فناوریهای شناسایی و ردیابی

بارکد ، RFID ، شناسایی با امواج رادیویی ، ردیابی ، ردگیری، ردیابی ماهواره ای ، GPS ، بینایی ماشین ، بیومتریک ، کارت هوشمند، سنسور

فناوریهای شناسایی و ردیابی

اجزاء یک سیستم RFID : طیف فرکانس

یکی از ملاحظات مهم در ارتباط با فناوری RFID ، فرکانس عملیاتی آنان است . همانند تلویزیون که می تواند در باندهای UHF ( برگرفته شده از Ultra-High Frequency ) و VHF ( برگرفته شده از Very High Frequency ) فعالیت نماید ، سیستم های RFID نیز می توانند از باندهای مختلفی برای ارتباطات خود استفاده نمایند .
شکل 1 طیف فرکانس رادیویی را نشان می دهد .

شکل 1 : طیف فرکانس رادیویی ( منبع ITU )

در RFID هم از باند فرکانس پائین و هم از باند فرکانس بالا در محدوده های زیر استفاده می گردد .

باندهای فرکانس پایین RFID

- فرکانس پایین و یا LF ( برگرفته شده از Low Frequency ) : بین 125 تا 134 کیلوهرتز
- فرکانس بالا و یا HF ( برگرفته شده از High Frequency ) : محدوده 56 / 13 مگاهرتز
باندهای فرکانس بالا RFID
- باند UHF: محدوده 860 تا 960 مگاهرتز
- میکروویو : 5 / 2 گیگاهرتز به بالا

انتخاب فرکانس بر روی چندین خصلت سیستم های RFID تاثیر گذار است که در ادامه به تشریح برخی از آنان خواهیم پرداخت .

محدوده خواندن در باندهای فرکانس پایین ، محدوده خواندن تگ های غیرفعال با توجه به بهره ضعیف آنتن چیزی بیش از یک متر نمی باشد . ( در فرکانس های پایین ، طول موج الکترومغناطیسی بسیار بالا می باشد . در برخی حالات تا چندین کیلومتر و طولانی تر از ابعاد آنتن تعبیه شده در تگ های RFID . بهره آنتن ، بطور مستقیم با اندازه آنتن مرتبط با طول موج متناسب می باشد . بنابراین بهره آنتن در این فرکانس ها بسیار پایین است ) .
در فرکانس های بالاتر ، محدوده خواندن معمولا" افزایش خواهد یافت خصوصا" در مواردی که از تگ های فعال استفاده شده باشد . با توجه به این که باندهای فرکانس بالا می توانند باعث بروز مسایل مختلفی در رابطه با سلامت انسان گردند ، تعداد بسیار زیادی از سازمان های تنظیم مقررات رادیویی نظیر FCC ( برگرفته شده از ) ، محدودیت های بیشتری را در خصوص قدرت سیستم های میکروویو و UHF اعمال می نمایند . این کار باعث می شود که محدوده خواندن این نوع سیستم های فرکانس بالا در تگ های غیرفعال بطور متوسط بین سه تا نه متر گردد .

تگ های غیرفعال در مقابل تگ های فعال به دلایل تاریخی ، از تگ های غیرفعال معمولا" در باندهای LF و HF و از تگ های فعال در باندهای UHF و میکروویو استفاده می گردد . در اولین سیستم های RFID از تگ های غیرفعال در باندهای HF و LF استفاده می گردید . شاید قیمت مناسب بکارگیری فناوری فوق و عدم امکان سرمایه گذاری بالا بر روی سایر گزینه ها ( در گذشته ای نه چندان دور ) ، باعث بکارگیری تگ های غیرفعال در باندهای HF و LF شده باشد . امروزه با توجه به تحولات گسترده و سریع در این عرصه ، استفاده از تگ های فعال در باندهای فرکانس بالا در دستور کار قرار گرفته است .

تداخل امواج از سایر سیستم های رادیویی سیستم های RFID مستعد تداخل امواج از سایر سیستم های رادیویی می باشند . سیستم های RFID که در باند LF عمل می نمایند ، در معرض این آسیب می باشند . توجه داشته باشید که فرکانس های LF ، تحمل اتلاف در مسیر زیاد و یا تضعیف خیلی کم در مسافت های کوتاه را ندارند ( در مقام مقایسه با فرکانس های بالاتر ) . این بدان معنی است که سیگنال های رادیویی سایر سیستم های ارتباطی که در محدوده مشابه فرکانسی LF کار می کنند ، دارای مقاومت میدانی بالائی در آنتن یک بررسی کننده RFID خواهند شد که می تواند به تداخل امواج منتج گردد .
در سمت دیگر طیف ، سیستم های میکروویو دارای استعداد کمتری برای تداخل امواج می باشند چراکه افت مسیر در باند میکروویو برای فرکانس های پایین بسیار بیشتر است.

مایعات و فلزات کارآئی سیستم های RFID متاثر از سطوح نم دار و یا آبکی است . سیگنال های HF نسبت به سیگنال های میکروویو و UHF دارای قابلیت نفوذپذیری بهتری در آب و سایر مایعات می باشند . طول موج های کوتاه تر UHF دارای استعداد بیشتری جهت جذب در آب می باشند . به همین دلیل است که اغلب از تگ های HF برای برچسب گذاری مواد مایع استفاده می گردد . در چنین مواردی می توان از تگ های UHF نیز استفاده کرد ولی محدوده موثر خواندن آن بطرز محسوسی کاهش خواهد یافت .
محیط های فلزی بر روی تمامی فرکانس های RFID تاثیر می گذارند . سیگنال های فرکانس رادیویی قادر به عبور از فلزات نمی باشند و در مواردی که مواد فلزی در مجاورت آنتن کد خوان و یا آنتن تگ قرار بگیرد ، رفتار و خصایص سیستم دستخوش تغییرات عمده ای می گردد .
یکی از اثرات مشترک فلزات بر روی فرکانس های HF و UHF ، تغییر خودالقایی آنتن می باشد که پیامد آن کاهش محدوده خواندن خواهد بود . یکی دیگر از اثرات مواد فلزی بر روی هر دو نوع فرکانس ، جذب انرژی RF توسط فلزات است .با این که هر دو نوع فرکانس قادر به نفوذ از طریق یک شی فلزی نمی باشند ، اثر جذب در تگ های HF و UHF رفتاری کاملا" متفاوت دارد . در تگ های HF ، یک محدوه خواندن ضعیف وجود دارد در حالی که در تگ های UHF ، می توان محدوده خواندن را در صورت ایجاد یک شکاف هوایی بین آنان و سطح فلز ، افزایش داد . در مواردی که مواد فلزی بخشی از شی مورد نظر برای برچسب گذاری توسط تگ های RFID می باشند ، بهتر است که از فلز به عنوان آنتن استفاده گردد ( به عنوان نمونه ، پیاده سازی یک شکاف هوایی بین سطح فلز و تگ ) . در صورتی که انجام این کار غیرممکن باشد ، می بایست از روش های روکش کردن استفاده کرد .

نرخ داده سیستم های RFID که در باند LF عمل می نمایند ، دارای نرخ داده پایینی در حد چندین کیلوبیت در ثانیه می باشند . با توجه به فرکانس استفاده شده در سیستم های RFID ، نرخ داده می تواند به مرز چندین مگابیت در ثانیه برسد . چیزی که در فرکانس های میکروویو محقق شده است .

اندازه و نوع آنتن با توجه به طول زیاد طول موج سیگنال های رادیویی فرکانس پایین ، آنتن سیستم های LF و HF می بایست از آنتن های UHF و میکروویو بزرگ تر باشد ، تا بتوان بهره سیگنال برابری را دریافت کرد . این موضوع با هدف ایجاد تگ های RFID کوچک و ارزان در تضاد است . همین موضوع باعث شده است که بسیاری از طراحان سیستم ، از بهره آنتن به نفع کنترل قیمت ، بگذرند و بپذیرند که از سیستم های HF و LF صرفا" در حوزه های کوچک استفاده نمایند . تگ های LF و HF معمولا" بزرگ تر از تگ های UHF و میکروویو می باشند .
در شکل 2 ، دو نوع آنتن RFID به همراه تگ مربوطه در باندهای فرکانسی مختلف نشان داده شده است .

شکل 2 : دو نوع آنتن و تگ RFID

توجه داشته باشید که فرکانس عملیات ، نوع آنتن قابل استفاده را به یک سیستم رادیویی تحمیل می کند . در سیستم های LF و HF از جفت گیری القایی و آنتن های القایی استفاده می گردد که معمولا" آنتن هایی از نوع حلقوی می باشند . در فرکانس های UHF و میکروویو ، از جفت گیری خازنی استفاده می گردد و آنتن ها از نوع دوقطبی می باشند .

اندازه و قیمت تگ های RFID سیستم های RFID اولیه عموما" از باند LF استفاده می کردند ( به دلیل سهولت در ساخت ) . این نوع سیستم ها دارای مشکلات مختص به خود می باشند نظیر ابعاد بزرگ آنتن که می تواند قیمت تمام شده آنان را افزایش دهد .
در حال حاضر استفاده از باند HF بسیار متداول است .با توجه به پیشرفت های اخیر در فناوری ساخت تراشه ها ، قیمت تگ های UHF قابل رقابت با تگ های HF شده است . تگ های RFID میکروویو مشابه تگ های UHF می باشند با این تفاوت که می توان آنان را کوچکتر و با قیمت کمتری تولید کرد.
جدول 1 ، خصایص سیستم های RFID را با فرکانس های مختلف نشان می دهد .

باند فرکانس	LF 125 KHZ	HF 13.56MHZ	UHF 860-960 MHZ	Microwave 2.5 GHZ به بالا
محدوده خواندن ( تگ های غیرفعال )	کمتر از 62 سانتی متر	کمتر از یک متر	بین سه تا نه متر	چندین متر
منبع تامین انرژی تگ	عموما" غیرفعال می باشند	عموما" غیرفعال می باشند	عموما" فعال ولی ممکن است به صورت غیرفعال نیز باشند	عموما" فعال ولی ممکن است به صورت غیرفعال نیز باشند
قیمت تگ	نسبتا" گران	گران ولی بمراتب کمتر از LF	دارای پتانسیل لازم جهت تولید ارزان	دارای پتانسیل لازم جهت تولید ارزان
کاربردهای عمومی	ورود بدون کلید به مکان هایی خاص نظیر اطاق ها و ... ردیابی حیوانات پیشگیری از سرقت اتومبیل از طریق خاموش کردن آن از را دور	کارت های هوشمند ردیابی آیتم هایی نظیر حمل بار کتابخانه ها	ردیابی حمل بار جمع آوری الکترونیکی عوارض حمل بار مسافر	جمع آوری الکترونیکی عوارض
نرخ داده	کند	متوسط	سریع	بسیار سریع
کارآیی پس از قرار گرفتن در مجاورت فلزات و مایعات	خیلی خوب	خوب	بد	بدتر
اندازه تگ غیرفعال	خیلی بزرگ	بزرگ	کوچک	کوچک تر