I componenti dei sistemi RF-ID Stefano Enea Saluti e presentazione del docente

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 RF-ID come tecnologia che automatizza i processi legati all’INFORMAZIONE La novità di questa tecnologia è che l’informazione, grazie all’introduzione del TAG, viaggia a corredo della persona o dell’oggetto da identificare.

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 Spiegare le finalità delle lezioni dedicate ai componenti RF-ID

(part I) Elementi dei sistemi RF-ID 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 TAG Reader Software gestionale

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. Concetti generali per la lettura di un TAG www.weblogsinc.com

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) Nel mercato dei transponder si trovano innumerevoli tipologie, intruduciamo alcune categorie per dividerli ed esaminarli..

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) Le forme che assumoni i TAG che acquistiamo nel mercato

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 L’informazione è contenuta in una memoria che viene letta da un micro-chip dedicato. L’alimentazione del chip differenzia i TAG passivi dgli attivi www.techexchange.com

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 Aggiungere classica figura dei blocchi costitutivi di un tag LF/HF www.RFID-handbook.com

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. La presenza di una batteria permette ai TAG funzioni aggiuntive www.caenrfid.it

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 Ogni studio per un’applicazione RF-ID incomincia con la scelta appropriata della frequenza operativa. www.stockphoto.it

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 Il duplice ruolo che il CAMPO MAGNETICO assume nella lettura di un TAG: energia e informazione

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 Concetto base legato alla frequenza operativa: LA LUNGHEZZA D’ONDA www.clima.casaccia.enea.it

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 Le LINEE DI FORZA sono elementi caratteristici del campi e.m. Differenza fra campo vicino e lonantano e componenti elettrica e magnetica.

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 CARRELLATA sull’ampio spettro e.m. abbracciato dalla tecnologia RF-ID upload.wikimedia.org

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 Alla base del funzionamento di un tag LF/HF c’è l’nduzione magnetica (mutua) fra antenna del reader e del tag…

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 Il futuro dell’RF-ID cavalca le onde delle UHF www.parelec.com

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” I tranponder UHF operano nel campo lontano riflettono il campo del reader creando sequenza di impulsi riconducibili