Az RFID használatának megkezdése

Egy UHF RFID rendszer három részből áll: egy olvasóból, egy vagy több antennából és címkékből. Az olvasó 920–925 MHz-es rádiójelet generál, és elküldi azt az antennán keresztül. Amikor egy passzív címke belép az antenna mezőjébe, energiát nyer a rádióhullámból, hogy táplálja apró mikrochipjét (tipikusan csak ~10 mikrowattra van szüksége). A chip ezután modulálja a bejövő jelet, és visszaszórja azt, lényegében egy módosított verziót tükröz vissza. Ez a visszavert jel hordozza a címke egyedi Electronic Product Code (EPC) kódját.

A teljes olvasási ciklus, a lekérdezés továbbításától a címke válaszának fogadásáig, körülbelül 1–3 milliszekundumot vesz igénybe. Ez teszi lehetővé, hogy egyetlen olvasó másodpercenként 200+ címkét leltározzon az EPC Gen2 ütközésgátló protokoll használatával. A kétirányú jelveszteség jelentős (-40–80 dB), ezért az olvasó TX teljesítménye (tipikusan 30 dBm / 1 watt) és a címke chip érzékenysége (akár -22 dBm) olyan kritikus specifikációk.

Az RFID több frekvenciasávot foglal magában, de az UHF (860–960 MHz) dominál a kereskedelmi alkalmazásokban, mivel a legjobb egyensúlyt kínálja az olvasási tartomány, a sebesség és a címke költsége között. Az LF (125 kHz) 10 cm-en belül olvas, kb. 1 címke/mp sebességgel, ami jó az állatok nyomon követéséhez, de túl lassú a logisztikához. Az HF/NFC (13,56 MHz) kb. 1 m-t ér el, kb. 50 címke/mp sebességgel, ami nagyszerű a fizetésekhez és a belépőkártyákhoz. Az UHF 1–12+ métert ér el, 200+ címke/mp sebességgel, ami ideális az ellátási lánc, a kiskereskedelem és az eszközök nyomon követéséhez.

A Vietnam 920–925 MHz-es sávon belül az olvasók frekvenciaugrásos szórt spektrumot (FHSS) használnak több csatornán. A képlet a következő: frekvencia = 920,0 + (csatorna_index × 0,5) MHz. Egy tipikus konfiguráció 6 csatornát használ [0, 2, 4, 6, 8, 10], amelyek 920,0 és 925,0 MHz között terjednek a maximális csatornaelválasztás érdekében.

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

Minden UHF RFID címkének két lényeges összetevője van: egy antenna minta (maratott vagy nyomtatott alumínium egy PET szubsztráton) és egy mikrochip (IC). Az antenna rögzíti az olvasó jelét, a chip pedig feldolgozza a parancsokat és visszaadja az adatokat. A chip érzékenysége az a minimális teljesítmény, amire a chipnek szüksége van az aktiváláshoz. A -22,1 dBm-re értékelt chip mindössze ~6,3 mikrowattal felébredhet. Alacsonyabb (negatívabb) = jobb érzékenység = hosszabb olvasási tartomány.

A gyakori chipcsaládok a következők: NXP UCODE 9 (-22,1 dBm, 128 bites EPC, nincs felhasználói memória, domináns a kiskereskedelemben), Impinj M700 sorozat (-22,1 dBm, 128 bites EPC, erős a logisztikában) és Quanray QStar-7U (-21,0 dBm, 128 bites EPC, 512 bites felhasználói memória, ideális, ha közvetlenül a címkén kell adatokat tárolni).

Címke formátumok: Száraz betétek (nyers címke PET-en, 3–8 ¢, címkékké alakításhoz), Nedves betétek (ragasztóval, 5–12 ¢, felhelyezésre készen), Matricacímkék (nyomtatható, 8–25 ¢, márkajelzéssel), Kemény címkék (1–15 $, zord környezethez), és Szőtt/szövet címkék (15–40 ¢, ruhákba varrva). A Nextwaves száraz betéteket 35×17 mm-től 95×8 mm-ig, a matricacímkéket pedig megfelelő méretben gyártja.

Az EPCglobal Gen2 (ISO 18000-6C) szabályozza, hogy az UHF leolvasók hogyan kommunikálnak a címkékkel. A legfontosabb újítás a slotted-ALOHA ütközésgátló algoritmus, amely lehetővé teszi, hogy egy leolvasó egyszerre több száz címkét leltározzon anélkül, hogy azok zavarnák egymást.

Így működik egy leltározási kör: A leolvasó elküld egy Query-t a Q paraméterrel (2^Q időrés létrehozása). Minden címke kiválaszt egy véletlenszerű rést, és vár. Amikor egy címke rése megérkezik, egy 16 bites véletlenszámot ad vissza. Ha csak egy címke válaszol, a leolvasó ACK-t küld, és megkapja a teljes EPC-t. Ha több címke ütközik, a leolvasó átugorja azt a rést. Minden rés után a Q-t beállítják. fel, ha túl sok az ütközés, le, ha túl sok az üres rés. és a kör megismétlődik.

Gyakorlati Q beállítások: Q=2 (4 rés) 1–5 címkéhez, Q=4 (16 rés) 5–20 címkéhez, Q=5 (32 rés) 20–100 címkéhez, Q=6 (64 rés) 100–500 címkéhez, Q=7 (128 rés) 500+ címkéhez. A magasabb Q kevesebb ütközést jelent, de lassabb köröket.

A munkamenet-megőrzés szabályozza, hogy a címke mennyi ideig emlékszik arra, hogy már beolvasták. Az S0 munkamenet azonnal visszaáll (folyamatos monitorozáshoz). Az S1 0,5–5 másodpercig tart (szabványos leltározás). Az S2/S3 ≥2 másodpercig tart (dokkolóajtók és szállítószalagok, ahol azt szeretné, hogy minden címkét egyszer számoljanak meg áthaladásonként). Ökölszabály: használjon S0-t polcfigyeléshez, S2/S3-at portálokhoz.

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

Minden Gen2 címkének 4 memóriabankja van. Fenntartott (Bank 00): Kill jelszó + Access jelszó, összesen 64 bit. EPC (Bank 01): CRC-16 + Protocol Control szó + az EPC azonosítója, tipikusan 96–128 bit. TID (Bank 10): Gyárilag beégetett egyedi chipazonosító, amely soha nem változtatható meg, felbecsülhetetlen a hamisítás elleni védelemhez. Felhasználó (Bank 11): Opcionális egyéni adattárolás (0–512+ bit a chiptől függően), hasznos a tételszámokhoz, az ellenőrzési dátumokhoz vagy az érzékelő adataihoz.

Amikor egy olvasó leltározza a címkéket, minden értesítés a következőket tartalmazza: antenna ID (melyik port), RSSI nyers érték (0–255, konvertálás dBm-be a következővel: dBm = -100 + round(raw × 70 / 255)), az EPC adatok (12+ bájt) és a frekvenciacsatorna indexe. Ez az az adat, amelyet az alkalmazás feldolgoz, hogy a fizikai címkeolvasásokat olyan üzleti eseményekhez rendelje, mint például az „elem kiszállítva” vagy a „raklap átvéve”.

[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

Íme egy praktikus ellenőrzőlista az első RFID rendszer beállításához, konkrét útmutatással az egyes lépésekhez.

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