ساختار تگ RFID چگونه است؟ انواع تگ RFID بههمراه مشخصات
مدت زمان تقریبی مطالعه این مطلب : 4 دقیقه
تگ RFID یکی از ابزارهایی است که در فناوری رادیوشناسه “Radio Frequency Identification” که از امواج رادیویی جهت شناسایی و انتقال اطلاعات استفاده میکند، کاربرد دارد. با توجه به گستردگی استفاده از علم رادیوشناسه (RFID) در صنعت، بالتبع این تگها نیز به یکی از تجهیزات پرکاربرد در صنایع مختلف تبدیل شدهاند. بطور کلی این تگها به جسم، حیوان، محصول یا خدمتی متصل میشود که قرار است اطلاعات آن در تگ ذخیره شده و در صورت نیاز در دسترس قرار گیرد. شاید برای شما هم بسیار جالب باشد که بدانید این برچسبهای کوچک چه ساختاری دارند و چگونه کار میکنند؟ این تگها با توجه به گستردگی کاربرد، در ظاهرهای متفاوتی تولید شده و در بازار قابل عرضه هستند بطوریکه یکی از روشهای دستهبندی تگها براساس شکل ظاهری آنهاست. بطور کلی ساختار تگهای RFID شامل سه جزء اصلی، تراشه، آنتن وبستر کارت است که در ادامه این مطلب توضیح کاملی در رابطه با هریک از این قسمتها خدمت شما ارائه خواهد شد.
تگ RFID چگونه کار میکند؟
سیستمهای RFID شامل دو قسمت اصلی فرستنده یا تگ که روی جسمی قرار داده شده که میخواهیم شناسایی شود و یک فرستنده-گیرنده یا قرائتگر هستند. قرائتگر از یک ماژول فرکانس رادیویی، یک واحد کنترل و آنتن تشکیل شده و یک میدان الکترومغناطیس با فرکانس بالا تولید میکند. و از طریق امواج رادیویی با تگ ارتباط برقرار میکند. تگ سیگنال فرستاده شده از قرائتگر را دریافت کرده و برای ارسال سیگنال به آن، از تکنیکی استفاده کند که اصطالاحا دستکاری بار یا Load Manipulation نام دارد. قطع و وصل بار در آنتن تگ، بر مصرف توان آنتن قرائتگر تأثیر گذاشته و میتوان آن را به صورت افت ولتاژ اندازه گرفت. این تغییر ولتاژ که به عنوان صفر و یک در نظر گرفته میشود، راهی است که با آن داده از تگ به اسکنر انتقال مییابد. علاوه بر این یک راه دیگر نیز وجود دارد تا دادهها را بین قرائتگر و تگ انتقال داد که Backscattered Coupling یا کوپلینگ پراکنشی نامیده میشود. در این روش، تگ از بخشی از توان دریافتی برای تولید یک میدان الکترومغناطیسی دیگر استفاده میکند که با آنتن قرائتگر دریافت میشود.
اجزای مختلف تگهای RFID
تراشه تگ
اساسا تراشه یک مدار یکپارچه است که از تعداد زیادی ریزپردازنده تشکیل شده و وظیفه ذخیره اطلاعات را برعهده دارند. تراشهها دادههای ارسال شده از اسکنر RFID را ذخیره کرده و در مواقع لزوم این اطلاعات را در اختیار کاربر قرار میدهند. این تراشهها برای ذخیره و انتقال دادهها نیاز به یک منبع الکتریکی دارند. این منبع الکتریکی به چند صورت میتواند در تگها مورد استفاده قرار گیرد. در روش اول از یک باتری بسیار کوچک در داخل تگها استفاده میشود و اصطلاحا به ای نوع تگها، تگهای فعال یا Active گفته میشود. در روش دوم انرژی الکتریکی مورد ناز تگ از طریق انرژی الکترومغناطیسی که توسط آنتن دریافت میشود، تامین خواهد شد که به این دسته از برچسبها، تگهای Passive گفته میشود. این انرژی از طریق قرائتگرهای RFID منتقل میشود. درحالت سوم نیز که به تگهای Semi Passive معروف هستند. تراشه یا IC اطلاعاتی مانند شناسه، پسوردهای رمزنگاری و تاریخ، زمان، مکان را در حافظه خود ذخیره میکند.
یکی از اصلیترین ویژگیهای تگهای RFID نسبت به برچسبهای QR Code این است که در این فناوری امکان چندباره جهت ذخیره اطلاعات مختلف برروی این تگها وجود دارد. این تراشهها قطعههایی نیمههادی هستند که از عنصر سیلیکون ساخته میشوند. هر تراشه ممکن است میلیونها یا حتی میلیاردها ترانزیستور در خود جای داده باشد. روش ساخت این تراشهها به کمک فناوری لیتوگرافی است و با دقت 10 نانومتر است. سیلیکون در طبیعت به شکل سنگهای معدنی سیلیس یا سیلیکا (SiO2)، سیلیکون کربید (SiC) و شن و ماسه وجود دارد. این عنصر بسیار واکنشپذیر است و بهسرعت با اکسیژن ترکیب میشود؛ بههمینعلت هیچگاه بهشکل خالص در طبیعت پیدا نمیشود. مراحل پیچیدهای لازم است انجام شود تا سیلیکون بهخلوص ۹۹.۹ درصد رسیده و آمادهی ورود بهخط تولید قطعات الکترونیکی شود. از نمونه تراشههای RFID میتوان به OR، MIFARE ، DESTAFIRE، UHF و NFC اشاره کرد. توجه به این نکته نیز ضروریست که باتریهای داخل تگها حدودا تا 5 سال عمر میکنند.
تیم هوشمند مکاترونیک تابان، در زمینه مدلسازی و پیادهسازی زیرساختهای سختافزاری و نرمافزاری در زمینه راهکارهای RFID آماده خدمترسانی به شما عزیزان است. همکاران ما جهت ارائه مشاوره تخصصی آماده پاسخگویی بهشما هستند
آنتن تگ RFID
از مهمترین بخشهای سیستمهای RFID آنتنها هستند. جهت دریافت و انتقال دادههای ذخیره شده در تراشههای کار گزاشته شده در تگها نیز از آنتن استفاده میشود. طراحی هندسی آنتن بستگی شدیدی به فرکانس عملکرد و کاربرد سیستم RFID دارد. هدف اصلی آنتن در تگهای فعال انتقال سیگنال و در تگ غیر فعال نمایش سیگنالهای دریافتی است. در تگهای غیر فعال، انرژی تولید شده در اسکنر، توسط آنتن دریافت شده و از این انرژی جهت فعالسازی تراشه استفاده میشود. آنتنها معمولا از نوارهای فلزی نازک مس ، آلومینیوم یا نقره ساخته می شوند. روش ساخت و تولید آنتنها معمولا به روش Screen-Printing است که چاپ سیلک که به عنوان چاپ روی صفحه یا سری گرافی نیز شناخته می شود، روشی برای چاپ است که شامل انتقال جوهر بر روی پارچه یا وسایل دیگری با استفاده از صفحه مشبک است. این یک تکنیک پرکاربرد برای چاپ انواع طرح ها بر روی مواد مختلفی از جمله پارچه، کاغذ، پلاستیک، شیشه و فلز است. آنتن ممکن است به شکل یک سیم پیچ مارپیچ، یک دوقطبی تک، یک دوقطبی دوقطبی یا یک دوقطبی تا شده باشد. با توجه به تفاوت در جنس سیم، ساختار مواد و فرآیند ساخت، آنتنهای برچسب RFID را می توان به دسته های زیر تقسیم کرد:
1-آنتن حکاکی
2-آنتن چاپی
3-آنتن سیم پیچ
4-آنتن افزودنی
5-آنتن سرامیکی
انواع تگهای RFID
تگها یا برچسبهای RFID را از نظر منبع انرژی میتوان به سه دسته تقسیمبندی کرد که در ادامه توضیح مختصری از هریک از این دستهبندیها خدمت شما ارائه شدهاست.
تگهای Passive/تگ غیرفعال RFID
این نوع تگها هیچ منبع تولید انرژی درونی ندارند و انرژی خود را از طریق سیگنالهای RF که توسط دستگاه قرائتگر ارسال و توسط آنتن موجود در تگ دریافت میشود، تامین میکنند. تگهای غیرفعال رایج و ارزان قیمت هستند، ابعاد کوچکتری نسبت به تگهای فعال داشته و ارزانتر هم هستند. این تگها محدوده کمتری را پوشش میدهند. همچنین سرعت انتقال داده در این تگها نسبتا بالا است.
تگهای Semi-Passive/تگ نیمهفعال RFID
بسیار شبیه به تگهای غیرفعال است؛ با این تفاوت که باتری کوچکی در آنها وجود دارد و انرژی لازم برای فعال شدن مدار داخل آنها را فراهم میسازد. نسبت به تگهای غیر فعال محدوده بالاتری را پوشش میدهند.
تگهای Active/ تگ فعال RFID
این تگها دارای یک منبع انرژی داخلی میباشند که توانایی انتقال اطلاعات در فواصل دورتر را فراهم میکند. قیمت این تگها نسبت به دو مدل قبلتر گرانتر بوده و بالتبع کمتر مورد استفاده قرار میگیرند. این تگها برای فعالیت نیاز به باتری یا یک منبع مستقل دارند، از نظر ابعادی نیز نسبت به تگهای دیگر بزرگتر هستند و محدوده بزرگتر با فرکانس پایینتر را پوشش میدهند.
همچنین تگهای RFID از نظر شکل ظاهری، نوع فرکانس کاری، عوامل محیطی، نوع کاربرد با یکدیگر متفاوت هستند. که در ادامه به مواردی از هرکدام از این تگها اشاره میشود.
شکل ظاهری
تگ های رادیوشناسه بر اساس شکل ظاهری به دستههایی چون تگ لیبلی، تگهای کارتی، کارت RFID، هارد تگ RFID تقسیم می شوند.
نوع فرکانس کاری
تقسیمبندی تگها بر اساس نوع فرکانس نیز شامل مواردی چون LF ،NFC ،HF ،UHF PASSIVE ،BAP ،ACTIVE است.
شرایط محیطی
همانطور که قبلتر اشاره شد، از تکنولوژی RFID میتوان در صنایع و سازمانهای مختلف استفاده کرد. شرایط محیطی تاثیر بسیار زیادی در انتخاب نوع تگ دارد. و باید یکی از انواع تگهای مقاوم در مقابل آب، تگهای RFID مقاوم و سخت در برابر ضربه، و تگهای RFID مقاوم در برابر حرارت را انتخاب کرد.
نوع کاربرد
همانطور که در بخشهای قبل اشاره شد، استفاده از سیستمهای RFID در صنایع مختلف کاربرد دارد و براساس شرایط تولید، از تگهای مناسب استفاده شود. بنابراین پس از انجام تحقیقات لازم یکی از تگ های تگهای مربوط به صنعت مورد نظر مثل لباس، تگ دام، تگ پلمپ، تگ خرد شونده (مخصوص مدیریت اموال)، تگ مورد استفاده در صنعت جواهر، تگ ها مورد استفاده در صنعت الکترونیک، تگهای استفاده شده در صنعت نفت و گاز و … را انتخاب کرد.
یکی از تفاوتهای مهم تگهای RFID در ساختار فیزیکی این تگها است که علاوه بر موارد بالا، میتوان تگهای RFID را در سه دسته تگهای برچسبی، تگهای سخت یا هارد لیبل و تگهای کارتی قرار داد. تگهای کارتی از اصلیترین و ارزانترین تگهای موجود در بازار هستند و معمولاً به صورت یک کارتسفیدرنگ با یک تراشه الکترونیکی و آنتن روی آن بهفروش میرسند. بسته به محیطی که در آن استفاده میشود، یک فویل محافظ اضافی روی برچسب وجود دارد تا آن در برابر رطوبت و آب محافظت کند. این تگها میتوانند از یک طرف با چسب پوشانده شوند و به سطح مورد نظر میچسبند و معمولا قدرت چسبندگی به اندازهای است که باعث چسبندگی تگ به سطح مورد نظر شود. در تگهای کارتی اگر قرار است برچسب داخل محصول درج شود و چسبی نباشد باید مدل دو طرف ساده که در بازار موجود است استفاده شود. نوع دوم از تگها، بهشکل برچسب هستند که این برچسبها بهسطوح مورد نظر چسبانده میشوند و معمولا بهشکل شفاف در بازا موجود هستند. چنین برچسبی را میتوان با یک چاپگر RFID اختصاصی تولید و برنامهدهی کرد. اگر فرآیند برنامهنویسی موفقیتآمیز نباشد چاپگر برچسب را به گونهای چاپ میکند که ناخوانا باشد و به راحتی قابل تشخیص است. این نوع تگها برای استفاده بر روی فلزات مناسب نیستند زیرا در حضور فلزات، ارسال دادههای رادیویی با اختلال مواجه میشود. البته نسخههای ویژه از آنها که به کاربردهای روی فلزات اختصاص داده شده است و جنس آلومینیومی هستند در بازار وجود دارد که هزینه بالاتری برای خرید آنها باید صرف شود. نوع سوم برچسبها، برچبهای هارد تگ هستند. این تگها به طور معمول در محیطهایی مورد استفاده قرار میگیرند که احتمال تخریب و یا مخدوش شدن تگ RFID بالاست، چرا که ممکن است در برخی از موارد، تگ در معرض ضربه قرار داشته باشد و از آنجاییکه آنتن و تراشه در برابر ضربات و بارهای مکانیکی مقاوم نیستند، از این تگها استفاده میشود. در برخی موارد خاص، این تگها به یک لایه محافظ حرارتی مجهز میشوند تا از تجهیزات داخلی تگ در برابر حرارتهای بالا حفاظت شود. بطوریکه میتوانند در دماهای بسیار بالا تا280 درجه سانتیگراد فعال بوده و کار کنند.
انواع حافظه در تگهای RFID
تراشههای موجود در تگهای RFID وظیفه ذخیره و انتقال دادهها را برعهده دارند. کما اینکه امکان حذف و اضافه کردن دادهها در این تراشهها وجود دارد. حافظه تراشههای تگهایی که در باند فرکانس UHF مطابق با استاندارد EPC Global Class 1 Gen 2 کار می کنند دارای 4 نوع حافظه EPC، حافظه کاربر، TID و حافظه رزرو شده است. دو حافظه EPC و کاربر، فضاهای ذخیرهسازی هستند که اطلاعات را انتقال میدهند. دو فضای دیگر اطلاعات کنترلی را در اختیار دارند. حافظه کاربر، فضایی است که لازم نیست حتما در ساختار تگ وجود داشته باشد. این حافظه اختیاری بوده و معمولا در برچسبهایی استفاده میشود که کاربر به فضای اضافی برای ذخیره اطلاعات نیاز دارد.
حافظه EPC
حافظه EPC کد الکترونیکی محصول را ذخیره میکند و حداقل 96 بیت حافظه قابل نوشتن دارد. البته تگهایی نیز وجود دارند که قابلیت تخصیص بیتهای بیشتری به حافظه EPC دارند و معمولا دارای حافظه 128 بیتی هستند، همچنین مواردی وجود دارند که حتی دارای حافظه EPC 496 بیتی هستند.
حافظه کاربر
این حافظه در صورتی استفاده میشود که کاربر به حافظه بیشتری، از آنچه که برای حافظه EPC تعریف شدهاست، نیاز داشته باشد. فضای ذخیرهسازی در این حافظه معمولاً 512 بیت است، اما برچسبهای RFID نیز وجود دارند که دارای 4 و یا حتی 8 کیلوبایت حافظه کاربرهستند.
حافظه TID
این حافظه فقط برای ذخیره یک شمارههای شناسایی منحصر به فرد اختصاص داده شده و توسط سازندهای که برچسب را تولید کرده است استفاده میشود. این قسمت از حافظه قابل تغییر نیست.
حافظه رزرو
این حافظه یک بانک حافظه است که رمز دسترسی و کلمه عبور را ذخیره میکند. هر رمز عبور 32 بیت دارد. رمز عبور نابودی، که با عنوان Kill شناخته میشود، تگ را برای همیشه غیرفعال میکند و بسیار به ندرت استفاده می شود. در اکثر مواقع، رمز دسترسی طوری تنظیم میشود که قابلیتهای نوشتن برچسب را قفل و باز کند. اکثر کاربران از این قسمت حافظه استفاده نمیکنند مگر اینکه فعالیتهای آنها حاوی دادههای حساس باشد.
کلام آخر
تگهای RFID در انواع مختلف و با ویژگیها و کاربردهای متفاوت در بازار وجود دارند که با بررسی ویژگیهای هر یک از آنها میتوان، مناسبترین تگ برای فعالیت خود را انتخاب کرد. ارزانترین و سادهترین نوع تگها، تگهای کارتی از جنس پی وی سی هستند که در اکثر پروژهها مورد استفاده قرار میگیرند. توجه به این نکته ضروریست که بسیاری از تگها در محیطهایی که فلز وجود داردريا، کارایی و عملکرد مناسبی ندارند و در چنین محیطهایی باید از تگهای مخصوص استفاده کرد. همچنین در فعالیتهای که استفاده از دو فناوری QR Code و RFID همپوشانی دارند، استفاده از فناوری بارکد میتواند بهصرفهتر باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با تفاوتهای دو فناوری میتوانید از نوشته “RFID بهتر است یا بارکد” استفاده کنید، همچنین جهت کسب اطلاع از انواع قرائتگرهای RFID میتوانید نوشته “انواع قرائتگرهای RFID را بهتر بشناسید” را مطالعه فرمایید. تیم هوشمند مکاترونیک تابان با سابقه بالا در زمینه راهکارهای RFID میتواند به شما در این زمینه کمک نماید.همکاران ما جهت ارائه مشاوره تخصصی آماده پاسخگویی به شما هستند.