اجزای اصلی سیستم­های مبتنی بر RFID

دانلود پایان نامه

اجزای اصلی سیستم­های مبتنی بر RFID و نحوه عملکرد آن:

اجزای تشکیل­دهنده سیستم­های مبتنی بر RFID شامل برچسب یا شناسه [1]، داده خوان [2]، زیرسیستم[3] پردازش داده است.

2-5-1- تگ یا برچسب یا شناسه

برچسب­ها  وسیله شناسایی متصل شده به کالا، شی یا فرد هستند که ما می­خواهیم آن را ردیابی کنیم. هر برچسب شامل دو قسمت اصلی تراشه جهت حفظ و تامین حافظه و آنتن جهت ارسال اطلاعات است. برای شناسایی هر شی یا شخص در سیگنال­های رادیوشناسه، نیازمند به نصب یک برچسب بر روی آن می­باشیم. در مرحله نخست زیرلایه از جنس PVC، یا کاغذ و یا موادی نظیر آن در نظر گرفته می­شود و سپس آنتن از جنس رسانا ( جهت برقراری ارتباط رادیویی با دستگاه­های خواننده) بر روی آن قرار می­گیرد. در مرحله بعد تراشه از جنس نیمه­هادی به آنتن جوش داده می­شوند و دست آخر به وسیله یک لایه محافظتی پوشیده می­شود که معمولا برای گریز از گزند رطوبت و آسیب­های متداول از لفاف پلاستیکی در ساخت آن استفاده شده است (مدیری، شیرافکن ، 1389).

2-5-1-1- فرکانس­های تگ

چهار باند فرکانسی اصلی برای برچسب­های RFID وجود دارد:

فرکانس پایین[4]: 120 تا 140 کیلو هرتز

فرکانس بالا[5]:56/13 مگا هرتز

فرکانس بسیار بالا[6]: 860 تا 960 مگا هرتز

فرکانس فوق بالا یا میکروویو[7]: 45/2 گیگا هرتز

*فرکانس پایین: این نوع تگ­ها در فرکانس 120 تا 140 کیلو هرتز عمل می­کنند و عموما غیر­فعال بوده ، از میدان نزدیک القا مغناطیسی[8] استفاده می­کنند( مقدسی ، سبحان منش ، 1388). در این بازه سرعت خواندن اطلاعات قرائت­گر پایین بوده، دارای برد کمی بوده ( در حدود 3/. متر) و بیشتر برای کاربردهایی مانند ردیابی حیوانات، کنترل دستی و …. استفاده می­شود ( مدیری ، شیرافکن ، 1389).

تگ­های فرکانس پایین در مواردی مثل آب، چوب، آلومینیوم قابل نفوذ بوده و در کاربردهای عمومی مانند شناسایی حیوانات [9]، امنیت خودروها [10]، سیستم اعلام متجاوز (هشداردهنده) و امور بازرگانی استفاده می­شوند ( مقدسی ، سبحان منش ، 1388).

*فرکانس بالا : بازه فرکانسی بین 553/13 تا 567/13مگا هرتز است. در این بازه سرعت خواندن اطلاعات برچسب توسط برچسب خوان متوسط بوده و عموما غیرفعال بوده، از القا مغناطیسی برای انتقال اطلاعات استفاده می­کنند (مدیری ، شیرافکن، 1389). تگ­های فرکانس بالا در مواردی مثل آب، چوب، آلومینیوم به خوبی عمل کرده، نرخ انتقال داده آنها در مقایسه با تگ فرکانس پایین بیشتر و ارزان­تر است. دامنه خواندن این تگها بین 1 تا 36 اینچ (1 متر) است. تگ­های فرکانس بالا معمولا در راه­کارهایی مثل قفسه­های هوشمند[11]، کارت­های هوشمند[12]، مدیریت کتابخانه­ها، بار مسافران و مانند اینها کاربری دارند و همچنین گسترده­ترین کاربری را در جهان هم اکنون دارا هستند (مقدسی ، سبحان منش ، 1388).

*فرکانس بسیار بالا: بازه فرکانسی آن بسته به استانداردهای موجود در هر کشور متفاوت است(مدیری، شیرافکن، 1389) به طور مثال در آمریکا نوع فعال آن معمولا در فرکانس­های 433 مگا هرتز و نوع غیرفعال آن در فرکانس­های 860 تا 960 مگا هرتز عمل می­کنند. به طور کلی تگ­های غیرفعال فرکانس­های بسیار بالا در موادی مثل فلزات و آب کارایی ندارند. این تگ­ها در فواصل بیشتر از 36 اینچ (1 متر) به خوبی عمل کرده و تا فاصله حدود 10 متر این کارایی را حفظ می­کنند(مقدسی، سبحان منش، 1388).

*فرکانس فوق بالا یا میکروویو: از نظر مشخصات، بسیار شبیه به تگ­های فرکانس بسیار بالا بوده، اما دارای نرخ خواندن بالا و نیز قابلیت نفوذپذیری در آب و فلزات هستند. این تگها در مقایسه با سایر تگها از نظر اندازه بسیار کوچکند و در مواردی مثل ردیابی کانتینرهای باری[13]، قطارها، وسایل نقلیه تجاری و راه کارهایی مثل عوارض جاده ای و مانند این ها کاربرد دارند( شریف زاده ، اعتمادی، 1387).

[1]Tag

[2]Reader

[3]Subsystem

[4]LF=Low Frequency

[5]HF= High Frequency

[6]UHF= Ultra High Frequency

[7]Super High Frequency – Microwave

[8]Near Field Inductive Coupling

[9] Animal Identification

[10]Automobile Security

[11]Smart Shelf

[12]Smart Cards

[13]Cargo

 

 

جدول 2-2-برخی مشخصات و ویژگی­های فرکانس­های مختلف تگ (شریف زاده ، اعتمادی ، 1387)

  محدوده فرکانسی
فرکانس پایین فرکانس بالا فرکانس بسیار بالا فرکانس فوق­بالا یا میکروویو
فرکانس 134-125 کیلوهرتز 13.56 مگاهرتز 865-956 مگاهرتز یا 433 مگا هرتز(USA) 2.45 گیگاهرتز
محدوده خواندن کمتر از 50 سانتیمتر تا 150 سانتی­متر 433 مگاهرتز تا 10 متر 865-965 مگا هرتز تا 5 متر تا 10 متر
میزان انتقال داده­ها کمتر از یک کیلو بیت در ثانیه تقریبا 25 کیلو بیت در ثانیه 30 کیلو بیت در ثانیه

 

تا 100 کیلو بیت در ثانیه
ویژگی­ها دارای برد کوتاه میزان انتقال داده­ها پایین

 

دارای برد کوتاه و متوسط میزان انتقال داده­ها خوب و مناسب دارای برد بالا ،سرعت بالا در خواندن همزمان کمتر از 100 آیتم دارای برد بالا ، سرعت بالا در خواندن همزمان

 

کاربردهای معمولی کنترل دسترسی

ردیابی حیوانات

محافظ سرقت خودرو

شناسایی محصولات

کاربرد در مراکز فروش

کارت هوشمند

قفسه هوشمند برای شناسایی آنتن­ها

کتابخانه

چمدان مسافران

ردیابی کارتن

ردیابی پالت

پرداخت عوارض

 

 

چمدان مسافران هوایی

پرداخت عوارض

 

 

 

 

2-5-1-2- اشکال تگ­های RFID

*برچسب هوشمند[1]: بسیار نازک، مسطح و قابل انعطاف است و معمولا از کاغذ و یا پلاستیک بسیار نازک ساخته شده و توسط چاپگرهای مخصوص RFID ایجاد می­شوند (شریف زاده ، اعتمادی ، 1387).

*بلیط[2]: این نوع تگ بسیار نازک، مسطح و قابل­انعطاف است و معمولا بر روی کاغذ بدون قابلیت چسبندگی چاپ میشود.

*کارت[3]: نوعی تگ مسطح و نازک است که روی یک نوع پلاستیک محکم به منظور افزایش طول عمر بیشتر آن ایجاد می­شود.

*مهره شیشه[4]: تگ بسیار کوچکی است که درون کپسول شیشه­ای به شکل مهره قرار دارد و اغلب به منظور شناسایی حیوانات (تزریق در زیر پوست) مورد استفاده قرار می­گیرد.

*یکپارچه[5]: به تگی گفته میشود که در درون کالا و یا یک شی تعبیه می­گردد. برای مثال به شکل قالب خود کالا درمی­آید.

*مچ بند[6]: این نوع تگ در یک پلاستیک به شکل مچ بند قرار می­گیرد.

*دکمه ای[7]: تگ­های کوچکی هستند که در یک پلاستیک بسیار سخت و محکم و ضد ضربه تزریق میشوند و معمولا شبیه به دکمه لباس هستند.

*جعبه ای[8]: این گونه تگ­ها معمولا درون یک جعبه پلاستیکی قرار می­گیرند و اغلب برای تگ­های فعال که نیاز به باطری و تعبیه انواع حسگرها دارند، کاربرد دارند.(مقدسی، سبحان منش، 1388)

*عریان[9]: برچسبی عریان است که فقط دارای تراشه آنتن و بستر است.

*نهفتنی[10]: برچسب عریانی است که با استفاده از چسبی که در پشت آن است می تواند به طور دائم در جایی مانند دیواره درونی یک حلقه تایر خودرو قرار گیرد.

*فشاری[11]: در محیط های مجهز به شناساگر استفاده می­شود و  همانند برچسب هوشمند است.

*ورقه­ای[12]:  در پوششی از کاغذ یا پلاستیک قرار داده می­شود و مستقیما روی شی الصاق می­شود. کاغذ یا پلاستیک به کار رفته در این برچسبها باید در برابر تابش ماورا بنفش مقاوم باشد.

*آویزی: نوعی از برچسب­های ورقه­ای هستند که با یک آویز به اشیا متصل می­شوند. از این برچسب­ها معمولا برای برچسب­های ساکن استفاده می­شود (مدیری، شیرافکن، 1389).

2-5-1-3- دسته­بندی تگ­های RFID

تگ­ها براساس نحوه تامین برق مصرفی به سه دسته اصلی تقسیم می­شوند:

*تگ­های فعال[13]: اینگونه برچسب­ها دارای باطری بوده و خود دارای توانایی ایجاد فرکانس رادیویی است و به طور مداوم فعال است (در مواردی امکان زمانبندی فعالیت برچسب نیز وجود دارد و یا برچسب خود در هنگام نیاز عمل می­کند که نوع نیمه­فعال است) و در حال ارسال اطلاعات به قرائت­گر است و حافظه بیشتری نسبت به نوع غیر­فعال دارند(مدیری ، شیرافکن ، 1389).

* تگ­های نیمه­فعال[14]: این برچسب­ها دارای باطری هستند و با دریافت نیروی فعال­کننده از قرائتگر، باطری را به کار می­اندازند و اطلاعات درون تراشه را ارسال می­کنند(مدیری، شیرافکن، 1389). این نوع تگ­ها با توجه به دارا بودن منبع تغذیه انرژی، معمولا دارای حافظه زیاد و توانایی پردازش اطلاعات پیچیده­تر هستند. تگ­های فعال و نیمه­فعال برای ردیابی در مسافت­های طولانی، بسیار مناسب می­باشند. با توجه به گران بودن این گونه تگ­ها، معمولا استفاده از آنها برای کالاهای ارزان قیمت مقرون به صرفه نیست(مقدسی، سبحان منش ، 1388)

*تگ­های غیرفعال: این برچسب که کاربرد گسترده­ای دارد، نیروی لازم برای فعال کردن مدار تراشه را توسط آنتن خود از امواج الکترومغناطیسی تولید شده توسط قرائتگر، دریافت می­کند ( با زیاد شدن فاصله این انرژی به شدت کاهش می­یابد) سپس تراشه امواجی را که باید برگشت داده شود، توسط آنتن خودش برای آنتن قرائتگر ارسال می­دارد و قرائتگر هم آنها را به پایگاه داده انتقال می دهد، جهت فروشگاه­ها از این برچسب استفاده میشود ( مدیری، شیرافکن، 1389). با توجه به اینکه این تگ­ها برای برقراری ارتباط و تامین انرژی مورد نیاز، کاملا به انرژی الکترومغناطیسی دستگاه داده­خوان وابسته هستند، مسافت خوانده شدن و نوشتن اطلاعات برای آنها کاملا محدود شده است(مقدسی ، سبحان نژاد ، 1388).

جدول 2-2- معایب و مزایای برخی از انواع تگ­های RFID ( مدیری، شیرافکن،1389)

نوع برچسب معایب مزایا
غیرفعال فواصل کوتاه (حدود 4 متر) ، عملکرد ضعیف در مجاورت مایعات و فلزات ، اغلب حافظه تنها خواندنی است عمر طولانی ، هزینه پایین ، محدوده کاربرد وسیع ، انعطاف بالا ، ابعاد کوچک
نیمه غیرفعال گران قیمت به دلیل استفاده از باطری (مواد شیمیایی)، کاربردی همگانی ندارند، عمر کوتاه تر، ابعاد بزرگتر امکان ایجاد ارتباط در فواصل متوسط (حدود 4 تا 50 متر)، قابلیت اتصال به حسگرها و انتقال اطلاعات آنها رادارد، حافظه بزرگتر، مناسب برای شناسایی اشیا بزرگ
نیمه­فعال امکان ارتباط در فواصل دور ( بیش از 1000 متر) ، قابلیت اتصال به حسگرها و انتقال اطلاعات آنها را دارد ، حافظه بزرگتر
فعال

 

2-5-2- داده­خوان یا برچسب یا قرائت­گر[15]

پل ارتباطی بین سیگنال­های فرستاده شده از آنتن­ها و سیستم نرم­افزاری کامپیوتری، دستگاهی است به نام قرائت­گر یا داده­خوان. وظیفه این دستگاه پردازش سیگنال­های خروجی از آنتن و تبدیل آنها به کد قابل تحلیل برای کامپیوتر است. این دستگاه­ها بین آنتن و کامپیوتر نصب می­شوند و برای سیستم­های مختلف فرکانسی متفاوت است. معمولا هر قرائت­گر یک پورت ورودی سیگنال دارد و یک پورت خروجی به کامپیوتر دارد. همان­طور که از نام آن مشخص است، این دستگاه امکان خواندن اطلاعات و نوشتن (ثبت اطلاعات) را دارد. این بدین معنی است که در صورت استفاده از برچسب­های فعال که دارای حافظه برای ذخیره­سازی اطلاعات باشند، این امر توسط دستگاه قرائت­گر انجام می­شود( مدیری ، شیرافکن، 1389).

این دستگاه­های داده خوان که به صورت های ثابت[16] دستی[17] وکارتی[18] عرضه می­شوند، وظیفه خواندن، ثبت، نگهداری و ارسال اطلاعات از برچسب­ها به سرور اطلاعاتی را دارند.

داده­خوان از دو قسمت اصلی گیرنده و فرستنده تشکیل شده است که در بخش گیرنده، تقویت­کننده، سیگنال دریافتی تگ را از طریق آنتن دستگاه داده­خوان دریافت کرده، برای پردازش آماده می­کند و تفکیک­گر سیگنال دریافتی را به داده تبدیل می­کند. در واحد کنترلر پردازنده عملیات پردازش داده انجام شده و مدیریت ارتباط به وسیله شبکه خارجی موجود اجرا می­شود.

در قسمت فرستنده، نوسان­ساز سیگنال موج حاصل را برای تلفیق­گر و سیگنال مرجع را برای مدار تفکیک­گر تهیه می­کند. تلفیق­گر اطلاعاتی را به سیگنال ارسالی تگ، اضافه می­کند. در این مرحله تقویت­کننده برق با تقویت سیگنال ارسالی، آن را به آنتن دستگاه می­فرستد و نهایتا آنتن سیگنال مورد نظر را به سوی تگ انتشار می­دهد( مقدسی ، سبحان نژاد ، 1388).

2-5-3- نرم­افزار مدیریت اطلاعات و بانک اطلاعاتی یا زیر سیستم پردازش داده یا میان­افزار[19]

از دیگر اجزای سیستم­های RFID، پایگاه داده و نرم­افزار آن است. این قسمت از سیستم که اغلب به صورت یک رایانه نمایش داده می­شود، یک کامپیوتر شخصی و یا ایستگاه کاری است که بر روی آن بانک اطلاعاتی و نرم­افزاری کنترلی اجرا شده است. جهت پشتیبانی اطلاعاتی از برچسب­های RFID، نیاز به محلی برای ذخیره و بازیابی اطلاعات است. این محل توسط نرم­افزارها و پردازشگرها و برقراری ارتباط با دستگاه­های برچسب خوان به استخراج و تبدیل اطلاعات گیرنده­ها می­پردازد.

بدین ترتیب پس از خواندن  کد الکترونیکی محصول توسط قرائت­گر و ارتباط با پایگاه داده، امکان به دست­آوردن حجم عظیمی از اطلاعات مربوط به آن محصول فراهم می­آید( مقدسی، سبحان نژاد، 1388). این نرم­افزار دارای قابلیت ارتباط بین داده­های خوانده شده از روی برچسب­ها و بانک اطلاعاتی سیستم ردیابی است. نرم­افزار فوق برای هرسیستم کاری به طور مجزا نوشته خواهد شد و به صورت بسته نرم­افزاری و در حالت کلی قابل ارائه نیست. بنابراین با توجه به نیازهای سیستم و اطلاعات تحت ردیابی و نیز بانک اطلاعاتی موجود، نرم­افزار مورد نیاز برای هر شرکت طراحی خواهد شد.

2-5-4-آنتن

وظیفه آنتن دریافت و ارسال امواج در سامانه ردیابی RFID است. بر اساس نوع کاربرد ، انواع آنتن­ها می توانند مورد استفاده قرار گیرند. در چنین سامانه­هایی، آنتن بر اساس مشخصاتی از قبیل زاویه دید (یا زاویه راس) و بهره طبقه­بندی می­شوند. از آن جایی که آنتن از اجزای غیر­فعال[20] سامانه­های RFID هستند، هیچ گونه تنظیمی نیاز ندارند و تعمیر و نگهداری آنها نیز به راحتی قابل انجام است (رستمی، عیسایی،پور رضا، 1386).

[1]Smart Lable

[2]Ticket

[3]Card

[4]Glass Bedd

[5]Integrated

[6]Wristband

[7]Button

[8]Case

[9]Inlay Tag

[10]Insert Case

[11]Pressure- sensitive Lables

[12]DFID- Enabled Tickets

[13] Active Tags

[14]Semi-Passive (Barrery Assisted) Tags

[15]Reader

[16]Fixed Type

[17]Hand Held Type

[18]PC Card Type

[19]Middleware

[20] Passive

دانلود پایان نامه