج افراد را در خود ذخیره کند و نیز بتواند نشان دهد که چه تعداد افراد از امروز در محل کار حاضر هستند .

– توسط این حافظه می توان ساعت کارکرد ماهانه و اضافه کاری افراد را محاسبه کرده  و به کمک آن حقوق آنها محاسبه شود .

– امکان اتصال به اینترنت و قرار دادن اطلاعات این حافظه در سایت مشخصی امکان دسترسی مدیر در هر موقع به حضور افراد امکان پذیر است .

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
You need to agree with the terms to proceed

فهرست