شروع کار با RFID

یک سیستم UHF RFID دارای سه بخش است: یک خواننده، یک یا چند آنتن و تگ. خواننده یک سیگنال رادیویی 920–925 مگاهرتز تولید می‌کند و آن را از طریق آنتن ارسال می‌کند. هنگامی که یک تگ غیرفعال وارد میدان آنتن می‌شود، انرژی را از امواج رادیویی جمع‌آوری می‌کند تا ریزتراشه کوچک خود را تغذیه کند (معمولاً فقط به ~10 میکرووات نیاز دارد). سپس تراشه سیگنال ورودی را مدوله کرده و آن را به عقب پراکنده می‌کند. اساساً یک نسخه اصلاح شده را منعکس می‌کند. این سیگنال منعکس شده کد محصول الکترونیکی (EPC) منحصر به فرد تگ را حمل می‌کند.

کل چرخه خواندن، از انتقال پرس و جو تا دریافت پاسخ تگ، حدود 1–3 میلی‌ثانیه طول می‌کشد. این همان چیزی است که یک خواننده واحد را قادر می‌سازد تا 200+ تگ در ثانیه را با استفاده از پروتکل ضد برخورد EPC Gen2 موجودی‌گیری کند. تلفات سیگنال رفت و برگشت قابل توجه است (-40 تا -80 دسی‌بل)، به همین دلیل است که توان TX خواننده (معمولاً 30 dBm / 1 وات) و حساسیت تراشه تگ (تا -22 dBm) از مشخصات بسیار مهم هستند.

RFID چندین باند فرکانسی را در بر می‌گیرد، اما UHF (860–960 مگاهرتز) بر برنامه‌های تجاری غالب است زیرا بهترین تعادل را از نظر برد خواندن، سرعت و هزینه تگ ارائه می‌دهد. LF (125 کیلوهرتز) در 10 سانتی‌متری با سرعت ~1 تگ در ثانیه می‌خواند. برای ردیابی حیوانات خوب است اما برای لجستیک خیلی کند است. HF/NFC (13.56 مگاهرتز) به ~1 متر در ~50 تگ در ثانیه می‌رسد. برای پرداخت‌ها و کارت‌های دسترسی عالی است. UHF به 1–12+ متر در 200+ تگ در ثانیه می‌رسد. ایده‌آل برای زنجیره تامین، خرده فروشی و ردیابی دارایی.

در باند 920–925 مگاهرتز ویتنام، خواننده‌ها از طیف گسترده پرش فرکانسی (FHSS) در چندین کانال استفاده می‌کنند. فرمول به این صورت است: فرکانس = 920.0 + (channel_index × 0.5) مگاهرتز. یک پیکربندی معمولی از 6 کانال [0, 2, 4, 6, 8, 10] استفاده می‌کند که 920.0 تا 925.0 مگاهرتز را برای حداکثر جداسازی کانال پوشش می‌دهد.

Channel Index → Frequency (MHz)   Formula: f = 920.0 + (idx × 0.5)

Ch 0  → 920.0    Ch 4  → 922.0    Ch 8  → 924.0
Ch 1  → 920.5    Ch 5  → 922.5    Ch 9  → 924.5
Ch 2  → 921.0    Ch 6  → 923.0    Ch 10 → 925.0
Ch 3  → 921.5    Ch 7  → 923.5

Typical: use [0, 2, 4, 6, 8, 10] for max channel separation

هر تگ UHF RFID دارای دو جزء ضروری است: یک الگوی آنتن (آلومینیوم حکاکی شده یا چاپ شده روی یک بستر PET) و یک ریزتراشه (IC). آنتن سیگنال خواننده را دریافت می‌کند و تراشه دستورات را پردازش کرده و داده‌ها را برمی‌گرداند. حساسیت تراشه حداقل توانی است که تراشه برای فعال شدن نیاز دارد. یک تراشه با رتبه -22.1 dBm می‌تواند تنها با ~6.3 میکرووات بیدار شود. کمتر (منفی‌تر) = حساسیت بهتر = برد خواندن طولانی‌تر.

خانواده‌های تراشه‌های رایج عبارتند از: NXP UCODE 9 (-22.1 dBm، 128 بیتی EPC، بدون حافظه کاربر. غالب در خرده فروشی)، سری Impinj M700 (-22.1 dBm، 128 بیتی EPC. قوی در لجستیک) و Quanray QStar-7U (-21.0 dBm، 128 بیتی EPC، 512 بیتی حافظه کاربر. ایده‌آل زمانی که نیاز به ذخیره داده‌ها مستقیماً روی تگ دارید).

فاکتورهای فرم تگ: اینلی‌های خشک (تگ خام روی PET، ¢3–8، برای تبدیل به برچسب)، اینلی‌های مرطوب (با چسب، ¢5–12، آماده استفاده)، برچسب‌های استیکر (قابل چاپ، ¢8–25، با برندسازی)، تگ‌های سخت (1–15 دلار، مقاوم‌سازی شده برای محیط‌های سخت) و برچسب‌های بافته شده/پارچه‌ای (¢15–40، دوخته شده در لباس). Nextwaves اینلی‌های خشک را از 35×17 میلی‌متر تا 95×8 میلی‌متر و برچسب‌های استیکر را در اندازه‌های منطبق تولید می‌کند.

EPCglobal Gen2 (ISO 18000-6C) نحوه ارتباط ریدرهای UHF با تگ‌ها را تنظیم می‌کند. نوآوری کلیدی، الگوریتم ضد برخورد slotted-ALOHA است که به یک ریدر اجازه می‌دهد صدها تگ را به‌طور همزمان فهرست کند، بدون اینکه با یکدیگر تداخل داشته باشند.

در اینجا نحوه عملکرد یک دور فهرست‌برداری آمده است: ریدر یک Query با پارامتر Q ارسال می‌کند (ایجاد 2^Q اسلات زمانی). هر تگ یک اسلات تصادفی را انتخاب می‌کند و منتظر می‌ماند. هنگامی که اسلات یک تگ فرا می‌رسد، با یک عدد تصادفی 16 بیتی پاسخ می‌دهد. اگر فقط یک تگ پاسخ دهد، ریدر ACK را ارسال می‌کند و EPC کامل را دریافت می‌کند. اگر چندین تگ با هم برخورد کنند، ریدر آن اسلات را رد می‌کند. پس از همه اسلات‌ها، Q تنظیم می‌شود. اگر برخوردها زیاد باشد، بالا می‌رود و اگر اسلات‌های خالی زیاد باشد، پایین می‌آید و دور تکرار می‌شود.

تنظیمات Q عملی: Q=2 (4 اسلات) برای 1–5 تگ، Q=4 (16 اسلات) برای 5–20 تگ، Q=5 (32 اسلات) برای 20–100 تگ، Q=6 (64 اسلات) برای 100–500 تگ، Q=7 (128 اسلات) برای 500+ تگ. Q بالاتر به معنای برخورد کمتر، اما دورهای کندتر است.

پایداری Session کنترل می‌کند که یک تگ چه مدت به یاد دارد که قبلاً خوانده شده است. Session S0 فوراً بازنشانی می‌شود (برای نظارت مداوم). S1 به مدت 0.5–5 ثانیه پایدار است (فهرست‌برداری استاندارد). S2/S3 به مدت ≥2 ثانیه پایدار است (درب‌های اسکله و نوار نقاله‌ها که می‌خواهید هر تگ یک بار در هر عبور شمارش شود). قانون کلی: از S0 برای نظارت بر قفسه، S2/S3 برای پورتال‌ها استفاده کنید.

Tag Count → Q Value → Slots → Use Case

  1-5       Q=2       4       fast, low overhead
  5-20      Q=4       16      good balance
  20-100    Q=5       32      warehouse shelves
  100-500   Q=6       64      pallet scanning
  500+      Q=7       128     dock doors, bulk

Higher Q = fewer collisions but slower rounds

هر تگ Gen2 دارای 4 بانک حافظه است. رزرو شده (بانک 00): رمز عبور Kill + رمز عبور دسترسی، مجموع 64 بیت. EPC (بانک 01): CRC-16 + کلمه کنترل پروتکل + شناسه EPC شما، معمولاً 96–128 بیت. TID (بانک 10): شناسه تراشه منحصر به فرد کارخانه‌ای که هرگز نمی‌تواند تغییر کند. برای ضد جعل بسیار ارزشمند است. کاربر (بانک 11): ذخیره داده‌های سفارشی اختیاری (0 تا 512+ بیت بسته به تراشه)، مفید برای شماره دسته، تاریخ‌های بازرسی یا داده‌های حسگر.

هنگامی که یک خواننده از تگ‌ها موجودی‌گیری می‌کند، هر اعلان شامل موارد زیر است: شناسه آنتن (کدام پورت)، مقدار خام RSSI (0–255، تبدیل به dBm از طریق: dBm = -100 + round(raw × 70 / 255))، داده‌های EPC (12+ بایت) و شاخص کانال فرکانس. این داده‌ها همان چیزی است که برنامه شما برای نگاشت خواندن‌های فیزیکی تگ به رویدادهای تجاری مانند «کالا ارسال شد» یا «پالت دریافت شد» پردازش می‌کند.

[ANT] [RSSI] [EPC ×12 bytes ..................] [CH]
 01    B4     30 34 25 7B F7 19 4E 40 00 00 1A 85  06

Antenna:  1 (port 1)
RSSI:     180 → dBm = -100 + round((180×70)/255) = -51 dBm
EPC:      3034257BF7194E4000001A85 (SGTIN-96)
Channel:  6 → 920.0 + (6×0.5) = 923.0 MHz
GTIN-14:  80614141123458  Serial: 6789

در اینجا یک فهرست بررسی عملی برای راه‌اندازی اولین سیستم RFID شما، با راهنمایی‌های خاص در هر مرحله، آورده شده است.

Input:  GTIN-14=08600000232451  Serial=1001  Prefix=7 digits
Output: 30 14 1A 80 0E 98 78 00 00 00 03 E9  (12 bytes)