توضیح مفصل دو مؤلفه فناوری RFID

فناوری شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) یک فناوری شناسایی خودکار بدون تماس است. اصل اساسی آن استفاده از سیگنال های فرکانس رادیویی و ویژگی های اتصال فضایی و انتقال آن ها برای شناسایی خودکار اشیایی است که باید توسط اشیاء ثابت یا متحرک شناسایی شوند.

یک سیستم RFID معمولا از دو بخش تشکیل شده است: تگ الکترونیکی و خواننده. تگ الکترونیکی و خواننده اتصال فضایی (بدون تماس) سیگنال های RF را از طریق عناصر کوپلینگ به دست می آورند. در کانال کوپلینگ، انتقال انرژی و تبادل داده بر اساس روابط زمانی انجام می شود. دو نوع اتصال سیگنال RF بین خواننده و تگ الکترونیکی وجود دارد.

۱) کوپلینگ القایی: کوپلینگ از طریق میدان مغناطیسی متناوب با فرکانس بالا در فضا که بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی است، حاصل می شود.

(۲) کوپلینگ بازتاب الکترومغناطیسی: در مدل اصل رادار، امواج الکترومغناطیسی منتشر شده هنگام تماس از هدف بازتاب یافته و اطلاعات هدف را بر اساس قوانین انتشار فضایی امواج الکترومغناطیسی بازمی گردانند.

کوپلینگ القایی معمولا برای سیستم های RFID برد کوتاه که در فرکانس های متوسط و پایین کار می کنند مناسب است. فرکانس های عملیاتی معمولی عبارتند از: 125 کیلوهرتز، 225 کیلوهرتز و 13.56 مگاهرتز. دامنه شناسایی کمتر از ۱ متر است و فاصله کاری معمول آن ۱۰ سانتی متر~۲۰ سانتی متر است. روش کوپلینگ بازپراکندگی الکترومغناطیسی عموما برای سیستم های RFID دوربرد که در فرکانس بالا و سطوح مایکروویو کار می کنند مناسب است. فرکانس های عملیاتی معمولی شامل: 433MHz، 868MHz، 915MHz، 2.45GHz و 5.8GHz هستند. دامنه شناسایی بیش از ۱ متر است و دامنه معمول آن ۳ متر ~۱۰ متر است.

برچسب های الکترونیکی، که به عنوان برچسب های فرکانس رادیویی، ترانسپوندرها یا حامل های داده نیز شناخته می شوند، برچسب های الکترونیکی را به کالای مورد شناسایی متصل می کنند و حامل های داده واقعی سیستم RFID هستند. به طور کلی، تگ های الکترونیکی از یک آنتن تگ و یک تراشه تگ اختصاصی تشکیل شده اند.

بسته به روش منبع تغذیه، برچسب های الکترونیکی را می توان به برچسب های فعال و برچسب های غیرفعال تقسیم کرد. برچسب های فعال باتری داخلی دارند، در حالی که برچسب های غیرفعال این ویژگی را ندارند.

دستگاه خوانش، که به آن دستگاه خوانش نیز گفته می شود، می تواند دستگاهی برای خواندن/نوشتن یا فقط خواندنی باشد. وقتی یک مورد برای شناسایی با برچسب الکترونیکی از محدوده خوانش خود عبور می کند، به طور خودکار و بدون تماس اطلاعات شناسایی توافق شده را از برچسب استخراج می کند و بدین ترتیب شناسایی خودکار یا جمع آوری خودکار اطلاعات شناسایی آیتم را به دست می آورد.

فناوری دستگاه های موج سطحی صوتی

امواج صوتی سطحی (SAW) امواج مکانیکی هستند که روی سطح بلورهای پیزوالکتریک منتشر می شوند و سرعت صوتی آن ها تنها یک صد هزارم سرعت موج الکترومغناطیسی است و منجر به تضعیف انتشار بسیار کم می شود. دستگاه های SAW با استفاده از فناوری میکروالکترونیک روی زیرلایه های پیزوالکتریک ساخته می شوند تا مبدل های الکتروآکوستیک چنگک شکل و کوپلرهای بازتابنده تولید شوند. با استفاده از اثر پیزوالکتریک ماده زیرزمینی، سیگنال های الکتریکی از طریق ورودی به مبدل بین انگشتی (IDT) به سیگنال های صوتی تبدیل می شوند که محدود به سطح زیرلایه است و سپس به سیگنال های الکتریکی بازگردانده می شود. این فرآیند تبدیل الکتریکی-آکوستیک-الکتریکی را ممکن می سازد و پردازش سیگنال الکتریکی را کامل کرده و دستگاه های الکترونیکی برای کاربردهای مختلف تولید می کند. دستگاه های موج صوتی سطحی که با فناوری پیشرفته پردازش میکروالکترونیک ساخته می شوند، مزایایی مانند اندازه جمع وجور، وزن سبک، قابلیت اطمینان بالا، ثبات خوب، چندمنظوره بودن و طراحی انعطاف پذیر دارند. این دستگاه ها به طور گسترده در ارتباطات، تلویزیون، کنترل از راه دور و سیستم های هشدار استفاده شده اند و صدها میلیون تلفن همراه و تلویزیون از چندین فیلتر موج صوتی سطحی بهره می برند. با توسعه سریع فناوری پردازش، دستگاه های SAW اکنون فرکانس های عملیاتی ۱۰ مگاهرتز~۲.۵ گیگاهرتز را پوشش می دهند که آن ها را به اجزای کلیدی و ضروری در صنعت اطلاعات مدرن تبدیل کرده است.

اصل کاری برچسب های الکترونیکی غیرفعال SAW

برچسب های الکترونیکی غیرفعال SAW از مدولاسیون بازتابی برای انتقال اطلاعات برچسب به خواننده استفاده می کنند.

یک تگ SAW شامل یک مبدل ضربدری و چندین بازتابنده است که دو خط باس مبدل به آنتن تگ الکترونیکی متصل هستند. آنتن خواننده به طور دوره ای پالس های پرس وجو با فرکانس بالا ارسال می کند. در محدوده دریافت آنتن برچسب الکترونیکی، پالس های فرکانس بالا دریافتی توسط مبدل بین پرده ای به امواج سطحی صوتی تبدیل شده و روی سطح کریستال منتشر می شوند. گروه بازتابنده تا حدی امواج سطحی ورودی را بازتاب داده و آن ها را به مبدل ضربدری بازمی گرداند، که سپس سیم پالس صدای بازتابی را به یک رشته پالس الکتریکی با فرکانس بالا تبدیل می کند. اگر گروه بازتابنده بر اساس الگوی خاصی طراحی شده باشد که سیگنال بازتابی نمایانگر اطلاعات رمزگذاری مشخص شده باشد، خواننده یک رشته پالس الکتریکی بازتابنده با فرکانس بالا با کد خاص آن مورد دریافت می کند. از طریق دمدولاسیون و پردازش، شناسایی خودکار حاصل می شود.

به دلیل سرعت پایین انتشار امواج صوتی سطحی، قطار پالس بازتابی مؤثر تنها پس از تأخیر چند میکروثانیه به خواننده بازمی گردد. در این تأخیر، بازتاب های تداخل از اطراف خواننده تضعیف شده و با سیگنال مؤثر برچسب الکترونیکی موج سطحی صوتی تداخل ایجاد نمی کنند.

کاربردهای برچسب الکترونیکی غیرفعال SAW

برچسب های الکترونیکی با استفاده از فناوری موج صوتی سطحی از اواخر دهه ۱۹۸۰ آغاز شد و در سال های اخیر، پژوهش درباره برچسب های موج سطحی صوتی به موضوعی داغ تبدیل شده است. برچسب های الکترونیکی موج صوتی سطحی دستاورد جدیدی در سیستم هستند که از فناوری های مدرن الکترونیک، آکوستیک، فناوری فرآیند صفحه ای نیمه رسانا، رادار و فناوری های پردازش سیگنال بهره می برند. آن ها نوع جدیدی از فناوری شناسایی خودکار بدون تماس هستند که با شناسایی تراشه های IC متمایز می شوند.

از آنجا که دستگاه های SAW در باند RF کار می کنند، غیرفعال و بسیار مقاوم در برابر تداخل الکترومغناطیسی هستند. بنابراین، برچسب های الکترونیکی پیاده سازی شده با فناوری SAW مزایای منحصر به فردی دارند و به عنوان مکملی برای فناوری مدار مجتمع عمل می کنند. ویژگی های اصلی آن عبارتند از:

۱. دامنه خواندن بزرگ و قابل اعتماد، تا چند متر؛

۲. قابل استفاده روی فلز و محصولات مایع؛

۳. تطبیق ساده بین تراشه های برچسب و آنتن ها، هزینه های پایین تولید؛

۴. نه تنها می تواند اجسام ثابت را تشخیص دهد، بلکه می تواند اجسام متحرک با سرعت بالا تا ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت را نیز تشخیص دهد؛

۵. می تواند در محیط های سخت مانند تفاوت دما (-100°C~300°C) و تداخل الکترومغناطیسی قوی استفاده شود.

فناوری برچسب الکترونیکی کاربردهای گسترده ای دارد، از جمله مدیریت لجستیک، جمع آوری عوارض جاده و پل، حمل و نقل عمومی، کنترل دسترسی، مقابله با جعل، پایش و شناسایی ایمنی و بهداشت مزارع، پیشگیری و جمع آوری سرقت سوپرمارکت، مرتب سازی بار خطوط هوایی، ردیابی بسته ها، کنترل و ردیابی خطوط مونتاژ کارخانه، مدیریت تجهیزات و دارایی، مسابقات ورزشی و موارد دیگر.

برچسب های SAW همچنین برای اندازه گیری تغییرات پارامترهایی مانند فشار، تنش، پیچش، شتاب و دما مناسب هستند، مانند موقعیت یابی شفت داغ در سیستم های تشخیص دمای شفت مادون قرمز راه آهن، مقیاس های ریل، سیستم های تشخیص اضافه بار و فشار لاستیک خودرو.

برچسب موج سطحی صوتی OIS-W که توسط شرکت Baumer Ident GmbH در آلمان تولید شده و سامانه امواج سطحی صوتی SOFIS توسط زیمنس با موفقیت در سیستم جمع آوری عوارض عبور خودکار در اسلو، نروژ و سیستم موقعیت یابی ورود ایستگاه قطار در مونیخ آلمان به کار رفته اند. در ایالات متحده، شرکت هایی مانند Identtronix، i-Ray و RF-SAW نیز تگ های الکترونیکی تجاری SAW تولید می کنند.