1 Introducción

La identificación de radiofrecuencia (RFID) es una tecnología emergente que almacena datos sobre portadores de datos electrónicos (como circuitos integrados) y se comunica de forma inalámbrica entre transpondedores/etiquetas e interrogadores/lectores a través de campos magnéticos o campos electromagnéticos para lograr datos de identificación e intercambio Esta tecnología puede realizar la identificación de múltiples objetivos y la identificación del objetivo en movimiento; Tiene muchas ventajas, como resistencia a entornos duros, alta precisión, seguridad, flexibilidad y escalabilidad; Es conveniente para el seguimiento de artículos y la gestión de logística a través de Internet y, por lo tanto, ha recibido atención generalizada Por lo tanto, RFID se reconoce como una de las 10 tecnologías más prometedoras en este siglo

Sistemas RFID realmente han existido y desarrollado durante décadas Desde la perspectiva del estado de la fuente de alimentación, se pueden dividir en dos categorías principales: "activo" y "pasivo"; Desde la perspectiva de la frecuencia operativa, se pueden dividir en varias categorías principales, como baja frecuencia (125kHz ~ 135kHz), alta frecuencia (13 56MHz), frecuencia ultra alta y microondas (2 45GHz, 5 8GHz) Los precios del hardware de los diferentes sistemas RFID varían mucho, y las características de los sistemas en sí también son diferentes, y la madurez de los sistemas también es diferente Muchas preguntas no pueden ser respondidas fácilmente por los expertos de la industria, por lo que los usuarios a menudo sienten una pérdida al elegir la tecnología RFID Basado en mi propia experiencia de desarrollo y aplicación, y sobre la base de referirse a materiales de aplicación relevantes y datos técnicos, trato de brindar a los lectores una comprensión más completa y objetivo a través de este artículo, con la esperanza de proporcionar ayuda a los usuarios a elegir un sistema RFID con una frecuencia adecuada

2 Breve descripción de las características de la tecnología RFID en diferentes bandas de frecuencia

2 1 frecuencia baja:

La banda de frecuencia utilizada es de 10 kHz ~ 1MHz, y las especificaciones principales comunes son de 125 kHz, 135 kHz, etc En general, las etiquetas electrónicas en esta banda de frecuencia son pasivas, y el suministro de energía y la transmisión de datos se llevan a cabo a través del acoplamiento inductivo La mayor ventaja de baja frecuencia es que la etiqueta está menos afectada cuando está cerca de objetos de metal o líquido Al mismo tiempo, el sistema de baja frecuencia es muy maduro y el precio del equipo de lectura y escritura es bajo Sin embargo, las desventajas son la distancia de lectura corta, la incapacidad de leer múltiples etiquetas al mismo tiempo (anti-colisión) y bajo volumen de información La capacidad de almacenamiento general es de 128 bits a 512 bits Se utiliza principalmente en sistemas de control de acceso, chips de animales, dispositivos y juguetes antirrobo de automóviles Aunque el sistema de baja frecuencia es maduro y el equipo de lectura y escritura es barato, debido a su baja frecuencia resonante, la etiqueta debe hacer un inductor de devanado con un gran valor de inductancia, y a menudo necesita encapsular el condensador resonante fuera de chip El costo de la etiqueta es más alto que el de otras bandas de frecuencia

2 2 Alta frecuencia:

La banda de frecuencia utilizada es 1MHz ~ 400MHz, y la especificación principal común es la banda ISM de 13 156MHz Las etiquetas en esta banda de frecuencia siguen siendo principalmente pasivas, y el suministro de energía y la transmisión de datos también se llevan a cabo a través del acoplamiento inductivo La aplicación más grande en esta banda de frecuencia es la tarjeta inteligente sin contacto con la que estamos familiarizados En comparación con la baja frecuencia, su velocidad de transmisión es más rápida, generalmente por encima de 100kbps, y puede identificar múltiples etiquetas (cada estándar internacional tiene un mecanismo anticolisión maduro) El sistema en esta banda de frecuencia se beneficia de la aplicación y la popularidad de las tarjetas inteligentes sin contacto, y el sistema también es relativamente maduro, y el precio de la lectura y la escritura de equipos es relativamente bajo Los productos son los más abundantes, con una capacidad de almacenamiento que varía de 128 bits a más de 8K bytes, y pueden admitir características de seguridad muy alta, desde el bloqueo de bloqueo de escritura hasta el cifrado de flujo, e incluso se integran coprocesadores de cifrado Generalmente se usa para el reconocimiento de identidad, la gestión de la biblioteca, la gestión de productos, etc Para aplicaciones RFID con altos requisitos de seguridad, esta banda de frecuencia es actualmente la única opción

2 3 Ultra alta frecuencia:

La banda de frecuencia utilizada es 400MHz ~ 1 GHz, y las especificaciones principales comunes son 433MHz, 868 ~ 950MHz Esta banda de frecuencia transmite energía e información a través de ondas electromagnéticas Las aplicaciones activas y pasivas son comunes en esta banda de frecuencia La distancia de lectura de las etiquetas pasivas es de aproximadamente 3 ~ 10 m, la velocidad de transmisión es rápida y generalmente puede alcanzar aproximadamente 100kbps Además, debido a que la antena se puede fabricar grabando o impresión, el costo es relativamente bajo Debido a la larga distancia de lectura, la tasa de transmisión de información rápida y la capacidad de leer e identificar una gran cantidad de etiquetas al mismo tiempo, es particularmente adecuada para campos como la logística y la gestión de la cadena de suministro Sin embargo, la desventaja de esta banda de frecuencia es que su aplicación en objetos de metal y líquido no es ideal y el sistema no es maduro El precio del equipo de lectura y escritura es muy costoso, y el costo de aplicación y mantenimiento también es alto Además, las características de seguridad de esta banda de frecuencia son promedio, y no es adecuada para aplicaciones con altos requisitos de seguridad

2 4 microondas: La banda de frecuencia utilizada está por encima de 1 GHz, y las especificaciones comunes son 2 45GHz y 5 8GHz Las características y aplicaciones de la banda de microondas son similares a las de la banda UHF, con una distancia de lectura de aproximadamente 2 metros, pero es más sensible al entorno Dado que su frecuencia es más alta que la de UHF, el tamaño de la etiqueta puede hacerse más pequeño que el de UHF, pero la atenuación de la señal de esta banda de frecuencia por agua es más alto que el de UHF, y la distancia de trabajo también es más pequeña que la de UHF

Generalmente se usa para el seguimiento de equipaje, la gestión de artículos, la gestión de la cadena de suministro, etc

2 5 Seleccione la tecnología RFID de banda de frecuencia apropiada de acuerdo con la aplicación

En la parte anterior, hemos introducido brevemente las características de la tecnología RFID en cada banda de frecuencia En esta parte, nos centraremos en cómo seleccionar la tecnología RFID adecuada

Primero, el costo de un sistema RFID incluye costo de hardware, costo de software y costo de integración El costo de hardware no solo incluye el costo del lector y la etiqueta, sino también el costo de instalación En muchos casos, el software e integración de la aplicación y la gestión de datos son los principales costos de toda la aplicación Si considera el costo, debe considerar el costo general del sistema, no solo el hardware, como el precio de la etiqueta Aquí, no discutiremos y analizaremos esta parte del problema, pero los lectores deben tener una comprensión y comprensión de él A continuación discutimos principalmente cómo elegir la banda de frecuencia apropiada desde una perspectiva técnica

En segundo lugar, sabemos que incluso para los sistemas RFID en la misma banda de frecuencia, sus distancias de comunicación son muy diferentes Debido a que la distancia de comunicación generalmente depende del diseño de la antena, la potencia de salida del lector, el consumo de energía del chip de etiqueta y la sensibilidad receptora del lector, etc No podemos simplemente asumir que la distancia de trabajo de un sistema RFID en una cierta banda de frecuencia es mayor que la de un sistema RFID en otra banda de frecuencia

Tercero, aunque el sistema RFID ideal tiene una larga distancia de trabajo, alta tasa de transmisión y bajo consumo de energía Sin embargo, en realidad, un sistema de RF tan ideal no existe, y una alta tasa de transmisión de datos solo se puede lograr a una distancia relativamente cercana Por el contrario, si desea aumentar la distancia de comunicación, debe reducir la velocidad de transmisión de datos Entonces, si queremos elegir la tecnología RFID con una larga distancia de comunicación, debemos sacrificar la tasa de comunicación El proceso de selección de una banda de frecuencia es a menudo un proceso de compromiso

Cuarto, además de considerar la distancia de comunicación, cuando elegimos un sistema de RF, generalmente también consideramos factores como la capacidad de memoria y las características de seguridad De acuerdo con estos requisitos de aplicación, se puede determinar la banda y la solución de frecuencia RFID apropiadas Desde las soluciones existentes, los sistemas UHF y Microondaves RFID tienen la distancia operativa más grande (pueden alcanzar de 3 a 10 metros) y tienen una tasa de comunicación más rápida, pero para reducir el consumo de energía y la complejidad del chip de etiqueta, no implementan mecanismos de seguridad complejos y se limitan a mecanismos de seguridad simples como el bloqueo de escritura y la protección de la contraseña Además, la energía de la onda electromagnética en esta banda de frecuencia está severamente atenuada en agua, por lo que no es adecuada para rastrear animales (que contiene más del 50% de agua en el cuerpo) y medicamentos que contienen líquidos La distancia de lectura y escritura de sistemas de baja frecuencia y alta frecuencia es pequeña, generalmente no más de un metro La banda de alta frecuencia es utilizada por tarjetas inteligentes maduras sin contacto, que pueden soportar una gran capacidad de memoria y algoritmos de seguridad complejos Como se mencionó anteriormente, debido a la tasa de comunicación y los requisitos de seguridad, la distancia de trabajo de las tarjetas inteligentes sin contacto es generalmente de alrededor de 10 cm La especificación ISO15693 en la banda de alta frecuencia aumenta la distancia de comunicación al reducir la tasa de comunicación Con antenas de gran tamaño y lectores y escritores de alta potencia, la distancia de trabajo puede alcanzar más de 1 metro La banda de baja frecuencia tiene la tasa de comunicación más baja debido a su baja frecuencia portadora, que es más de 100 veces menor que la alta frecuencia 13 56MHz, y generalmente no admite la lectura de múltiples etiquetas

3 análisis de casos

3 1 Manejo de seguimiento de animales

Tradicionalmente, el seguimiento y el manejo de animales utiliza tecnología RFID de baja frecuencia, y existen estándares internacionales para la codificación y la interfaz de señal espacial Los estándares internacionales correspondientes son ISO11784 e ISO11785 Dado que las tecnologías RFID de alta frecuencia y baja frecuencia tienen sus propias ventajas y desventajas, actualmente existe el debate sobre la banda de frecuencia para el seguimiento y el manejo de animales Las principales razones para respaldar el uso de soluciones de tecnología de baja frecuencia son:

(1) Los estándares internacionales y los requisitos de compatibilidad existen de hecho

(2) Si se usa una solución de un solo antena, la distancia de lectura y escritura de un sistema de baja frecuencia suele ser del 20% al 30% mayor que la de un sistema de alta frecuencia Debido a que la velocidad de datos de un sistema de baja frecuencia es baja, el consumo de energía del chip de etiqueta puede ser menor que los microwatts

(3) Aunque la velocidad de transmisión de datos de un sistema de baja frecuencia es baja, dada la resistencia de su señal, la eficiencia de lectura no es baja en las aplicaciones reales

(4) El sistema de baja frecuencia puede penetrar en el tejido animal y es la única opción de frecuencia para etiquetas electrónicas implantables

Las razones para apoyar la solución de tecnología de alta frecuencia son las siguientes:

-(1) El método de codificación de animales del estándar internacional ISO11784 se puede implementar completamente en las soluciones de banda de alta frecuencia y ultra alta frecuencia No hay diferencia en la aplicación y el nivel del sistema

-(2) Debido a la diferencia de frecuencia, las etiquetas de baja frecuencia deben ser heridas con un inductor de devanado a formar una antena de etiquetas, y el costo de hacer etiquetas es más alto que el de las etiquetas de alta frecuencia Para una etiqueta de alta frecuencia del tamaño de una tarjeta de crédito, generalmente solo necesita ser herida aproximadamente 3 veces, y se puede utilizar un proceso de impresión de bajo costo El costo general de las etiquetas de alta frecuencia es más bajo Este es un hecho reconocido

-(3) Si se implementa razonablemente, el sistema de alta frecuencia también puede lograr una distancia de lectura y escritura comparable a la del sistema de baja frecuencia Además, el lector de alta frecuencia puede controlar el rango de acción a través de la antena de la puerta, que conduce a la recopilación de datos precisa y rápida.

-(5) El uso de frecuencias de alta frecuencia se ha convertido en un estándar unificado global, y el uso de sistemas de alta frecuencia no enfrentará problemas de compatibilidad en todo el mundo El editor está más a favor del uso de soluciones de tecnología de alta frecuencia en el seguimiento y el manejo de animales como los cerdos que no requieren implantación de RFID La razón principal se basa en consideraciones de costo del sistema El precio y el margen de beneficio de los productos agrícolas en mi país son muy bajos El costo de consumo de hardware en el seguimiento y el manejo de animales como los cerdos proviene principalmente de las etiquetas Para reducir esta parte del costo, se debe usar tecnología de alta frecuencia Al mismo tiempo, teniendo en cuenta que las unidades de producción, como el cultivo de cerdos, generalmente no tienen conexiones de banda ancha, las etiquetas electrónicas no solo pueden almacenar la información de una etiqueta, sino también ciertos datos relacionados El espacio de almacenamiento común en soluciones de alta frecuencia puede alcanzar más de 1K bits En segundo lugar, la infraestructura RFID principal actual en mi país se basa en tecnología de alta frecuencia, y el uso de sistemas técnicos compatibles tiene ventajas en el costo y la confiabilidad de instalación Desde la perspectiva de los chips, el envasado de etiquetas, el equipo de lectura y escritura, la integración del sistema y otros aspectos, mi país tiene cientos de proveedores de tecnología de alta frecuencia, que no tiene comparación con la tecnología de baja frecuencia Además, en aplicaciones como el manejo de cerdos, no se requieren etiquetas electrónicas implantables y se pueden usar etiquetas de oído de animales Por supuesto, la solución de tecnología de alta frecuencia utilizada en el manejo del seguimiento de animales es diferente del sistema tradicional de radiofrecuencia de alta frecuencia Es necesario llevar a cabo el trabajo de investigación y desarrollo para reducir el impacto del medio ambiente en la distancia operativa y desarrollar equipos especiales de lectura y escritura, para que la tecnología de alta frecuencia pueda cumplir con los requisitos del sistema en términos de distancia y confiabilidad operativa

3 2 Manejo de drogas

Incluso hoy, en 2006, los expertos todavía creen que el seguimiento y la gestión a nivel de artículo en el sector de bienes de consumo es un objetivo que tardará de 3 a 5 años en lograrlo Sin embargo, el uso de la tecnología de identificación de radiofrecuencia para lograr la gestión de un solo ítems de medicamentos de valor relativamente alto ya es una realidad La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) requiere el seguimiento y el manejo de medicamentos individuales en 2007, desde materias primas hasta medicamentos para el hogar Para la gestión de un solo elemento de la gestión de medicamentos, parece que el uso de la tecnología de alta frecuencia tiene ventajas más completas, específicamente:

(1) Tanto la frecuencia de alta frecuencia como la ultra alta frecuencia logran la transmisión de energía y señal a través de campos electromagnéticos, mientras que la frecuencia ultra alta alcanza la transmisión de energía y señal a través de campos eléctricos El sistema generalmente funciona en el campo lejano Para los elementos individuales que están muy cerca, la desunión de la etiqueta hará que se pierda la etiqueta (elemento) El sistema de alta frecuencia funciona en el campo cercano (es decir, el campo electromagnético todavía está unido dentro del sistema y no se emiten ondas electromagnéticas) La energía y la señal se transmiten a través del campo magnético Las etiquetas dentro del sistema se pueden identificar con precisión (por supuesto, la distancia de trabajo solo está dentro de 1 metro), y tiene una mejor capacidad de interferencia anti-electromagnética (EMI)

(2) La influencia de líquidos y metales En comparación con la frecuencia ultra alta, la atenuación de las señales de alta frecuencia en el agua es más pequeña, y es más adecuada para contenedores que contienen líquidos, y una parte considerable de los medicamentos está en forma líquida

(3) Capacidad de almacenamiento La capacidad de almacenamiento de las etiquetas de alta frecuencia puede alcanzar 8k bytes, por lo que se puede almacenar más información en la etiqueta para realizar una "base de datos móvil" en lugar de solo un número electrónico No existe una etiqueta electrónica de gran capacidad en la solución actual de frecuencia ultra alta

(4) Alta frecuencia 13 56MHz es una banda de frecuencia ISM de uso internacional, y no hay problema de compatibilidad Sin embargo, la frecuencia ultra alta no está disponible en todas las regiones del mundo hasta ahora La banda de frecuencia ultra alta en mi país está en proceso de formular

4 Resumen

En resumen, cada banda de frecuencia de tecnología RFID tiene sus propias características Incluso para los sistemas RFID en la misma banda de frecuencia, la distancia de comunicación varía mucho No podemos simplemente asumir que la distancia de trabajo de un sistema RFID en una determinada banda de frecuencia es mayor que la de un sistema RFID en otra banda de frecuencia Al seleccionar realmente un sistema RFID, es necesario considerar el costo general de un sistema RFID, así como factores como la capacidad de memoria y las características de seguridad, y seleccionar la banda de frecuencia RFID adecuada basada en estos factores.