تحدث عن تقنية RFID -rfidcardfactory.com

مقدمة عن تقنية تحديد الترددات الراديوية (RFID)

علامات الترددات الراديوية هي حاملات مادية للرموز الإلكترونية للمنتجات (EPCs)، تُلصق على المنتجات القابلة للتتبع، ويمكن تداولها عالميًا والتعرف عليها وقراءتها وكتابتها. وقد جذبت تقنية تحديد الهوية بترددات الراديو (RFID)، باعتبارها تقنية أساسية لبناء "إنترنت الأشياء"، اهتمامًا كبيرًا في السنوات الأخيرة.

تحديد ترددات الراديو (RFID) هو تقنية اتصالات لاسلكية تُمكّن من تحديد أهداف محددة وقراءة وكتابة البيانات المتعلقة بها عبر إشارات الراديو دون تحديد الاتصال الميكانيكي أو البصري بين النظام والهدف المحدد. تعتمد تقنية تحديد ترددات الراديو على نموذج اقتران المحول (نقل الطاقة ونقل الإشارة بين الموجهين الأساسي والثانوي) في نطاق التردد المنخفض، وعلى نموذج الاقتران المكاني لأهداف الكشف الراداري في نطاق التردد العالي. (يُصدر الرادار إشارة موجة كهرومغناطيسية، ثم يحمل معلومات الهدف ويعيدها إلى الرادار بعد اصطدامه بالهدف. جهاز الاستقبال).

تُنقل الإشارة اللاسلكية عبر مجال كهرومغناطيسي بتردد لاسلكي، ومن ملصق مُثبّت على المنتج، لتحديده وتتبعه تلقائيًا. تستقبل بعض العلامات طاقة من المجال الكهرومغناطيسي المنبعث من جهاز التعرّف عند تحديدها، ولا تتطلب بطارية. كما أن العلامة نفسها مزودة بمصدر طاقة، ويمكنها إصدار موجات لاسلكية نشطة (مجالات كهرومغناطيسية مُضبوطة على تردد لاسلكي). تحتوي العلامة على معلومات مُخزّنة إلكترونيًا، ويمكن تحديدها في نطاق أمتار قليلة. بخلاف الباركود، لا يشترط أن تكون علامة التردد اللاسلكي ضمن مجال رؤية المُعرّف، بل يُمكن أيضًا دمجها داخل المنتج المراد تتبعه.

يتواصل قارئ بطاقة RFID الإلكترونية لاسلكيًا عبر الهوائي وبطاقة RFID الإلكترونية، ويمكنه قراءة أو كتابة رمز تعريف البطاقة وبيانات الذاكرة. تتميز تقنية RFID بالقدرة على تحديد الأجسام المتحركة بسرعة عالية، بالإضافة إلى إمكانية تحديد عدة ملصقات في آنٍ واحد. العملية سريعة وسهلة.

العلامة: تتكون من عنصر ربط وشريحة. كل علامة تحمل رمزًا إلكترونيًا فريدًا، وتُلصق بالجسم لتحديد هويته.

القارئ: جهاز يقرأ (ويكتب أحيانًا) معلومات العلامة ويمكن تصميمه ليكون محمولاً باليد أو ثابتًا؛

الهوائي: ينقل إشارات التردد اللاسلكي بين العلامات والقراء.

الشكل 1: مخطط نظام RFID

يُعد تطوير منتجات RFID السلبية الأقدم، وهو أيضًا المنتج الأكثر تطورًا وانتشارًا في السوق. على سبيل المثال، بطاقات الحافلات، وبطاقات وجبات الكافتيريا، والبطاقات المصرفية، وبطاقات دخول الفنادق، وبطاقات الهوية من الجيل الثاني، وغيرها، والتي تُستخدم في كل مكان في حياتنا اليومية، هي بطاقات تُعرف بالتلامس القريب. ترددات التشغيل الرئيسية لمنتجاتها هي التردد المنخفض 125 كيلوهرتز، والتردد العالي 13.56 ميجاهرتز، والتردد فوق العالي 433 ميجاهرتز، والتردد فوق العالي 915 ميجاهرتز.

شهدت منتجات تحديد الهوية بموجات الراديو النشطة تطورًا تدريجيًا في السنوات الأخيرة. وتُحدد خصائصها لتحديد الهوية التلقائي عن بُعد نطاق تطبيقها الواسع وإمكاناتها السوقية. وفي مجال تحديد الهوية التلقائي عن بُعد، مثل السجون الذكية والمستشفيات الذكية ومواقف السيارات الذكية والنقل الذكي والمدن الذكية والعالم الذكي وإنترنت الأشياء، تُعد هذه التطبيقات واسعة الانتشار. وقد برزت تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو النشطة في هذا المجال، وتنتمي إلى فئة تحديد الهوية التلقائي عن بُعد. تردد التشغيل الرئيسي للمنتج هو UHF 433 ميجاهرتز، والميكروويف 2.4 جيجاهرتز و5.8 جيجاهرتز.

يُنظّم بروتوكول اتصال واجهة الهواء تبادل المعلومات بين القارئ والعلامة الإلكترونية، بهدف تحقيق الترابط والتوافق بين معدات الإنتاج لمختلف المصنّعين. وقد طوّرت المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO/IEC) خمسة أنواع من بروتوكولات واجهة الهواء.

2

حالة تصميم RFID السلبي

في تطبيقات التكنولوجيا الحالية، تُعد منتجات تحديد الهوية بموجات الراديو السلبية الأكثر استخدامًا. في العديد من تصميمات الدوائر المُطبقة على تحديد الهوية بموجات الراديو السلبية، تُستخدم وحدة RC522 بتردد 13.56 ميجاهرتز في كثير من الحالات. تُعد هذه الوحدة شائعة الاستخدام. تعتمد دائرة تطبيق RC522 على مصدر طاقة تيار مستمر 3 فولت/3، ثم تستقبل المعلومات عبر واجهة SPI للتواصل. يوضح الشكل 2 أدناه مخطط التطبيق.

العلوم الصعبة | حديث عن تقنية تحديد الترددات الراديوية (RFID)
الشكل الثاني: مخطط تطبيق RC522

تتضمن دائرة هوائي 13.56 ميجاهرتز دائرة استقبال إشارة ودائرة إرسال إشارة. تنقسم دائرة إرسال الإشارة إلى قسم ترشيح التوافق الكهرومغناطيسي، وقسم دائرة المطابقة، وقسم دائرة الملف.

دائرة الإرسال: يمكن تقسيم جزء إرسال الإشارة إلى دائرة مرشح EMC، ودائرة مطابقة الرنين والمعاوقة، والملف. من بينها:

دائرة مرشح التوافق الكهرومغناطيسي (EMC): تتكون بشكل أساسي من دائرة مرشح الترددات المنخفضة LC. ترسل شريحة القارئ إشارة هوائي TX1 وTX2 بتردد 13.56 ميجاهرتز، ولكن من الطبيعي وجود توافقيات أعلى. لذلك، تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا الجزء من مرشح الترددات المنخفضة في تصفية الإشارات غير المرغوب فيها التي تزيد عن 13.56 ميجاهرتز. هذا يُسهّل الاتصال الطبيعي بين قارئ البطاقة والبطاقة، ويُقلل أيضًا من التداخل الكهرومغناطيسي لقسم الهوائي مع الدوائر الفضائية أو الدوائر المجاورة.

دائرة المطابقة: يضبط هذا القسم تردد الرنين لقسم إرسال الهوائي بأكمله إلى حوالي 13.56 ميجاهرتز. هذا يزيد من سعة الإشارة على الملف لتسهيل إشعاع المجال المغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تطابق دائرة المطابقة مقاومة دائرة الإرسال مع مقاومة خرج شريحة القارئ، والتي عادةً ما تكون 50 أوم (مختلفة عن الشريحة). هذا يسمح للهوائي بالحصول على أقصى طاقة، مما يُحسّن مسافة القراءة.

الملف: يمكن أن يكون الملف عبارة عن ملف PCB أو ملف سلك نحاسي.

دائرة الاستقبال: دائرة استقبال الإشارة بسيطة نسبيًا، وتتكون من أربعة مكونات. يستطيع مكثف Cmin قراءة الجهد المرجعي الثابت Vmin الذي توفره الشريحة داخليًا بثبات، بينما يُدخل R1 هذا الجهد المرجعي إلى طرف الاستقبال لإضافة إشارة ثابتة إلى الشريحة. مستوى التيار المستمر، CRx من دائرة التوليد لإدخال إشارة التغذية الراجعة، وVmin المُركّبة في الشريحة. بضبط نسبة R2 إلى R1، يمكن تعديل سعة إشارة طرف الاستقبال لتحسين مسافة قراءة الشريحة.

لاحظ أيضًا النقاط التالية في تصميم PCB:

يجب أن تُراعى في دائرة الإرسال بأكملها التصميم المتماثل. يجب أن تكون أطوال تتبع الإشارتين من المرسلين Tx1 وTx2 متسقة قدر الإمكان.

يجب تعبئة المحاثين بأكثر من 0805، لضمان وجود تيار كافٍ من خلال (680nH/0805)، وإلا فلن يكون ذلك مناسبًا لقراءة البطاقة لمسافات طويلة.

يعتمد طول وعرض ملف لوحة الدوائر المطبوعة على الحالة المحددة. إذا لم تكن لوحة الدوائر مقيدة بالقالب، فيمكن تصميمها بحيث تتوافق مع طول وعرض البطاقة العادية. إذا كان حجم الملف محدودًا، فيمكن أيضًا تقليل مساحته. المبدأ العام هو تصميم البطاقة بنفس حجم البطاقة المراد قراءتها. قد يكون عدد لفات الملف، وطول وعرض 4x أكثر من 3x3 سم، كبيرًا جدًا لضبط المعلمات. إذا كان أقل من 3x3 سم، فيمكن زيادة عدد اللفات إلى 6 دوائر أو أكثر؛ يتراوح عرض مسار ملف لوحة الدوائر المطبوعة بين 0.5 مم و1 مم، ويمكن أن يكون التباعد وعرض الخطوط متساويين. بالإضافة إلى ذلك، يكون انتقال زوايا الملف أفضل مع القوس الدائري.

جزء الملف، وليس مساحة كبيرة من النحاس، وإلا فإنه سوف يسبب فقدان خطير في تأثير التيار الدوامي المجال المغناطيسي يجب الانتباه إلى نطاق الملف (المساحة بأكملها حول الملف) لا يمكن أن يكون لها مساحة كبيرة من المكونات المعدنية، والأشياء المعدنية، والطلاء المعدني وهلم جرا.

يجب توصيل أرض جميع أجهزة دائرة النقل بأكملها بنفس خط الأرض والعودة إلى دبوس TVSS للشريحة، ولا يمكن طلاء مساحة كبيرة من النحاس بالقرب من جهاز دائرة الهوائي، ويتم توصيل الأجهزة بالأسلاك.

3

لتلخيص

في عصر التطور المستمر لتكنولوجيا إنترنت الأشياء، ترتبط تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID)، كتقنية طبقة استشعار تُستخدم في إنترنت الأشياء، ارتباطًا وثيقًا بإنترنت الأشياء. في السنوات الأخيرة، عززت تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID) بشكل كبير وظائف إنترنت الأشياء وأثرت على محتواها. كما عزز تطور إنترنت الأشياء تطوير وتطبيق تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو، في مجالات مثل إنترنت الأشياء والأدوية. لتلبية المتطلبات الخاصة، لا تقتصر علامات تحديد الهوية بموجات الراديو على توفير معلومات ثابتة عن البضائع فحسب، بل توفر أيضًا معلومات عن موقع البضائع ودرجة الحرارة والرطوبة المحيطة بها وغيرها من المعلومات الديناميكية، مما يُحسّن بشكل كبير من مستوى ذكاء علامات تحديد الهوية بموجات الراديو. في الوقت الحالي، حقق إنترنت الأشياء باستخدام طبقة استشعار تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID) تواصلًا بين البشر والبشر، ولكن لتحقيق تواصل وتفاعل بين الأشياء والعناصر في إنترنت الأشياء المستقبلي، يجب تطويرها لتشمل "مستوى الذكاء الذي تُصنع منه ملصقات تحديد الهوية بموجات الراديو الذكية". علاوة على ذلك، لا تزال هناك حاجة إلى التحسين والتطوير فيما يتعلق بالتوحيد القياسي، والتشغيل البيني، والاتفاقيات، واللوائح، وتقنيات الاتصال.