I componenti dei sistemi RF-ID

1. I componenti dei sistemi RF-ID Stefano Enea

2. RF-ID come veicolo dell'informazione • L'RF-ID è una nuova tecnologia che permette la gestione di un processo di identificazione in maniera automatica • E’ utile pensare al RF-ID come un veicolo intelligente con cui l'informazione attraversa i luoghi e i tempi del nostro vivere • In questa lezione verranno presentati i personaggi che partecipano alla formazione dei sistemi RF-ID

3. Obiettivi delle lezioni • Mettere a fuoco gli elementi costitutivi di un sistema RF-ID • Apprendere i principi di comunicazione dei transponder e dei reader • Conoscere le principali tipologie di componenti e di apparati RF-ID e i loro campi di applicazione

4. (part I) Elementi dei sistemi RF-ID Software gestionale TAG Reader • Ogni sistema RF-ID è costituito da tre elementi fondamentali • Il transponder (o TAG), che permette l'identificazione dell'oggetto e della persona che lo porta • L'apparato di lettura (Reader), che interroga i TAG interagendo con essi • L’applicazione software, che si interfaccia con uno o più reader e, attingendo a risorse di rete come i database e gli applicativi aziendali, gestisce il processo dal punto di vista informatico

5. Principio di funzionamento • La lettura avviene quando i tag si trovano all'interno del campo generato dal reader • In queste condizioni le antenne del tag e del reader trasferiscono le informazioni relative all'identificazione utilizzando i principi delle comunicazioni radio... • Dopo la lettura, i dati acquisiti diventano disponibili all'intero processo di gestione informatico. www.weblogsinc.com

6. Il mercato dei transponder • Il mercato dei TAG offre oggi un'ampia scelta di soluzioni tecnologiche e commerciali, e si adatta alle esigenze delle più svariate applicazioni • Alcuni transponder sono legati ad un utilizzo specifico (le tessere di identificazione, laundry tags per le lavanderie o cattle tags per i ruminanti...) • Altri sono commercializzati per finalità del tutto trasversali (esempio: glass tag – label)

7. I formati costruttivi dei transponder • Forma a disco e monete (resina, plastica o policarbonato) • Chiodi per legno • Capsule di vetro o di plastica • Chiavette per il caffè, portachiavi (key-fobs) o braccialetti plastici • Smart labels (etichette stampabili intelligenti) • Plastica, carta, illays (dry oppure wet) • Cuciti su stoffa (Textile tag) • Formato tessera (ISO Card)

8. L'alimentazione del transponder • Per accedere alla memoria del transponder, è necessario un circuito integrato che indirizzi il settore desiderato • Il micro chip richiede sempre, anche se di piccola entità, un’alimentazione in corrente continua • La famiglia di TAG si divide in • Tag passivi (senza batteria) • Tag semi passivi e attivi (con batteria) • Infatti alcuni tag sono alimentati unicamente durante il processo di lettura, e l'alimentazione viene fornita dallo stesso campo elettromagnetico emesso dal reader www.techexchange.com

9. All'interno di un tag passivo • Un tag passivo, indipendentemente dal suo formato costruttivo, contiene: • Un'antenna, che raccoglie l'energia del reader • Un condensatore, che ne accumula una piccola quantità • Un microprocessore a basso consumo, che implementa il protocollo radio • La memoria, che contiene le informazioni da restituire al reader o sui cui avverà un scrittura www.RFID-handbook.com

10. Tag semi-passivi e attivi • Nei tag semi passivi (attività di logging) è presente una micro-batteria, utilizzata per alimentare permanentemente alcune parti del transponder • Il processo di comunicazione avviene generalmente allo stesso modo dei transponder passivi • Anche i tag attivi dispongono di una batteria. Essa provvede sia alla comunicazione con il reader (in ricezione e in trasmissione), sia all'alimentazione dei circuiti del micro-chip • I tag attivi sono gli apparati più evoluti e con essi è possibile raggiungere le massime prestazioni destinate alle applicazioni speciali. www.caenrfid.it

11. Le frequenze operative • Data l'applicazione da realizzare, la scelta della frequenza operativa è molto importante per il progetto del sistema RF-ID • Solo con alcune frequenze è possibile una lettura a lunga distanza, altre sono capaci di attraversare senza attenuazione tessuti organici e o fluidi • Alcune infine sono le uniche indicate per operare in prossimità o all'interno di oggetti metallici • Prima di passare ai dettagli sulle frequenze è meglio mettere a fuoco alcuni aspetti delle onde radio www.stockphoto.it

12. Il campo elettromagnetico • Abbiamo visto come nei sistemi RF-ID i campi elettromagnetici assumono un ruolo molto importante, infatti: • Sono il veicolo con cui il reader trasferisce energia al tag per alimentarlo • Sono il mezzo che il tag utilizza per inviare al reader le informazioni lette nella propria memoria

13. La lunghezza d'onda • Il campo e.m. Si propaga all'interno di un mezzo dielettrico (come l'aria ad esempio), grazie a una continua alternanza e scambio di campi magnetici ed elettrici (concatenazione di energia in forme diverse) • La rapidità con cui avviene questo scambio determina la lunghezza d'onda del campo emesso dal reader che interroga il transponder • Il campo e.m. si propaga nell'aria alla stessa velocità della luce, così la lunghezza d'onda (lambda) si ricava dividendo c (velocità m/s) per f (frequenza Hz) •  = c / ƒ www.clima.casaccia.enea.it

14. Le linee di forza dei campi e.m. • Quando un reader emette un campo e.m, le onde si propagano seguendo delle linee guida, chiamate linee di forza • Per distanze inferiori alla lunghezza d'onda del campo emesso, siamo nel “campo vicino” dove è la componente magnetica a predominare. Le linee magnetiche sono chiuse in anelli • Per distanze superiori alla lunghezza d'onda, siamo nel campo lontano, dove le onde si muovono secondo piani paralleli

15. Spettro elettromagnetico • I transponder RF-ID sono progettati per operare su frequenze molto diverse... • Dalle basse frequenze (LF=125-145 kHz), utilizzate per le comunicazioni radio AM in onde lunghe. • Passiamo alle frequenze delle onde corte (HF=13.56 MHz) impiegate per le trasmissioni civili e militari • Si utilizzano anche le UHF (433-868 MHz), impiegate nella diffusione televisiva e dai telefoni cellulari • Infine arriviamo alle micro-onde SHF=2,4-5.6 GHz adottate ad esempio nei sistemi WLAN-WiFi-Bluetooth upload.wikimedia.org

16. Transponder magnetici (tecnica) • I tag passivi LF (125, 134 kHz) e HF (13.56 MHz) utilizzano il principio della mutua induzione • Durante la lettura l'antenna del reader e quella del tag si trovano all'interno di un circuito magnetico dove avviene: • L'induzione di corrente che alimenta il chip del TAG • La trasmissione dei dati di lettura (o scrittura) attraverso la variazione dei parametri di induttanza del tag (che genera una tensione ai capi dell'antenna del reader) • La velocità di lettura dipende dalla frequenza utilizzata, chiamata portante della comunicazione

17. Transponder UHF • Distanza operativa = 2 – 10 m (quando attivi oltre 100m) • Trasferimento dati = veloce (28 kb/s) • Formati = label molto economiche • Lettura influenzata da oggetti metallici (riflessioni) e dal corpo umano (assorbimento) • Esistono standard per l'identificazione delle merci e la logistica www.parelec.com

18. Transponder elettrici (tecnica) • I tag passivi UHF (868 MHz) e SHF (2.4 GHz) utilizzano la riflessione del campo radio, come nei primi sistemi RF-ID dei radar areonautici • Quando l'onda ettromagnetica generata del reader raggiunge l'antenna del tag, il campo radiante viene assorbito per accumulare energia all'interno del tag • Dopo qualche mS il chip del tag si accende e mette in opera una sequenza di cortocircuiti sull'antenna stessa, il risultato è una sequenza di riflessioni trasmesse verso il reader per “back-scattering”